Az állatok házassági partnere megválasztása a baktériumoktól függ • Alexander Markov • Tudományos hírek a "Elements" -ről • Evolution, Microbiology

Az állatok házassági partnere megválasztása a baktériumoktól függ.

A kísérlet rendszere Diana Dodd (1989). legyek Drosophila pseudoobscura, két nem standard környezetben (keményítő és maltóz) életre keltett több generáció számára, a jövőben inkább csak "saját", vagyis az ugyanazon élelmiszerhez igazított legyek által egymásba fonódtak. Ábra. a cikkből: A. M. Kulikov, A. V. Markov. Az immunrendszer, a stressz és a speciáció: egy láncban lévő kapcsolatok? // természet. 2009. №10. P. 11-17

A különböző tápanyag-adathordozókon több generáción keresztül kifejlesztett legyeknél a párzási preferenciák megváltoznak: kezdik előnyben azokat a partnereket, akiknek ősei ugyanabban a környezetben éltek. Mostanáig nem volt világos, hogy mi alapján a legyek "megkülönböztetik" az "idegenektől". Kiderült, hogy ebben a legfontosabb szerepet játszik abban, hogy a legyek belsejében fejlődő baktériumok eltérő diétával éljenek: a legyek hasonló bakteriális növényekkel rendelkező partnereket választanak.

A szelektivitás a házassági partner kiválasztásában fontos szerepet játszik az evolúcióban. Például, ha egy egyén csoportja hajlamos arra, hogy "párjaikat" a párosodó párok kialakulásában részesíti előnyben, akkor egy ilyen csoport megkapja a lehetőséget, hogy külön fajba szegregáljon (lásd: A fajta mindenki személyes ügye, Elemek, 2006. február 15 .; „2009/03/19).A legérdekesebb dolog az, hogy legalábbis egyes állatokban ez a tendencia, hogy jobban kedvelik a saját (pozitív asszortitivitást a párosodás során), rendkívül gyorsan fejlődhetnek – csak néhány generációban élnek szokatlan körülmények között (lásd a kísérletek áttekintését, amelyekben ezt bizonyították).

Az 1980-as évek végén Diane Dodd a Yalei Egyetemen (Dodd D. M. B., 1989. pseudoobscura (PDF, 130 Kb) // Az egyik legszembetűnőbb kísérlet az 1980-as évek végén történt. evolúció. 43 (6). P. 1308-1311). Dodd nyolc vonalat legyek Drosophila pdseudoobscuraegy természetes populációból származik, és szokatlan, stresszes állapotba helyezte őket: négyféle maltoza diétát ültettek, négy másik – keményítőre. Ezután a párosodási szelektivitást elvégeztük. Kiderült, hogy a legyek mindössze egy év alatt (nem több mint 2-3 tucat nemzedék) kifejezett pozitív asszortitivitást váltottak ki a partner kiválasztásakor: a maltózis repülők kedveltek a maltóz legyekhez, a keményítővel – keményítővel. Nem volt világos, hogy hogyan alakultak ilyen preferenciák: a legyek nem szelektálódtak szelekciónak a párzás során, mind a 8 laboratóriumi vonal egymástól elszigetelve élt.A szelektivitás automatikusan létrejött, mivel a különböző környezetekhez való alkalmazkodás mellékhatása.

Ez és más hasonló kísérletek két fő kérdést jelentettek a kutatók számára:

1) miért miután az élethez való alkalmazkodás ellentétes körülmények között a legyek (és más rovarok) kezdik "házasságukat" házassági partnerként kezelni? Talán ez egyfajta adaptáció, amely lehetővé teszi a hasznos allélkomplexumok "eróziójának" elkerülését, melynek köszönhetően a szülők stresszes körülmények között túlélni tudtak?

2) Milyen jelek alapján megkülönböztetik másoktól? Meg kell mondani, hogy hasonló kísérletekben a szelektivitás vizsgálatát megelőző utolsó generációt ugyanazon a standard médiumon termesztik, ezért nem képesek egymástól egyszerűen megkülönböztetni a táplálék szagát (például keményítőt vagy maltózt). Megkülönböztetik maguk és mások között az állatok által az új körülményekhez való alkalmazkodás következtében bekövetkezett változásokat.

