Ziua Narciselor 2016 (februarie 2021)

luptă

În 1859, când Charles Darwin a exprimat pentru prima dată teoria evoluției, el a speculat că procesul de selecție naturală a determinat speciile să se adapteze mediului în timp. El credea că trăsăturile care au ajutat organismul să supraviețuiască au fost transmise descendenților, care ar transfera aceste trăsături altor descendenți și, în cele din urmă, vor duce la diversitatea vieții pe care o vedem astăzi.

A existat o singură problemă, Darwin nu a înțeles cu adevărat cum funcționează selecția naturală. Ar fi nevoie de zeci de ani pentru ca oamenii de știință să descopere genetica și contururile modului în care sunt transmise personajele - cu Watson și Crick, care în 1953 au descoperit perfect forma unei spirale duble de ADN.

Josh Puzey, profesor asistent de biologie la William & Mary, a ratat un pas în teoria lui Darwin a cartografierii genomului. Puzey a vrut să explice de ce există astfel de variații în cadrul speciilor. Dacă selecția naturală este la fel de puternică pe cât a prezis-o Darwin, de ce nu sunt indivizii dintr-o specie care nu pot fi distinși și la fel de adecvați?

"Așteptarea simplă, deși poate ușor naivă, este că nu ar trebui să existe abateri, deoarece selecția naturală a împins speciile la singura optimă", a spus Puzey. "Deci întrebarea este: cum persistă variația genetică în fața selecției naturale?"

Se pune problema dacă Puzey este cu un pas mai aproape de o soluție. Un articol co-autor, „Compromisurile selective mențin alelele care susțin trăsăturile complexe din plante”, a fost publicat astăzi în revista Science. Studiul găsește o legătură cheie între selecția naturală și variația genetică. Co-autorii lui Puzey sunt Ashley Troth, Rebecca Kim, John Willis și John Kelly. Cercetarea lor a fost finanțată de instituțiile naționale de sănătate și de Fundația Națională pentru Știință.

Puzey spune că studiul este un pionier, fiind unul dintre primii care combină fenotipul (caracteristicile fizice) și fitnessul (capacitatea de a se reproduce și de a lăsa urmași) la genotip (trăsături codificate în ADN-ul unui individ). Pentru a înțelege diferența dintre fenotip și genotip, gândiți-vă la flamingo. Flamingo devine roz atunci când mănâncă un anumit tip de creveți.

Dieta creveților schimbă fenotipul flamingo, culoarea acestuia, dar nu afectează direct genotipul flamingo. Fenotipul se poate schimba rapid ca o consecință directă a schimbării mediului. Schimbarea genotipului este generațională, prin transferul de gene către descendenți.

"Ne gândim la dezvoltare și selecție naturală, deoarece încercăm întotdeauna să găsim un fenotip mai potrivit", a spus Puzey. „Când aveți mii de flori sălbatice deasupra unui munte, dacă evoluția funcționează de generații, ați presupune că toată lumea ar avea același fenotip, dar nu, și așa am făcut un fel de studiu al forței brute pentru a aborda această problemă”.

Puzey a făcut parte dintr-o echipă de oameni de știință din patru institute de cercetare din SUA care au colectat și analizat semințe din 187 de flori sălbatice diferite (Mimulus guttatus) care cresc în zona Munților Minereului din Iron Mountain.

Folosind semințe, cercetătorii au reușit să secvențeze genomul fiecărei flori individuale. Apoi s-au întors în Oregon și au plantat semințele secvențiate pe același munte în care au fost colectate inițial.

Echipa a monitorizat fiecare dintre semințe timp de doi ani și le-a măsurat starea. Au înregistrat câte semințe au produs fiecare, cât de bine înfloresc dacă floarea atinge maturitatea reproductivă.

„Prin utilizarea acestor indivizi, am reușit să combinăm genotipul cu fenotipul”, a spus Puzey. "Când florile au crescut, am știut ce se întâmplă cu aceste gene și modul în care aceste gene au legătură cu fenotipul." Aceasta a fost o nouă parte a acestui studiu. "

Echipa a reușit să identifice regiuni specifice ale genomului care controlează timpul de înflorire și mărimea florii. Au descoperit că aceeași regiune controlează ambele trăsături. Florile cu înflorire târzie au produs flori mai mari decât florile de dimineață.

Cercetătorii au descoperit că trăsăturile care au apărut ca parte a fenotipului - modul în care arăta fiecare individ - erau legate fizic de genotip, a explicat Puzey. Pur și simplu, florile au evoluat în timp pentru a păstra diferențele genetice în mărimea florilor, deoarece le-a ajutat să supraviețuiască.

Selecția naturală alege fenotipurile care se potrivesc cel mai bine mediului nativ, dar dacă acel mediu se mișcă întotdeauna, atunci selecția poate deveni variație genetică pentru a rezolva orice i se potrivește.

"Am constatat că fitnessul depinde de mediul în care este promovat anul acesta", a spus Puzey.

În decurs de un an, a existat un timp scurt de disponibilitate a apei, când zăpada s-a topit. O scurtă perioadă umedă a urmat debutului rapid al verii. Florile care abundă în maimuțele care erau mai mici și mai înflorite erau mai susceptibile de a atinge maturitatea productivă în aceste condiții, a explicat Puzey.

Anul următor, ploile de primăvară au durat mai mult, iar seceta de vară a venit mult mai târziu în sezon. În acel an, cercetătorii au descoperit că au fost instalate persoane care au crescut și au înflorit mai târziu.

„Uneori florile mici sunt populare, iar alteori florile mari sunt populare, în funcție de cât de umedă este”, a spus Puzey. „Deci avem răspunsul la întrebarea„ cum se păstrează variația genetică în fața selecției naturale? Variația de la an la an selectează componente genetice alternative și fenotipuri alternative în ani opuși, permițând variații să persiste.

Deoarece compoziția genetică a florilor de maimuță este atât de bine adaptată condițiilor climatice fluctuante de-a lungul anului, cercetătorii s-au întrebat dacă modificările genetice menținute în floare pot fi benefice în adaptarea la schimbările climatice.

"Este o problemă de protecție mai aplicată", a spus Puzey. "Există suficiente variații în aceste populații naturale pentru a se adapta rapid la schimbările climatice globale?"

Oamenii de știință cred că există. Schimbările climatice din regiunea Iron Mountain sunt atât de extreme încât cercetătorii cred că diversitatea genetică a populațiilor de maimuțe trebuie să se adapteze schimbărilor climatice pe termen lung.

Puzey avertizează că vestea bună pentru florile de maimuță nu înseamnă neapărat vești bune pentru alte specii de animale sălbatice din Iron Mountain. Modificările timpului de înflorire și a dimensiunii florilor au un efect direct asupra polenizatorilor, cum ar fi albinele cuibăritoare. Orice modificare a modelelor de căutare a alimentelor ar putea afecta alte flori și poate afecta ce specii înfloresc în ce moment. Puzey subliniază că întregul ecosistem este în joc.

"Deși acest lucru prezintă o imagine promițătoare pentru Mimulus în ceea ce privește schimbările climatice", a spus Puzey, "nu există multe interacțiuni în studiul nostru, dintre care unele s-ar putea dezintegra complet atunci când clima se încălzește".