• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Ciekawskie motyle różnią się genetycznie

    21.04.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Poznanie mechanizmów, które mają zasadnicze znaczenie dla zmian w cechach historii życia jest kluczowe dla zrozumienia adaptacji na drodze doboru naturalnego. Choć z badaniami naukowymi w tej dziedzinie jest lepiej, to prace z genomiki funkcjonalnej nad adaptacjami historii życia dopiero się pojawiają. W rozwoju tych badań pomaga zespół naukowców z Finlandii i USA. Naukowcy odkryli, że potomstwo "eksploracyjnych" motyli, które skolonizowały nowe siedliska jest genetycznie odmienne od swoich kuzynów, którzy preferują pozostawanie w tym samym miejscu. Badania dofinansowane częściowo z projektu SPATIALDYNAMICS (Ekologiczna, molekularna i ewolucyjna dynamika przestrzenna), który otrzymał grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla doświadczonych naukowców o wartości 2,48 mln EUR z Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE, zostały zaprezentowane w czasopiśmie Molecular Ecology.

    W skład zespołu weszli profesor Ilkka Hanski z Uniwersytetu Helsińskiego w Finlandii oraz profesor James Marden i dr Christopher Wheat z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii (Penn State) w USA.

    Odkryli podstawy genetyczne szybszego dojrzewania jajek, większych zdolności lotnych i podwyższonego metabolizmu energetycznego u potomstwa eksploracyjnych motyli. Te cechy zapewniły przewagę tym wędrownym motylom. Zdaniem naukowców odkrycia mogą pomóc w lepszym poznaniu sposobu działania doboru naturalnego w przypadku gatunków, które zajmują odmienne przestrzennie poletek siedliskowych.

    Profesor Ilkka Hanski badał motyle - przeplatki cinksie - z Wysp Alandzkich w Finlandii za pomocą nowej technologii sekwencjonowania genów, aby scharakteryzować tysiące genów kodujących białka. Za swoje prace nad motylami profesor Hanski otrzymał w tym roku Nagrodę Craaforda, którą eksperci uznają za odpowiednik Nagrody Nobla w ekologii.

    "Projekt poświęcony przeplatkom cinksiom w Finlandii rozpoczął się w 1991 r. i odegrał istotną rolę w rozwoju biologii metapopulacyjnej" - zauważa profesor Hanski. "Motyle zamieszkują rozległą sieć 4.000 małych łąk. Nie ma dużych populacji, a trwałość wielkości w krajobrazie opiera się zatem na równowadze między stochastycznymi wyginięciami lokalnymi a rekolonizacją łąk obecnie niezajmowanych. Serie badań wykazały, że samice, które zakładają nowe populacje lokalne są bardziej dyspersyjne niż przeciętna samica w metapopulacji, a są również obecne inne różnice w historii życia między motylami nowymi a starymi populacjami" - dodaje.

    Natomiast profesor Marden zauważa: "Motyle, podobnie jak wiele innych gatunków, są wyspecjalizowane. Są wybredne co do miejsca, w którym żyją. Ta wybredność daje gatunkowi to, co ekologowie nazywają rozmieszczeniem kępowym lub poletkowym. W środowisku poletkowym poszczególne organizmy stają przed zasadniczym wyborem między pozostaniem na rodzimym poletku a wyruszeniem na poszukiwanie innego poletka odpowiedniego siedliska. Pozostanie na miejscu jest bezpieczniejsze dla bezpośredniego przetrwania, ale może narazić potomstwo na natłok pasożytów, podczas gdy rozproszenie jest niebezpieczne, ale oferuje potencjalnie większe korzyści pod warunkiem znalezienia dużego, wolnego poletka."

    "Chcieliśmy lepiej poznać geny i fizjologię determinujące osiadłość i cechy domatora w porównaniu do cech eksploracyjnych poszukiwacza" - dodaje profesor Marden. "Biologowie ewolucyjni są zafascynowani zagadnieniem kosztów i zysków, to jest sposobem, w jaki dobór naturalny wytwarza i utrzymuje odmiany domatorów i poszukiwaczy w ramach gatunków."

    Zdaniem ekspertów dychotomia "domatorzy kontra eksploratorzy" odgrywa kluczową rolę w ekologii, ponieważ zmiany siedliska, jak również zdarzenia losowe i choroby, powodują lokalne wyginięcie małych populacji na pojedynczych poletkach.

    "Przetrwanie gatunków na skalę regionalną wymaga, aby tempo zakładania nowych populacji było przynajmniej takie samo, jak tempo wymierania populacji lokalnych" - wyjaśnia profesor Marden. "Rozproszenie pojedynczych samic określa tempo zakładania, obok liczby poletek i odległości między nimi."

    Laboratoria profesora Mardena i profesora Hanskiego przeprowadziły pomiary i porównały zmienność poziomów ekspresji genów samic z istniejących populacji motyli (tj. starych populacji lokalnych, które przetrwały nie mniej niż pięć lat) z nowymi, lokalnymi populacjami, które zostały założone przez eksploracyjne motyle.

    Zauważono znaczącą różnicę między starą a nową populacją motyli, zwłaszcza w sposobie ekspresji niektórych genów kontrolujących czas i uwalnianie nagromadzonych białek do wytwarzania jajek oraz utrzymywania białek mięśni lotnych. Zespół odkrył różnice w tempie metabolizmu motyli w locie (miara sprawności mięśni i zdolności lotnej).

    Naukowcy odkryli również, że kolejny wariant genu odegrał istotną rolę w zdolności lotnej motylu: izomeraza fosfoglukozy (Pgi). Stwierdzili również, że niewielka część genu dehydrogenazy bursztynianowej (Sdhd) nie występuje u samic z nowych populacji.

    "Wariant genu Pgi wydaje się być powiązany z szybkością, a wariant genu Sdhd z wytrzymałością" - mówi profesor Marden. "Łatwo zauważyć, dlaczego te nowe cechy i powiązane z nimi geny występują z większą częstotliwością w nowych populacjach. Lepsze zdolności lotne pozwalają niektórym motylom dotrzeć i osiedlić się na nowych poletkach siedliskowych."

    Wypowiadając się na temat odkryć profesor Hanski stwierdził: "Wyniki nowych badań pokazują znaczące różnice w ekspresji genów między nowymi a starymi populacjami. Wiele z tych genów pełni funkcje związane z cechami fizjologii i historii życia, które jak wykazano odzwierciedlają różnice między typami populacji, sugerując hipotezy na temat podstaw genetycznych zmienności historii życia w ramach populacji. Moja grupa w Helsinkach przeprowadza obecnie sekwencjonowanie całego genomu przeplatki cinksii i prowadzimy analizy asocjacji i powiązań na niezwykle obszernym materiale w zakresie zmienności fenotypowej w całych studiach systemów."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Zmienność genetyczna – naturalne różnice sekwencji DNA (genotypu) organizmów jednego gatunku. Różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie, np. inne ubarwienie sierści, różna odporność na zmiany temperatury, zdolność (lub jej brak) do trawienia laktozy. Wiele cech, które są zróżnicowane genetycznie prawdopodobnie nie ma wpływu na przeżycie organizmów (np. kolor oczu u ludzi), ale zmienność genetyczna cech, które mogą wpłynąć na przystosowanie organizmów, to „paliwo” ewolucji. Organizmy mogą się też różnić nie kodującymi sekwencjami DNA. Takie różnice nie mają znanego nam wpływu na fenotyp, ale są użyteczne w analizie zmienności genetycznej przez biologów.

    Molowce zwane też motylami mniejszymi (Microlepidoptera) – jedna z największych grup motyli, obejmująca kilka rodzin. W samej Europie Środkowej występuje około 3000 gatunków. Jest to grupa bardzo niejednorodna, złożona z wielu różnych bezpośrednio niespokrewnionych rodzin. Należy tu wiele bardzo małych gatunków, które jednak ze względu na swą specjalizację pokarmową i zdolność do szybkiego rozmnażania się mają istotne znaczenie gospodarcze. Wśród molowców znajdują się też formy przejściowe między motylami, a ich najbliższymi krewniakami chruścikami.

