Strona główna > biologia, ewolucja, nauka > O powstawaniu i ulepszaniu wrotków

O powstawaniu i ulepszaniu wrotków

Październik 20, 2007 Dodaj komentarz Go to comments

Wrotki należące do Bdelloidea robią ostatnio karierę. Intrygujące u tych organizmów jest to, że rozmnażają się partenogenetycznie, czyli bez udziału samców. Nie jest to sposób często spotykany wśród wielokomórkowych eukariontów – regułą jest rozmnażanie płciowe. Jednak odkąd po raz pierwszy zaobserwowano wrotki bdeloidalne – a zrobił to trzysta lat temu Antonie van Leeuwenhoek – nikt nie widział wśród nich ani samca, ani mejozy. Poza tym allele na obu kopiach chromosomów bardzo się od siebie różnią, co wskazuje, że u wrotków bdeloidalnych nie zachodzi towarzysząca rozmnażaniu płciowemu rekombinacja. Mimo to partenogenetyczne wrotki bdeloidalne odniosły duży sukces – naliczono już kilkaset gatunków.

Gatunków? Jest dużo różnych definicji gatunku. Tradycyjnie przyjmuje się, że to populacja mająca wspólną pulę genową, czyli taka, w której występuje przepływ genów. U organizmów rozmnażających się płciowo izolacja reprodukcyjna może więc spowodować specjację, czyli powstanie nowych gatunków. Inne definicje podkreślają znaczenie innych procesów wpływających na różnicowanie się lub jego brak wśród osobników jednego gatunku. Takie procesy to np. specjalizacja pozwalająca na zajęcie konkretnej niszy ekologicznej. Podejście ewolucyjne mówi, że gatunek to sekwencja populacji, która ewoluuje odrębnie od innych populacji.

Zatem jak to jest z powstawaniem nowych gatunków wśród wrotków? Dane molekularne wskazują, że od 80 mln lat rozmnażają się partenogenetycznie, co doprowadziło do powstania 380 zróżnicowanych grup określanych przez taksonomów gatunkami. Wyraźnie widać, że rozmnażanie płciowe nie jest konieczne do ich przetrwania i różnicowania się na grupy o różnej morfologii. Jednak czy gatunki wrotków są tak naprawdę jednym zbiorem klonów, z których każdy ewoluuje niezależnie, czy też dzielą się na ewoluujące podgrupy, np. związane z konkretnymi niszami ekologicznymi bądź odgraniczone barierami geograficznymi?

W PLoS Biology ukazała się praca, która próbuje to wyjaśnić. Naukowcy zebrali wrotki należące do wielu różnych gatunków, i na podstawie analizy DNA narysowali ich drzewo rodowe. Kolorami oznaczone są poszczególne gatunki taksonomiczne. Okazało się, że gatunki wrotków – z jednym wyjątkiem – rzeczywiście są monofiletycznymi kladami, czyli grupami wywodzącymi się od wspólnego przodka. A o ten wyjątek już od jakiegoś czasu toczy się spór wśród taksonomów, ponieważ niektórzy uważają, że nie jest to pojedynczy gatunek. Poza tym stopień pokrewieństwa między wrotkami sugeruje, że można je podzielić na ewoluujące razem grupy (w większości przypadków odpowiadające gatunkom, ale z wyjątkami, np. dwie podgrupy pochodzące z różnych miejsc), choć zdarzyło się też kilka pojedynczych sztuk, które wyglądały na ewoluujące samodzielnie linie rodowe. Następnie naukowcy postanowili sprawdzić, co powoduje różnicowanie się grup wrotków – ewolucja neutralna żyjących z dala od siebie klonów czy selekcja naturalna związana z życiem w różnych środowiskach. W tym celu porównali coś, na co wpływa tryb życia wrotków – wielkość i kształt szczęk (a nie jest to cecha wykorzystywana do ich klasyfikacji). Spodziewali się, że jeżeli za zmianami morfologicznymi różniącymi gatunki stoi selekcja naturalna związana z trybem życia, to zróżnicowanie morfologiczne między osobnikami tego samego gatunku będzie niskie, a między gatunkami wysokie, jeśli porówna je się z ilością neutralnych różnic w genach. Okazało się, że rzeczywiście na wrotki działa związana z trybem życia presja selekcyjna, która powoduje powstawanie gatunków, choć wydaje się, że niektóre grupy – np. te w obrębie gatunków – powstały prawdopodobnie wyłącznie w wyniku działania ewolucji neutralnej.

Wrotki pokazują nam, że do powstania gatunku definiowanego jako niezależnie ewoluująca odrębna grupa niepotrzebne jest rozmnażanie płciowe, a właściwie bariera reprodukcyjna, a jedynie różne nisze ekologiczne i związana z nimi presja selekcyjna.

