Časopis Science dnes uplyne deset let od zveřejnění prvního kompletního lidského genomu. Redakční sloupek, několik komentářů předních vědců a jako dezert vědecký článek představující genom jiného druhu. Tentokrát Dafnie, milovaná všemi vodními ekology.
Dafnie neboli vodní blecha je malý korýš, kterého zná mnoho lidí. Majitelé akvárií jimi krmí své ryby. Ve vodárenských laboratořích se používají k testování kvality vody. A pro vědce pracující na jezerech a jiných vodních plochách je to „modelový“ druh.
Proč jsou dafnie tak milovány vědeckým světem? Za prvé, korýši rychle rostou a množí se. To znamená, že můžete rychle provádět experimenty.
Za druhé, v dobrých podmínkách se korýši rozmnožují partenogenezí. To znamená, že samice se ve skutečnosti klonují a jejich potomci jsou od sebe geneticky nerozeznatelní. To je velmi výhodné pro experimentátory. Je možné získat stovky geneticky identických zvířat a porovnat jejich reakce na různé faktory.
Za třetí, mohou se rozmnožovat nejen partenogenezí, ale také obvyklou sexuální metodou.
Za čtvrté, dafnie jsou neobvykle plastická zvířata. V reakci na různé faktory prostředí mění tvar a barvu, narůstají jim kníry a páteř. Všechny tyto změny mají nejčastěji ekologické vysvětlení – takto zvyšují svou adaptabilitu na podmínky prostředí. Za páté.
Obecně platí, že v ekologii existuje spousta důvodů, proč si vybrat Dafnie jako modelový druh. Vědci ale ke genetice přistupují již dlouho. Genom Daphnia, který byl dnes zveřejněn, obsahuje více než 30 000 genů – více než je počet genů v lidském genomu. Tato velikost genomu je z velké části způsobena velkým počtem „opakujících se“ genů. Genom dafnie obsahuje celé shluky identických genů. Nesouvisí to s jejich plasticitou a přizpůsobivostí podmínkám prostředí?
Dnes už zveřejnění dalšího genomu do vědecké komunity nepronikne. Článek proto spolu s genem samotným uvádí i příklady jeho využití pro ekologické a evoluční studie. Nyní je biologie postavena před úkol propojit makro a mikroúroveň. Tady je to například dafnie, o které víme, jak roste a rozmnožuje se. Ale existuje 30 000 genů, z nichž každý něco řídí. V ideálním případě bychom měli na genetické úrovni rozumět tomu, jak ke konkrétnímu účinku dochází. Například změna teploty způsobí, že se dafnie rozhodne pohlavně rozmnožovat.
Pro názornost uvedu následující příklad. Řekněme, že vaše auto nenastartuje. A vůbec nerozumíte jeho struktuře. Můžete vyjít ven a kopnout do kol, prásknout dveřmi. Je docela možné, že poté auto nastartuje. Otřes způsobil, že se potřebný kontakt někde uzavřel.
Dnes to fungovalo, ale zítra ne. Pokud auto znovu nenastartuje, budete muset kontaktovat servisní středisko, aby specialisté znovu připojili jeden vodič.
Stroj je v pořádku – příklad je primitivní a samotný stroj jako mechanismus není složitá věc. Pokud jde o živé bytosti, stále „kopeme“ v naději, že možná.
A nakonec krásný obrázek. Mapa obecného metabolismu u dafnie. Nepřipomíná to moc mikroobvod? Jen to není obvodová deska pro elektronické zařízení, ale jasný příklad toho, jak funguje živý organismus.
Stejný pokus porozumět jeho struktuře, aby v případě poruchy mohl být opraven ne kopnutím, ale utažením potřebné kabeláže.
Dříve v blogu Science o genomickém výzkumu:
- Genom
- Neandrtálský genom
- Skvěle-pra-pra-skvěle. děda za 100 babek!
- “Kolik stojí vytvoření genomu?”
PS. A nezapomeňte, že hlasování o nejlepší ruský vědecký blog pokračuje na webu STRF.ru
Britští vědci na příkladu planktonních korýšů Daphnia prokázali, že pohlavní rozmnožování poskytuje zvýšenou ochranu proti parazitům ve srovnání s nepohlavním rozmnožováním již u první generace potomků. To pomáhá vysvětlit, proč sexuální reprodukce zůstává nejběžnějším typem reprodukce u eukaryot, navzdory vysokým nákladům na energii. Článek uveřejněný v časopise Proceedings of the Royal Society B.
Pohlavní rozmnožování vyžaduje mnohem více energie než nepohlavní rozmnožování. Pokud jsou všechny ostatní věci stejné, nepohlavně se rozmnožující populace se zvětšují rychleji než populace pohlavně se rozmnožující: nepotřebují hledat partnery pro páření a produkovat samce a koadaptované genové komplexy nejsou zničeny rekombinací. Navzdory tomu všemu zůstává sexuální reprodukce nejběžnějším typem reprodukce mezi eukaryoty.
Proč tomu tak je, není dosud zcela jasné. Jedno z hlavních vysvětlení je popsáno v hypotéze Červené královny. Obecně tato hypotéza předpokládá, že všechny živé organismy se musí neustále vyvíjet nejen proto, aby získaly nějaké výhody, ale také proto, aby jednoduše přežily v „evolučních závodech ve zbrojení“, tedy v boji s konkurenty, predátory a parazity. . Hypotéza vděčí za svůj název frázi Černé královny z Alice Through the Looking Glass od Lewise Carrolla: „No, víte, musíte běžet tak rychle, jak můžete, jen abyste zůstali na stejném místě.“ Hypotéza vysvětluje výhodu pohlavní reprodukce oproti nepohlavní reprodukcí zejména tím, že rekombinace DNA, ke které dochází během pohlavního rozmnožování, díky neustálému promíchávání alel, zajišťuje vznik nových genotypů. Tyto nové a rozmanité genotypy slouží jako materiál pro přirozený výběr a zajišťují odolnost hostitelské populace vůči parazitům – a to navzdory skutečnosti, že paraziti se také neustále vyvíjejí a tvoří stále nové a nové genotypy.
Autoři nového článku se rozhodli tuto hypotézu otestovat na příkladu planktonních korýšů Daphnia Daphnia magna a v nich žijící paraziti – bakterie Pasteuria ramosa. Dafnie jsou schopny se rozmnožovat nepohlavně i pohlavně. Po většinu roku se rozmnožují partenogenezí, kdy se další generace samic vyvíjejí z diploidních vajíček tvořících samice. Na podzim se však ze stejných diploidních vajíček vlivem vnějších faktorů vyvinou samci, které pak samice využívají k pohlavnímu rozmnožování.
Po shromáždění dafnie v jezírku dostali vědci po chvíli čekání dvě skupiny potomků: ty, které se objevily v důsledku partenogeneze, a ty, které se objevily v důsledku sexuální reprodukce. V laboratoři byly obě skupiny infikovány bakterií Pasteuria ramosa, získanou ze stejného rybníka ve stejnou dobu jako dafnie, a bakteriemi získanými ze stejného rybníka, ale o rok později. Ukázalo se, že bakterie ze stejného roku se ve skupině nepohlavně získaných potomků množily mnohem rychleji než ve skupině potomků získaných pohlavně. Navíc sexuálně produkovaní potomci byli dvakrát odolnější vůči bakteriím následujícího roku (tedy těm, které se vyvinuly společně se svými rodiči) než nepohlavně produkované potomky.
Jak autoři uzavírají, výsledky opět potvrzují hypotézu Červené královny, což ukazuje na zvláštní roli parazitů při vzniku a udržování sexuální reprodukce. Přitom, jak studie ukázala, výhoda pohlavního rozmnožování oproti nepohlavnímu se projevuje již u první generace potomků.
Nedávno vědci popsali další příklad „evolučního závodu ve zbrojení“ v akci: některým populacím tasmánských čertů se během několika generací podařilo získat odolnost vůči infekční rakovině DFTD (Devil facial tumor disease), která je smrtelná u téměř 100 lidí. procent případů.