    Efekt wąskiego gardła (ang. bottleneck – szyjka butelki) – jeden z mechanizmów neutralnych ewolucji. U podłoża efektu wąskiego gardła leży kataklizm, katastrofa (np. choroba, susza, powódź itp.), szczególnie gdy wraz z uprzednim spadkiem entropii w populacji (np. poprzez hierarchizację, uniformizację, odróżnorodnienie, usamopodobnienie, kompresję), mechanizmem przeciwdziałającym jest wcześniejsza egalitaryzacja strukturalna wraz ze wzrostem entropii, różnorodności populacji. Liczebność populacji po katastrofie zmniejsza się, a zatem zmienia się pula genowa populacji (osobniki, które przetrwały kataklizm nie mają wszystkich genów tworzących pulę genową całej populacji, a na pewno nie w tych samych proporcjach). Wąskie gardło powoduje zmniejszenie różnorodności genetycznej oraz zmianę częstotliwości alleli; po wzroście liczebności populacji ze względu na nowe mutacje zwiększa się również jej różnorodność genetyczna. Efektowi temu ulega cała populacja w odróżnieniu od efektu założyciela.

    Specjacja allopatryczna – typ specjacji, czyli powstawania nowych gatunków, w której decydującą rolę odgrywa powstanie bariery geograficznej, uniemożliwiającej fizyczny kontakt pomiędzy rozdzielonymi populacjami. Przykładem takiej bariery może być powstanie rzeki lub krateru bądź też rozsunięcie się płyt kontynentalnych. Ponieważ nowo powstałe populacje nie mogą się ze sobą krzyżować, nie zachodzi między nimi wymiana genów, a ewolucja każdej populacji odbywa się niezależnie, nawet jeśli warunki środowiskowe w obu miejscach pozostają identyczne. Po pewnym czasie zmiany w obu populacjach mogą okazać się tak duże, że krzyżowanie się pomiędzy nimi jest niemożliwe (izolacja rozrodcza), co oznacza, że powstały nowe gatunki.

    Ekologia molekularna – interdyscyplinarna dziedzina biologii, w której metody genetyki molekularnej wykorzystywane są do badania zagadnień ekologicznych. W zależności od zakresu wykorzystuje również elementy m.in. biologii ewolucyjnej i behawioralnej. Wyróżniane są dwa różne, choć zazębiające się podejścia w ekologii molekularnej: opisowe, w którym dane o częstotliwości genów służą do opisu poziomu zmienności genetycznej w populacji, oraz mechanistyczne, zajmujące się opisem wpływających na to mechanizmów.

    Mikroewolucja – procesy polegające na różnicowaniu genetycznym wewnątrz populacji powodowane przez mutacje, dryf genetyczny i selekcję naturalną warunkowaną lokalnymi czynnikami środowiska. W wyniku różnicowania genetycznego na poziomie populacji dojść może do wyodrębnienia linii rozwojowej obejmującej organizmy klasyfikowane do odrębnych taksonów (odmian lub nawet gatunków). Proces mikroewolucji zachodzić może w stosunkowo krótkim czasie (kilkudziesięciu pokoleń) i sprowadza się do zmiany częstości cech fenotypowych i części alleli w populacji. Do zmian mikroewolucyjnych można zaliczyć np. melanizm przemysłowy. Jest to zwiększenie występowania ciemnych mutantów, przede wszystkim owadów, na terenach uprzemysłowionych. Na terenach tych dobór naturalny (kierunkowy) faworyzuje odmiany ciemne, które są mniej widoczne dla drapieżników.

    Garbatkowate (Notodontidae) - rodzina motyli, należąca do motyli nocnych, obejmująca 2,5-3,5 tys. gatunków, głównie tropikalnych. W Polsce występuje ponad 30.

    Dodano: 21.04.2011. 16:37  


    Najnowsze