Dowodzą też, że rozmnażanie płciowe nie jest konieczne, żeby gatunek przetrwał miliony lat. Jednak większość zwierząt i roślin rozmnaża się płciowo. Wśród zalet takiego sposobu wymienia się towarzyszącą rozmnażaniu płciowemu rekombinację i związaną z nią naprawę uszkodzeń w DNA. Jej brak powinien spowodować, że w genomie nagromadzi się zbyt wiele mutacji. Coś w tym jest, ponieważ geny, które w rozmnażających się płciowo przodkach wrotków bdelloidalnych były niemal identycznymi allelami, u współczesnych wrotków potrafią się bardzo różnić, nawet o 50%. Mimo to wrotki świetnie sobie radzą, i jak dotąd nikomu nie udało się wyjaśnić, dlaczego sobie radzą, ani dlaczego, skoro one sobie radzą, rozmnażanie bezpłciowe nie jest bardziej popularne. Na pewno część z pojawiających się mutacji jest dla nich szkodliwa. Czasem bywa jednak inaczej – jeden z alleli w wyniku mutacji zmienia funkcję, tak, jak dzieje się to z genami po duplikacji. Nazywa się to efektem Meselsona.

W Science pojawiła się właśnie praca pokazująca losy pary takich eks-alleli. Naukowcy zainteresowali się genami wrotka Adineta ricciae, które ulegają ekspresji, kiedy wyjęte z wody wrotki wchodzą w stan odwodnienia, w którym mogą przetrwać dłuższy czas. Okazało się, ze jeden z tych genów koduje białko przypominające białka LEA wiązane z tolerancją na wysychanie m. in. u roślin. Gen ten u wrotków występuje w dwóch wariantach, lea-1A i lea-1B. Różnica miedzy ich sekwencjami jest większa, niż między allelami tego samego genu u organizmów rozmnażających się płciowo, ale porównywalna z różnicami między eks-allelami innych genów wrotków. Lea-1A zawiera też fragment o długości 132 par zasad, którego nie ma w Lea-1B. Sekwencje białek różnią się w 12 miejscach, a LEA-1A jest o 44 aminokwasy dłuższe. Ta różnica wpływa na strukturę przestrzenną białek – LEA-1A na mokro jest nieustrukturyzowane, ale po wyschnięciu się zwija tworząc α-helisę, natomiast u LEA-1B α-helisa występuje i na mokro, i na sucho.

Naukowcy postanowili sprawdzić, jak działają te białka. Stwierdzili, że LEA-1A działa podobnie, jak jego roślinny odpowiednik, czyli skutecznie zapobiega tworzeniu agregatów z innych białek podczas wysychania, natomiast LEA-1B nie ma takich właściwości. Natomiast LEA-1B stabilizuje błony lipidowe podczas wysychania, czego z kolei nie potrafi LEA-1A. Zatem z jednej pary alleli tego samego genu wyewoluowały dwa różne geny o uzupełniających się funkcjach, które ratują wrotka przed wyschnięciem.

W ten sposób rezygnacja z rozmnażania płciowego może zapewniać materiał wyjściowy dla ewolucji i umożliwiać wrotkom przetrwanie. Jak widać, celibat nie jest pozbawiony zalet, przynajmniej, kiedy jest się wrotkiem.

 

Kategorie:biologia, ewolucja, nauka
  1. Październik 21, 2007 o 6:14 pm

    Migg!
    Dzięki za wpadnięcie do mnie. Ja u Ciebie jestem przy każdym przeglądzie blogów, ale te notki są dla mnie za trudne, wyłapuję tylko te łatwiejsze. Powodzenia

  2. inhet
    Październik 27, 2007 o 11:52 am

    Hm… nie mam wprawdzie osobistych znajomości między wrotkami, ale informacja o braku wśród nich rozmnażania płciowego mnie zaskoczyła. Nie tylko w podręcznikach zoologii, ale nawet w necie można znaleźć informacje o przemianie pokoleń i haploidalnych samcach. Tylko u części gatunków ich nie znaleziono, ale to przecież nie znaczy, że ich na pewno nie ma.

  3. Październik 27, 2007 o 12:30 pm

    Wrotki (Rotifera) są różne. Są oczywiście takie, które rozmnażają się płciowo, ale u wrotków bdeloidalnych (typ Rotifera, klasa Bdelloidea) nie zaobserwowano rozmnażania płciowego, samców, hermafrodytów ani mejozy, a i dane molekularne wskazują na to, że ta licząca prawie 400 gatunków klasa w całości jest aseksualna. Poszukaj w PubMed, albo poczytaj tutaj.

  4. inhet
    Październik 27, 2007 o 7:12 pm

    Faktycznie, mój błąd. Jedną klasę ze wszystkimi pomieszałem.
    Jak sie okazuje, można zrezygnować z rekombinacji i niczemu to nie szkodzi w kwestii przetrwania. Zatem wbrew ogólnie przyjętej opinii płciowy sposób rozmnażania nie jest lepszy – wygląda na to ,że tylko giganty są nań skazane, i to głównie zwierzęce. Cieszy mnie ,że mam tego eksperymentalny dowód.

  1. No trackbacks yet.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: