Daphnia miniaturală a devenit stăpânul genetic al lumii animale.

decât

12 februarie 2011 la 0:00 Michal Ač

Daphnia, o delicatesă populară a peștilor de acvariu, este primul crustaceu pe care oamenii de știință au cartografiat informațiile ereditare complete, genomul. S-a demonstrat că Daphnia pulex microscopică are aproape 31.000 de gene, cu aproximativ opt mii mai mult decât oamenii.

Estimările numărului total de gene umane au variat de mult și nu au fost o dată în sute de mii. Acum câțiva ani, geneticienii lor i-au numărat în cele din urmă; s-a dovedit că avem „doar” 23 de mii dintre ele. Orezul obișnuit are 50 de mii de gene, 32 de mii de porumb și în aceste numere genetice suntem depășiți chiar și de arabii mici (25.500).

Plantele au, în general, mai multe gene, în principal pentru că trebuie să producă proprii nutrienți prin fotosinteză, în timp ce noi obținem energie mai ușor. Dar ce zici de un organism obișnuit în miniatură, cum ar fi dafnia transparentă, a cărei dimensiune variază de la unu la cinci milimetri? Ce îl face interesant și de ce are nevoie de atât de multe gene?

Au nevoie doar de puțin

Cunoaștem aproximativ trei sute de specii de Daphnia, dar sunt foarte asemănătoare. Stilul lor de viață nu este exigent. Sunt potrivite pentru toate continentele și toate locurile, dacă găsesc puțină apă proaspătă pe ele, în special apă stagnantă. Chiar și atunci când vine vorba de substanțe nutritive, acestea nu sunt prea pretențioase și vor fi suficiente cu alge mici, cum ar fi cianobacteriile.

Un astfel de meniu ni se pare puțin variat, dar Daphnia s-a obișnuit cu o dietă unilaterală în timpul dezvoltării îndelungate. Datorită acestui fapt, îi putem considera acum ca aliați excelenți în lupta împotriva dezgustătoarele acoperiri verzi de pe lacuri sau iazuri, care sunt formate din cianobacterii.

Daphnia răspunde, de asemenea, rapid la stres, deci sunt un organism important care semnalează poluarea apei.

Pot face fără sex

La fel ca majoritatea oamenilor din lumea animalelor, ei trec prin momente bune și rele. În vremuri mai bune, este mulțumit de o viață asexuată mai puțin dramatică și mai puțin solicitantă, când numai femelele se nasc din ouă nefertilizate.

Cu toate acestea, când există și o criză minoră, cum ar fi răcirea toamnei, sau o perioadă mai mare, probabil amenințată de prădători, există o pauză remarcabilă în comportamentul Daphnia. Pentru a face față condițiilor deteriorate ca specie, acestea trebuie să crească diversitatea genetică, ceea ce aduce mai multe oportunități de adaptare sau protejare.

Natura a venit cu o singură cale în acest sens: sexul. Drept urmare, unele dafnii vor dezvolta rapid echipamente de protecție specifice: barbele, dinții sau alte neoplasme interesante asemănătoare unei căști militare.

În cutii de laborator încălzite, dafnia se pare că se clatină într-un mediu stabil și nimic nu-i obligă să se schimbe. În schimb, ei permit oamenilor de știință care le oferă confort să studieze generații de clone identice genetic născute din ouă nefertilizate.

Dar cei care doresc să studieze răspunsul Daphniei la stres trebuie să le creeze condiții mai puțin stabile.

Swordsmen și Weissmann

Mulți bărbați celebri din trecut au lucrat cu puricii de apă. De exemplu, Ilya Mechnikov le-a folosit pentru a-și verifica ideea revoluționară a rolului celulelor albe din sânge ca protectoare ale organismului, care a fost la nașterea imunologiei. A câștigat Premiul Nobel în 1908.

Unul dintre cei mai importanți biologi din trecut, August Weissmann, al cărui nume este adesea pronunțat într-o singură respirație împreună cu numele lui Charles Darwin, a ilustrat pe puricii de apă cunoștința că numai celulele germinale, adică spermatozoizii masculi și ovulele femele, pot transmite informații ereditare la animale.

În al treilea rând, Richard Woltereck a folosit dafnia pentru a clarifica teoria plasticității fenotipice, care spune pe scurt că un organism își schimbă proprietățile ca răspuns la un mediu modificat.

Astăzi, puricii umili de apă sunt un organism model al geneticii mediului, o nouă știință care încearcă să înțeleagă relațiile dintre gene și mediu. Oamenii de știință studiază modul în care Daphnia va reacționa la poluarea chimică a apei.

Zece mii de obiecte unice

Daphnia a devenit un organism genetic foarte popular, similar cu musca fructelor Drosophila melanogaster sau viermele Caenorhabditis elegans. Oamenii de știință au cunoscut genomul complet al viermilor și muștelor fructelor de la sfârșitul secolului trecut, astfel încât Daphnia a avut o alunecare istorică semnificativă.

El a fost acum șters de un consorțiu internațional de genomică (Daphnia Genomics Consortium), coordonat de Centrul de Genomică și Bioinformatică de la Universitatea din India din Bloomington, SUA. Are aproape 500 de membri și este condus de John Colbourn de la aceeași universitate. Colbourn este liderul unei echipe de autori care a scris despre cartarea genomului Daphnia în revista Science.

O echipă de genetici din Japonia, Germania, Elveția, Olanda, Canada și Regatul Unit au descoperit că Daphnia are aproximativ zeci de mii de gene unice care nu apar în ADN-ul unei alte familii de animale. „Sunt complet noi pentru știință”, a spus Don Gilbert de la Universitatea din India, coautor al unui articol din Știință.

O versiune modernă a canarului

Cercetătorii au investigat, de asemenea, cauzele unui număr mare de gene Daphnia. Potrivit acestora, acest lucru se datorează duplicării genelor în timpul evoluției, când multe gene au fost copiate și au creat noi familii cu o nouă funcție.

Alte gene i-au ajutat în acest sens. Se pare că duplicatele genelor originale nu au dobândit o funcție nouă prin mutații preferate succesive, dar că cel puțin jumătate dintre ele și-au schimbat foarte repede clasificarea locurilor de muncă, unele probabil în momentul în care au fost create. Datorită acestui fapt, dafnia poate reacționa atât de repede la schimbările din mediul său.

"Conform estimărilor noastre, numărul de dublări este de trei ori mai mare decât celelalte nevertebrate și de aproximativ o treime mai mare comparativ cu oamenii", a spus Colbourne.

Daphnia este, de asemenea, organismul care împarte cele mai multe gene cu oamenii în rândul nevertebratelor. De aceea, explorarea modului în care acesta răspunde la disconfort este importantă în înțelegerea răspunsurilor la stres ale oamenilor.

„Daphnia este un senzor excelent de apă, o versiune modernă a unui canar într-o mină cu potențialul unei tehnologii extrem de eficiente”, a spus James Klaunig de la Universitatea din India.

"Cu cunoștințele genomului său și utilizarea studiilor de laborator și de teren, putem monitoriza efectele care afectează mediul la nivel celular și molecular și le putem combina cu procese similare care au loc la om", a adăugat Klaunig.

Sursa principală: site-ul web al NSF american (National Science Foundation)