Természetes volt feltételezni, hogy a kiválasztás hatására bekövetkezett genetikai változásokról beszélünk. Ez lehet például az egyes allélok gyakoriságának változása, a genetikai polimorfizmus csökkenése és a homozigóta növekedése.Azonban az izraeli és az egyesült államokbeli kutatók által végzett új kísérletek kimutatták, hogy ebben az esetben a legfontosabb szerepet nem a legyek genomjának megváltozása, hanem a kommenzális baktériumok mikroflórájának átalakítása jelenti – a mikroorganizmusok összetétele a szervezetben és a rovarok belsejében.

A szerzők kisebb módosításokkal megismételték a Dodd kísérletet. Nem működtek együtt D. pseudoobscura, és egy klasszikus tárgy – D. melanogaster. Az eredeti laboratóriumi vonalat két részre osztottuk: az egyiket kukorica lisztre és melaszra alapozva, a keményítőre alapozva, a Dodd-kísérletekhez hasonlóan. Néhány generáció után néhány vonalat átvittek egy standard táptalajra, és újabb generációt vártak, majd szelektív teszteket hajtottak végre. Ehhez négy szűz férfi és nőstényt (egy párt az egyes populációktól) ültettek egy kémcsőbe, és figyelte, kivel párosodik. A legyeknél a szárnyak végeit úgy jelölték meg, hogy megkülönböztethetők legyenek; speciális ellenőrzési vizsgálatok azt mutatták, hogy a címkék nem befolyásolják az eredményt.

Először is, a szerzők 11 nemzedék életének szelektivitását vizsgálták a kontrasztos médián. Az eredmény ugyanaz volt, mint a Dodd esetében: a legyek világos pozitív asszortitivitást mutattak.A 38 párosodásból 29 esetben "párok" (homogám párosítások) alakultak ki, és csak 9 alkalommal "keményítő" legyek párosodtak (heterogám párosítások).

Ezt követően megismételték az egész kísérletet, de mostantól a szelektivitást minden generációban ellenőrizték. Az eredmények váratlanok voltak. Az egyik azt feltételezné, hogy a pozitív aszultativitás fokozatosan fejlődik, ahogy a legyek különböző körülményekhez alkalmazkodnak. Semmi sem volt ilyen: az első nemzedék után a "saját", a későbbiekben ugyanaz maradt, de nem csökkent, egészen a 37. generációig, amikor a kísérlet megszűnt. Összesen 571 homogám és 329 heterogémiás párosítást rögzítettünk. Senki sem korábban észlelte az ilyen preferenciák megjelenését egyetlen generációban.

A – a kísérlet sémája; A keményítő egy keményítőalapú táptalaj, a CMY egy standard tápközeg, amely magában foglalja a kukoricalisztet, a melaszot és az élesztőt. B – A szelektivitás vizsgálatának eredményei 11 generáció után. Oszlopmagasság tükrözi a párosítások számát. Ábra a tárgyalt cikkbőlPNAS

A szerzők kontrollkísérletet hajtottak végre: két legyek populációját izoláltak 27 generációra, ugyanakkor (patochnaya) táptalajon. Ebben az esetben nem alakult ki az asszortitivitás: a legyek egyaránt hajlandók társulni mind saját, mind másokkal. Ezért a helyzet nem a népesség elszigetelt fejlődése, hanem az élet különböző körülményei között. Ugyanezt az eredményt kapta Diana Dodd: a maltózis legyek nem különböztették meg egymástól a "her" vonal és a három másik maltóz vonal közötti partnereket; Ugyanez történt a négy keményítősorban is.

Ezt követően a szerzõk ismét megismételték az eredeti kísérletet, és a legutóbbi generációs legyeket forgalomba hozták az antibiotikummal (tetraciklin, rifampicin, sztreptomicin vagy mindhárom gyógyszer egyszerre) tartalmazó tubusokban. Kiderült, hogy ez az eljárás a szelektivitás teljes eltűnéséhez vezet. A legyek mindenkivel párosultak, anélkül, hogy megkülönböztetnék a saját és a többiek között (összesen 267 homogén és 263 heterogám párosítást rögzítettek).

Ez az eredmény már arra utalt, hogy a legyek megkülönböztetik a saját és a másokét a mikroflórától, de másképp is értelmezhető (talán az antibiotikumok valahogy olvashatatlanná teszik a legyeket).A következő kísérletben az antibiotikummal kezelt legyeket ismételten "fertőzöttek" egy vagy másik mikroflóra. Baktériumokat izoláltunk a keményítőből és patogén közegből, amelyben a legyek éltek, és steril polochka tápközeggel fertőzöttek voltak. Az antibiotikumokkal "keményített" repülőket tesztcsövekbe helyezték, és egy generáció után helyreállították a pozitív aszimmetriát. A legyek újra elkezdték a "sajátjukat" előnyben részesíteni, vagyis egy ugyanolyan mikroflórával rendelkező tápközegben éltek (bár ez a környezet maga is ez volt).

A szerzők megvizsgálták a keményítő és a párosodó legyek mikroflóráját, és azt találták, hogy meglehetősen változatos és több tucat mikrobiális fajból áll. A fő különbség az volt, hogy körülbelül 10-szer több baktérium volt a nemzetségben a keményítőperületek mikroflórájában. Lactobacillus. Átlagosan körülbelül 230 000 ilyen kórokozót találtunk a keményítő legyeken, és csak 26 000 a patákon. A mikrobák különösen gyorsan fejlődtek a keményítőperekben. Lactobacillus plantarum. Nyilvánvaló, hogy ezek a baktériumok többsége a legyek belsejében él, ahol az amiláz enzimet termelik, ezáltal segítve a tulajdonosok keményítő megemésztését.

A kísérletek során a legyek minden új generációját steril környezetbe ültették át. Ezért a baktériumok csak legyekhez juthatnak. Kiderült, hogy a baktériumok L.plantarum kis számban élnek a legyek az eredeti, ősi népesség. Ha a legyeket a raktári közegben termesztik, ezeknek a baktériumoknak a száma továbbra is alacsony. Azonban a keményítő-étrendre való áttérés a baktériumok gyors proliferációjához vezet L. plantarum. További kísérletek azt mutatják, hogy annak érdekében, hogy a partner kiválasztásakor pozitív aszimmetrikus képesség alakuljon ki, elegendő, ha az antibiotikummal keményített keményítő legyeket egy generáción keresztül csak egy ilyen fajta baktériummal fertőzött közegben tartják. A keményítőperületek mikroflórájának egyéb komponensei nem gyakorolnak ilyen drasztikus hatást a párosítási preferenciákra.

A szerzők a különböző szénhidrogén-feromonok mennyiségét is megvizsgálták (lásd: A feromonok nem vonzanak, de gondolkozzanak, elemek, 2009. október 19) a keményítő testtestén és a testfülön antibiotikumokkal való kezelés előtt és után. Kiderült, hogy a keményítő és a párosodó legyek nagyon különbözőek a feromonok koncentrációjában. Az antibiotikumok kezelése először csökkenti a kiválasztandó feromonok teljes számát, másodszor pedig enyhíti a patochis és a keményítő legy közötti különbségeket (bár nem teljesen, de csak részben).Ezen eredmények alapján a szerzők azt sugallták, hogy a gomba mikroflórája befolyásolhatja a kibocsátott szénhidrogén-feromonok mennyiségét és összetételét. Lehetséges azonban, hogy a legyek közvetlenül észlelik a baktériumok vagy anyagcseretermékeik jelenlétét a partner testén. Ismeretes, hogy az emlõsök különbözõ baktériumok által okozott fertõzõdést a vomeronasális szerv speciális "immunológiai" receptorai által határozták meg (az immunrendszer segít az állatoknak megkülönböztetni a beteg rokonokat egészségesektõl szagmal, Elements, 2009. április 24.). Talán a rovarok hasonló lehetőséggel rendelkeznek. A DSCAM polimorf fehérje, amelyet a jegyzetek írnak le, segíteni lehet a rovarok immunrendszerének titkait ("Elements", 2006. 06. 06.), és az idegrendszer kialakulását és a rovarok immunitását ugyanazon fehérje vezérli ( 2007. szeptember 19).

