Capacitatea afidelor de a se adapta fluctuațiilor de temperatură depinde de bacteriile simbiotice

Componentele superorganismului simbiotic: afida (de mai sus) și bacteriile Buchnera. care trăiesc în celule gazdă specializate - bacteriococi (fotografii de la www.genomenewsnetwork.org și www.uv.es)







Stabilitatea afidelor la temperaturi înalte, așa cum sa dovedit, este determinată de caracteristicile genetice ale symbionților lor - bacteriile Buchnera. Unele afide Acyrtisyphon Pisum găsit simbioți mutante, care, în caz de supraîncălzire nu este activat una dintre gene de „șoc termic» - ibpA. În bacteriile normale, proteina codificată de această genă ajută la supraviețuirea supraîncălzirii. Afidele cu simbionți mutanți se reproduc mai repede în vreme rece, dar pe măsură ce crește temperatura, încep să piardă mult din cauza insectelor ale căror symbionturi nu poartă o mutație.

Afidele se hrănesc exclusiv cu sucuri de plante. Trăiți din această dietă slabă, permit o simbioză de succes cu bacteriile. Simbionți primesc de la adăpost proprietarilor și a produselor alimentare, precum și în schimbul ei sintetiza aminoacizi, vitamine și alte substanțe, este complet absentă în care puțină apă dulce unele, care este doar afidele alimentare.

Faptul că afidele sunt, de fapt, simbiotică „superorganism“, dă un caracter mai degrabă aparte de ecologie și evoluția lor. De exemplu, în afide este posibil să moștenim semnele dobândite "în conformitate cu Lamarck". La urma urmei, pentru viața unuia dintre afide în celulele sale înlocuite de mai multe generații de symbiot-Buchner, și fondul genetic al bacteriilor pot schimba ca rezultat al mutației și selecție, și apoi a da simbionți afide descendenților lor care sunt genetic diferite de cele pe care a primit de la mama ei.

Simiozitatea afidelor cu buchneri este mai veche de 100 de milioane de ani. În acest timp, Buchner a suferit o degradare genetică - este aproape inevitabilă soarta tuturor simbioților obligați intracelulare. Buchner pierdut capacitatea de recombinare (schimb de gene de la alte bacterii), gena sa redus foarte mult, simplificată și pierde ductilitate din cauza pierderii de elemente genetice mobile și se repetă. Acest lucru a redus capacitatea de adaptare a bacteriilor. Ca orice organism, obișnuit cu condiții favorabile relativ neschimbate, Buchner a devenit o creatură teribil de efeminată și capricioasă. Și acest lucru, la rândul său, impune restricții asupra întregului "superorganism". De exemplu, Buchners nu-i plac căldura - și acest lucru împiedică foarte mult răspândirea afidelor în regiunile unde probabilitatea de supraîncălzire este ridicată. De altfel, astfel de restricții sunt comune pentru multe alte superorganism: mici vertebrate terestre nu au putut învăța cum să planteze pe bază de dieta, nu a fost încă dezvoltat un sânge cald (necesar pentru digestia florei intestinale de fibre dietetice nu pot tolera suprarăcirii); amintim, de asemenea, care sunt eforturile depuse pentru menținerea temperaturii constante în termitele lor.







Principala problemă cu care organismul întâlnește supraîncălzirea este posibilitatea de a schimba structura secundară (denaturarea) anumitor proteine. De obicei, celula ca răspuns la o creștere a temperaturii include o serie de gene (gene de șoc numit căldură - gene de șoc termic), care codifică proteine ​​specifice - chaperone, a căror funcție constă în faptul că acestea sunt „forțați“ alte proteine ​​atașați la configurația corectă. Gene de șoc termic (în număr de cinci) sunt de asemenea găsite în buchners.

Curios, unele gene care sunt de obicei activate de alte organisme în caz de supraîncălzire, buchnerii lucrează întotdeauna cu activitate crescută. Faptul este că pliarea greșită a proteinelor poate să apară nu numai din cauza temperaturilor ridicate, ci și datorită mutațiilor dăunătoare din genele care codifică aceste proteine. Buchner, lipsit de capacitatea de a recombina, este condamnat la acumularea constanta a unei sarcini mutationale, iar chaperonii pot atenua intr-o oarecare masura efectele negative ale mutatiilor, pliandu-se in mod corespunzator nu chiar proteinele corecte.

Ca linia de afide, care a relevat această anomalie a fost făcută acum cinci ani de linia „normală“, în care ibpA activat în caz de supraîncălzire, cercetatorii au emis ipoteza ca cauza este o mutatie (probabil singura), a apărut în urmă cu mai puțin de cinci ani.

Genome Buchner Citiți și pentru a găsi mutația nu a fost dificil. Cercetătorii otsekvenirovali regiunea de reglementare a genei ibpA si a constatat ca bacteriile cu răspuns anormal la supraîncălzire „pierdut“ o nucleotidă (adenina), în locul în care un cromozom se alătură Y32 de proteine ​​de reglementare, care include doar gena ibpA (si alte gene de soc termic ) într-o situație stresantă.

Cercetatorii au decis sa afle cum mutatia care a avut loc in symbiont bacterian afecteaza viabilitatea si potentialul reproductiv al superorganismului simbiotic. Afidele mutant si normale Buchner crescute în condiții diferite de temperatură: la o temperatură constantă de 15 ° și 20 ° C, iar partea insectelor la vârsta de două zile de la eclozare au fost de patru ore de încălzire la 35,5 ° C Sa dovedit că după supraîncălzire simbionți afide mutante pierde aproape complet capacitatea lor de a se reproduce, în timp ce afide simbioții normale reproduc destul de bine. Cu toate acestea, la o temperatură constantă de 15 ° sau 20 ° C, afidele cu simbionți mutanți au un avantaj notabil. Încep să se înmulțească mai devreme și, în medie, produc mai mulți pui.

Experimente suplimentare a permis să se determine de ce pe termen scurt supraîncălzire efect atât de dăunător asupra afidelor mutante Buchner: creșterea temperaturii la 35 ° C sau mai mare duce la moartea în masă a simbionți bacteriene. După aceasta, există doar aproximativ 1000 de bacterii pe insectă, în timp ce norma este de aproximativ un milion.

Astfel, buchnerii mutanți dau un avantaj afidelor la o temperatură scăzută constantă a mediului, iar cele "normale" sunt benefice în cazul în care există un pericol de supraîncălzire. Aparent, în funcție de condițiile climatice ale terenului și chiar de timpul anului, direcția de selecție în populațiile de afide naturale poate varia: uneori afidele cu symbionte obișnuite și uneori mutante au avantajul. Ca rezultat, ambele variante genetice persistă în populațiile naturale și nici una dintre ele nu poate să-l înlăture complet pe celălalt.







Trimiteți-le prietenilor: