• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zielone geny dostarczają nowych informacji o zmianach klimatu

    15.04.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Międzynarodowy zespół naukowców odkodował genomy dwóch odmian glonów, które rosną w odległych od siebie częściach oceanu, dzięki czemu uzyskano nowe informacje o genach, umożliwiających roślinom zatrzymywanie węgla. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Science rzuciły więcej światła na pradawny proces komórkowy, który jest istotny z punktu widzenia zmian klimatycznych i prac nad biopaliwami na bazie glonów.

    Morskie glony z gatunku Micromonas, o grubości około jednej pięćdziesiątej grubości ludzkiego włosa, rosną zarówno w wodach tropikalnych, jak i polarnych. Zatrzymują CO2, pobierają światło słoneczne, wodę i substancje odżywcze w celu wytwarzania węglowodanów i tlenu w morzach i oceanach na całym świecie. Są ważnym źródłem pożywienia a do tego zatrzymują dwutlenek węgla, co sprawia, że są przedmiotem intensywnych badań naukowych.

    W omawianych badaniach naukowcy pobrali próbki dwóch odmian Micromonas - z Południowego Pacyfiku i z Kanału La Manche. W wyniku analizy genetycznej stwierdzono istnienie około 10.000 genów w każdej z odmian oraz fakt, że stały się one zasadniczo różne od siebie.

    "Ku naszemu zaskoczeniu okazały się znacznie bardziej odmienne niż się spodziewaliśmy" - mówi naczelny autor artykułu, Alexandra Worden z Monterey Aquarium Research Institute w USA. "Te dwa pikoeukarionty [grupa, do której należą Micromonas], które często bierze się za jeden gatunek, mają wspólnych zaledwie 90% genów."

    Być może różnica 10% nie robi wielkiego wrażenia, ale nie należy zapominać, że ludzie dzielą z niektórymi naczelnymi około 98% genów. Różnice genetyczne pomiędzy tymi dwiema odmianami Micromonas - jak mówi dr Worden - mogą powodować, że rośliny te inaczej reagują na środowisko. "Oznacza to również, że w miarę zmian warunków środowiskowych, te odmienne populacje znajdą się pod wpływem różnych czynników i nie wiemy, czy zareagują w podobny sposób" - wyjaśnia.

    W połączeniu z danymi genomicznymi z poprzednich badań nowe informacje o kodzie genetycznym fotosyntezujących glonów dają lepszy obraz tego, w jaki sposób fotosynteza przemieniła Ziemię w biosferę umożliwiającą życie. "Genomy Micromonas to esencja cech, jak się wydaje teraz wspólnych dla przodków glonów, którzy zainicjowali proces "zazieleniania", czyli powstania roślin lądowych na planecie, trwający niemal miliard lat" - mówi dr Worden.

    Pikoeukarionty są niezwykle wydajne i intensywnie wykorzystywane do wypasu. Odgrywają ważną rolę w przechwytywaniu węgla jako część "biologicznej pompy", czy też serii procesów umożliwiających glonom zatrzymywanie węgla atmosferycznego i transportowanie go z powierzchni na dno morza.

    Jak mówią naukowcy, nowo pozyskaną wiedzę można porównać z genomami innych glonów i roślin, co powinno pomóc w uzyskaniu wyraźniejszego obrazu dynamicznego procesu ewolucji. Być może uda się także pogłębić wiedzę na temat złożonej natury populacji fitoplanktonu w ogóle.

    Zdolność glonów do przystosowywania się do przeróżnych środowisk mogła spowodować, że gatunek ten stał się znacznie odporniejszy od innych - jak przypuszcza dr Worden. To mogłoby pozwolić mu przetrwać zmianę środowiska lepiej niż inne gatunki glonów, które rosną tylko w wąskich pasach geograficznych. Dalsze badanie tej teorii przyczyni się, jak ufają naukowcy, do znacznego pogłębienia wiedzy na temat biologii i ekologii tych ważnych organizmów.