A szerzők szerint a felfedezésük támogatja a korábban javasolt "evolúciós hologenomikus elméletet", amely szerint a szelekció alapegysége nem egy önálló genom, hanem egy "holobiont" vagy "szuperorganizmus", vagyis egy szimbiotikus komplex, és minden mikroszkopikus közönségének (Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E., 2008.A mikroorganizmusok és a növények szerepe: az evolúció hologenómelmélete // FEMS Microbiol Rev 32: 723-735; Rosenberg E., Sharon G., Zilber-Rosenberg I., 2009. Az evolúció hologenómelmélete tartalmazza a lamarcki szempontokat egy darwini keretben // Környezeti mikrobiológia 11 (12): 2959-2962). Oroszországban az oroszországi Nizhny Novgorod Egyetem A. B. Savinov, aki az "autocenosis" kifejezést javasolta, amely szoros volt, de nem azonos a "holobiont" jelentésében, hasonló gondolatokat kezdett kifejleszteni Oroszországban.

A tanulmány kimutatta, hogy a legyek házassági partnere választása nemcsak saját genomukra, hanem saját genomjaikra jellemző szimbiotikus baktériumoktól is függ. Tekintettel arra, hogy a házaspár kiválasztására szolgáló algoritmusok a legradikálisabb hatást gyakorolhatják az evolúció folyamatára, el kell ismernünk, hogy ilyen helyzetben már nehéz megfontolni a legyek evolúcióját a bakteriális szimbólumai fejlődésétől eltekintve. A "hologenomelmélet" szempontjából a baktériumok szaporodása L. plantarum a keményítő legyek belsejében, hasonlóan a gének, köztük az amilázgének szorzásához (sokszorozódásához), a holobiont hologenómában.

Így a környezeti körülmények megváltozása a rovarok mikroflórájának összetételében bekövetkező gyors változásokhoz vezethet. Ez viszont hozzájárul a pozitív aszimmetritás és a parciális reproduktív elkülönítés gyors kialakulásához, ami lehet az első lépés az eredeti faj két részre való felosztása felé.Most már tudjuk, hogy pontosan hogyan változik a legyek ("mushy holobionts", a szerzők szerint), amikor a kontrasztos médián termesztik, és milyen tulajdonsággal különböztetik meg másoktól. Igaz, még mindig nem teljesen világos miért inkább hasonló mikroflórával rendelkező partnerekkel keresztezik egymást, és melyek azok a molekuláris és neurológiai mechanizmusok, amelyek megkülönböztetik az egyéneket a különböző szimbólumokkal.

Forrás: Gil Sharon, Daniel Segal, John M. Ringo, Abraham Hefetz, Ilana Zilber-Rosenberg, Eugene Rosenberg. A komor baktériumok a Drosophila melanogaster rendezésében játszanak szerepet Proc. Nat. Acad. Sci. USA-ban. Publikálva online nyomtatás előtt 2010. november 1.

Lásd még:
1) A fajta mindenki személyes kérdése, "Elements", 2006.02.15.
2) A stressz elősegíti a szorosan kapcsolódó kereszteződéseket, "Elements", 2009.03.09.
3) Hogyan lehet különbséget tenni másoktól? Nem kanonikus reprodukciós izolációs mechanizmusok.
4) Az immunrendszer segít az állatoknak abban, hogy megkülönböztessék a beteg rokonokat az egészségesektől a szagtól, "Elements", 2009.04.24.
5) Kulikov A. M., Markov A. V. Az immunrendszer, a stressz és a speciáció: kapcsolatok egy láncban? (PDF, 335 Kb) // természet. 2009. №10. P. 11-17.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: