Ciekawskie motyle różnią się genetycznie
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."Więcej informacji: Uniwersytet Helsiński: http://www.helsinki.fi/university/ Uniwersytet Stanowy Pensylwanii: http://www.psu.edu/ Molecular Ecology: http://www.blackwellpublishing.com/journal.asp?ref=0962-1083 Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERBN): http://erc.europa.eu/
Kraje
Finlandia, Stany Zjednoczone