    "Poznając, z których genów korzysta dana odmiana w określonych warunkach, dowiadujemy się, jakie czynniki powodują, że jedna grupa radzi sobie lepiej niż druga" - mówi dr Worden. "Być może będziemy wówczas w stanie opracować modele, które lepiej przewidzą zakres możliwych scenariuszy wynikających z obecnej zmiany klimatu."

    Badania prowadzone były przez naukowców z Belgii, Francji, Niemiec, Holandii, Norwegii, Australii i USA.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Science:
    http://www.sciencemag.org

    Joint Genome Institute przy Amerykańskim Departamencie Energii:
    http://www.jgi.doe.gov

    Źródło danych: Science; Joint Genome Institute przy Amerykańskim Departamencie Energii
    Referencje dokumentu: Worden A.Z., et al. (2009) Green evolution and dynamic adaptations revealed by genomes of the marine Picoeukaryotes micromonas. Science 324:268-272. DOI: 10.1126/science.1167222.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Akinety – rodzaj przetrwalników występujący u nitkowatych form sinic i u niektórych glonów, żyjących w szybko zmieniających się warunkach. W niesprzyjających warunkach środowiska (np. przy zbyt niskiej temperaturze lub braku wody) komórki tych glonów zamieniają się różnego rodzaju przetrwalniki (akinety, hypnospory, hypnoscyty). Elysia chlorotica – gatunek morskiego ślimaka tyłoskrzelnego z rodziny Elysiidae. Ubarwieniem, kształtem ciała i sposobem odżywiania przypomina liść. Odżywianie fotoautotroficzne jest możliwe dzięki symbiozie z chloroplastami uzyskiwanymi ze zjadanych glonów z gatunku Vaucheria litorea, wbudowanymi w komórki nabłonka jelita. Kleptoplasty umożliwiają przeprowadzanie fotosyntezy przez co najmniej 9 miesięcy. W tym czasie ślimak nie potrzebuje pokarmu, korzystać może jedynie ze światła i CO2 asymilowanego przez symbiotyczne chloroplasty. Cykl życiowy Elysia chlorotica trwa od 8 do 10 miesięcy. Chloroplasty eukariontów wymagają do właściwego funkcjonowania szeregu białek kodowanych przez genom jądrowy. Nie jest jasne, w jaki sposób zwierzę utrzymuje funkcjonalne organella przez kilka miesięcy. Drugim gatunkiem glonów, którym może żywić się E. chlorotica, jest Vaucheria compacta. Obecne w komórkach ślimaka plastydy nie są przekazywane pionowo, to znaczy nie występują w jajach i każdy osobnik pozyskuje je z glonów samodzielnie. Metafiton – zbiorowisko mikroskopijnych organizmów występujących pośród widocznych gołym okiem skupisk nitkowatych glonów. Makroskopowe glony pleustonowe (często zielenice) i luźno związane z nimi organizmy metafitonowe (epifityczne) tworzą skupienia przypominające strukturą watę. Zwykle występuje w litoralu jezior. Organizmu tego zespołu mogą rozwijać się bardzo intensywnie, wywołując zakwity. Maty metafitonu mogą powstawać w strefie przydennej, jako element bentosu, po czym na skutek wytwarzania pęcherzyków tlenu na drodze fotosyntezy, unoszone są ku powierzchni wody. Gatunki metafitonowych glonów często mogą występować również jako element bentosu lub planktonu. Ich skład zależy od nasłonecznienia, a więc w różnych warstwach maty występują różne gatunki. Okrzemki z rodzajów Cymbella i Encyonema preferują lepsze warunki świetlne, podczas gdy z rodzajów Gomphonema, Cocconeis i Fragilaria preferują mniej oświetlone warstwy. Skład gatunkowy i lokalizacja związane są również z dostępnością biogenów.

    Rośliny cieniolubne, skiofity (gr. skiá = cień + philèō = lubię), rośliny cienioznośne – rośliny, które przystosowane są do życia w warunkach dużego zacienienia. Rośliny te źle rosną w pełnym słońcu i nie wytrzymują w tych warunkach konkurencji z innymi roślinami. Do roślin cieniolubnych zalicza się m.in.: szczawik zajęczy (Oxalis acetosella) kopytnik pospolity (Asarum europaeum), przylaszczka pospolita (Hepatica nobilis), marzanka wonna (Galium odoratum). Dużo roślin cieniolubnych rośnie w warstwie runa leśnego, gdzie z natury jest duże zacienienie spowodowane przez korony drzew. W rzeczywistości występowanie tych roślin w środowiskach zacienionych spowodowane jest w większym stopniu wilgotnością i brakiem konkurencji, niż światłem. Skiofity mają liście z reguły duże, cienkie, bez nalotu woskowego i włosków. Liczba aparatów szparkowych jest mniejsza, niż u heliofitów. Ich liście, a często i łodygi, są zwykle ciemnozielone, gdyż zawierają dużo chlorofilu. Fotosynteza zachodzi u nich najintensywniej przy średnim oświetleniu. W liściach miękisz gąbczasty jest luźny, tkanka przewodząca słabo rozwinięta. Niektóre rośliny są skiofilami tylko na niektórych etapach rozwojowych. Młode siewki wielu drzew leśnych (np. buka pospolitego (Fagus sylvatica), świerka pospolitego (Picea abies)) są wybitnymi skiofilami, w późniejszym natomiast okresie, gdy stają się drzewem, mogą rosnąć w pełnym słońcu. W porównaniu z roślinami lądowymi skiofitami są również glony, zwłaszcza bentoniczne, gdyż woda, w której żyją rozprasza światło. Wiele glonów żyjących w głębszych warstwach toni wodnej do wychwytywania energii słonecznej używa dodatkowych barwników fotosyntetycznych, w celu wykorzystania światła niepochłanianego przez chlorofil, przez co przybiera inną niż zielona barwę. Efekt wiedzy po fakcie (ang. hindsight bias), nazywany też efektem "wiedziałem-że-tak-będzie" oraz pełzającym determinizmem (ang. creeping determinism), to tendencja do oceniania przeszłych wydarzeń jako bardziej przewidywalnych, niż rzeczywiście były. Prawdopodobnie wynika z tego, że wiedza na ich temat jest lepiej dostępna niż wiedza na temat możliwości, które się nie zdarzyły. Ludzie mają tendencję również do pamiętania swoich własnych przewidywań jako dokładniejszych i celniejszych, niż rzeczywiście były.

    Fotobiont – autotroficzny (samożywny) komponent u współżyjących z sobą organizmów, z których jeden jest samożywny, drugi cudzożywny. Tego rodzaju współżycie występuje u porostów. Fotobiontami są w nich glony. W 90% gatunków są to glony z grupy zielenic, nazywane glonami protokokkoidalnymi, w pozostałych 10% są to sinice. Cudzożywnym partnerem (mykobiontem) w porostach są grzyby. Współżycie glonów z grzybami u porostów ma różny stopień zaawansowania u różnych gatunków. Może być dość luźne, lub bardzo ścisłe, podczas którego strzępki grzyba wnikają do komórek glonów. Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA.

    Dydaktyka ewolucyjna jest propozycją specyficznego podejścia do zagadnień związanych z procesami uczenia się i nauczania. Polega ono na rozpoznaniu, opisie i praktycznym wykorzystaniu mechanizmów ewolucji zarówno biologicznej jak i kulturowej. Podstawą jest tutaj założenie, że ogólny mechanizm zmian przystosowawczych (ewolucyjnych) jest podobny na każdym poziomie, na jakim istnieją obiekty zdolne do samodzielnej reprodukcji. W procesie przekazu kulturowego (nauczaniu i wychowaniu) chodzi o selektywny przekaz informacji. O kierunku zmian zachodzących w zasobach kulturowych decyduje jednak nie tyle jakość samych informacji ile jakość środowiska w jakim odbywa się ich przekaz (podobnie jak zmiany w częstości występowania genów w populacji zależą od cech środowiska w jakim przyjdzie funkcjonować posiadającym je organizmom). Takie podejście, po pierwsze, zwraca uwagę na fakt koewolucji genowo-kulturowej (przekaz kulturowy wyrasta z biologicznych cech gatunku ale także zmienia warunki w jakich zachodzi dobór warunkujących je genów), po drugie, przesuwa punkt ciężkości działań i rozważań dydaktyków w stronę warunków środowiska społecznego, w jakich dane informacje są przekazywane. Poziomy transfer genów, horyzontalny transfer genów (HTG), lateralny transfer genów (LTG) - zjawisko przechodzenie genów między organizmami różnych gatunków, najczęściej pozostającymi ze sobą w ścisłej relacji ekologicznej. Zjawisko jest odpowiedzialne za istnienie 10-20% genów w komórkach prokariotycznych i takie krytyczne dla ewolucji cechy jak oporność na antybiotyki, wirulencja, zdolność przeprowadzania fotosyntezy oraz asymilacji azotu atmosferycznego. W komórkach eukariotycznych proces zachodzi rzadziej, jednak prawdopodobnie był powszechny w początkowym etapie ewolucji eukariontów. Geny, będące wynikiem HGT, w tej domenie stanowią poniżej 1%.

    Muły węglanowe – muły zawierające powyżej 30% węglanu wapnia (CaCO3), tworzą się głównie w płytkich morzach szelfowych do głębokości 4400 m., we wszystkich szerokościach geograficznych, lecz najintensywniej w strefie klimatu tropikalnego i subtropikalnego, w warunkach słabej dostawy materiału terygenicznego. Główną rolę w tworzeniu mułów odgrywają niektóre grupy glonów i pierwotniaków (otwornice), ramienionogi, koralowce, szkarłupnie, mszywioły, mięczaki (małże i ślimaki). Wytrącanie węglanu wapnia odbywa się wewnątrz organizmów, które budują mineralne szkielety (np. muszle), oraz w wyniku metabolizmu, który zmienia środowisko geochemiczne. Wchłanianie dwutlenku węgla (CO2) przez glony w procesie fotosyntezy, zarówno te, które zasiedlają dno morza jak i fitoplankton, powodują wytrącanie się minerałów.

    Aerofity – w odniesieniu do glonów termin oznaczający organizmy występujące poza środowiskami wodnymi, tj. w środowiskach lądowych okresowo lub stale wilgotnych. Do życia wystarcza im woda pochodząca z opadów, mgły, rosy i podsiąkająca z podłoża. Biocenozy glonów aerofitycznych tworzą na wilgotnych podłożach naloty. W środkowej Europie naloty na korze drzew często tworzy pierwotek (Pleurococcus vulgaris) (zielone) lub trentepolia (Trentepohlia umbrina) (rdzawe). Glony z tych samych rodzajów tworzą naloty również na skałach (epility). Podłoże może być w zasadzie dowolne, byle zapewniało możliwość osiedlenia i zatrzymania wilgoci – powierzchnia roślin (wtedy glony aerofityczne są jednocześnie epifitami, także epifilami), powierzchnia grzybów (np. huby), powierzchnia gleby (wówczas glony należące do tzw. geofitonu znajdują się na pograniczu grup glonów aerofitycznych i glebowych, przykładem jest wydętka ziarnista (Botrydium granulatum)), powierzchnia betonowych płyt, powierzchnia murów, powierzchnia dachówek, powierzchnia drewna (epiksylity), np. płotów itp. Glony aerofityczne to głównie zielenice (najczęściej z rodziny Trentepohliaceae, ale również inne w tym sprzężnice) i sinice, rzadziej i głównie w wilgotniejszych miejscach też okrzemki lub różnowiciowce. Lądowe siedliska często zachowują wilgoć dzięki zacienieniu, więc zasiedlające je fotoautotrofycieniolubne. Glony aerofityczne nierzadko wchodzą w interakcje z organizmami, na których się osiedlają (w przypadku glonów epifitycznych) – np. zielenica Cephaleuros będąca pasożytem lub które zajmują to samo siedlisko. Glony aerofityczne często współżyją z grzybami, przy czym stopień współzależności może być różny, łącznie z tworzeniem porostów. Ilość glonów aerofitycznych jest największa w strefach o klimacie gorącym i wilgotnym, malejąc wraz ze spadkiem wilgotności i temperatury. Glony aerofityczne wykazują przystosowania do okresowego wysychania.

    Dodano: 15.04.2009. 15:11  


    Najnowsze