2016. nárcisznap (2021. február)

különféle

1859-ben, amikor Charles Darwin először kifejezte az evolúció elméletét, arra gondolt, hogy a természetes szelekció folyamata arra késztette a fajokat, hogy idővel alkalmazkodjanak a környezetükhöz. Úgy vélte, hogy a szervezet túlélését elősegítő tulajdonságok továbbjutnak az utódoknak, akik ezeket a tulajdonságokat átadják más utódoknak, és végül a mai élet sokszínűségéhez vezetnek.

Csak egy probléma volt, Darwin nem igazán értette, hogyan működik a természetes szelekció. Évtizedekbe telik, amíg a tudósok felfedezik a karakterek átadásának genetikáját és körvonalait - Watsonnal és Crickkel, akik 1953-ban tökéletesen feltárták a DNS kettős spiráljának alakját.

Josh Puzey, a William & Mary biológiai adjunktusa elmulasztott egy lépést Darwin genom-feltérképezési elméletében. Puzey meg akarta magyarázni, miért vannak ilyen eltérések a fajokon belül. Ha a természetes szelekció olyan erős, mint azt Darwin megjósolta, miért nem különböztethetők meg és egyformán megfelelőek a fajon belüli egyedek?

"Az egyszerű, bár talán kissé naiv elvárás az, hogy ne legyenek eltérések, mert a természetes szelekció a fajokat az egyetlen optimálisra szorította" - mondta Puzey. "Tehát a kérdés az: hogyan marad fenn a genetikai variáció a természetes szelekcióval szemben?"

Kérdés, hogy Puzey egy lépéssel közelebb van-e a megoldáshoz. A Science folyóiratban ma megjelent egy cikk: "A szelektív kompromisszumok fenntartják a növények összetett tulajdonságait támogató allélokat". A tanulmány kulcsfontosságú kapcsolatot talál a természetes szelekció és a genetikai variáció között. Puzey társszerzői Ashley Troth, Rebecca Kim, John Willis és John Kelly. Kutatásukat a nemzeti egészségügyi intézmények és a Nemzeti Tudományos Alapítvány finanszírozta.

Puzey szerint a tanulmány úttörő, mivel az elsők között ötvözi a fenotípust (fizikai jellemzők) és az alkalmasságot (az utódok szaporodásának és elhagyásának képességét) a genotípushoz (az egyén DNS-ében kódolt tulajdonságok). A fenotípus és a genotípus közötti különbség megértéséhez gondoljon a flamingóra. A flamingó rózsaszínűvé válik, ha egy bizonyos típusú garnélát fogyaszt.

A garnéla diéta megváltoztatja a flamingó fenotípust, színét, de közvetlenül nem befolyásolja a flamingó genotípust. A fenotípus a környezeti változások közvetlen következményeként gyorsan változhat. A genotípus változása generációs, a gének utódokba történő átvitelén keresztül.

"Gondolkodunk a fejlődésen és a természetes szelekción, miközben mindig megpróbálunk megfelelőbb fenotípust találni" - mondta Puzey. "Ha több ezer vadvirág van a hegy tetején, ha az evolúció generációk óta zajlik, akkor feltételezheti, hogy mindannyian azonos fenotípussal rendelkeznek, de nem, ezért néhány durva erőt tanulmányoztunk ennek a kérdésnek a kezelésére."

Puzey négy amerikai kutatóintézet tudóscsoportjának tagja volt, amely 187 különböző vadvirág (Mimulus guttatus) vetőmagját gyűjtötte össze és elemezte, amelyek az Iron Mountain érchegységei területén nőnek.

Magok felhasználásával a kutatók képesek voltak szekvenciázni az egyes virágok genomját. Ezután visszatértek Oregonba, és a szekvenált magokat ugyanazon a hegyen ültették, ahol eredetileg gyűjtötték őket.

A csapat két évig figyelte az egyes magokat, és megmérte azok állapotát. Feljegyezték, hány mag termett, mennyire virágoznak, ha a virág eléri a szaporodási érettséget.

"Ezeknek az egyedeknek a felhasználásával sikerült kombinálni a genotípust a fenotípussal" - mondta Puzey. "Amikor a virágok megnőttek, tudtuk, hogy mi történik ezekkel a génekkel, és ezek a gének hogyan kapcsolódnak a fenotípussal." Ez egy igazi új része volt ennek a tanulmánynak. "

A csapat képes volt azonosítani a genom meghatározott régióit, amelyek szabályozzák a virágzási időt és a virág méretét. Megállapították, hogy ugyanaz a régió kontrollálta mindkét tulajdonságot. A későn virágzó virágok nagyobb virágokat hoztak, mint a reggeli virágok.

A kutatók azt találták, hogy a fenotípus részeként felbukkanó tulajdonságok - az egyes emberek kinézete - fizikailag kapcsolódnak a genotípushoz - magyarázta Puzey. Egyszerűen fogalmazva, a virágok idővel fejlődtek, hogy megőrizzék a virágméret genetikai különbségeit, mert ez segített túlélni őket.

A természetes szelekció kiválasztja azokat a fenotípusokat, amelyek a legjobban megfelelnek a natív környezetnek, de ha ez a környezet mindig mozog, akkor a szelekció genetikai variációvá válhat, hogy megoldjon bármit, ami neki megfelel.

"Megállapítottuk, hogy a fitnesz attól a környezettől függ, amelyben ebben az évben népszerűsítik" - mondta Puzey.

Egy éven belül rövid idő állt rendelkezésre, amikor a hó elolvadt. Rövid, párás időszak követte a nyár gyors kezdetét. A kisebb és korábban kivirágzott majmokban bővelkedő virágok nagyobb valószínűséggel érik el produktív érettségüket ilyen körülmények között - magyarázta Puzey.

A következő évben a tavaszi esőzések tovább tartottak, és a nyári aszály sokkal később érkezett a szezonban. Abban az évben a kutatók azt találták, hogy a később nőtt és virágzó egyéneket telepítették.

"Néha népszerűek a kis virágok, néha pedig a nagy virágok, attól függően, hogy nedvesek" - mondta Puzey. "Tehát megvan a válasz arra a kérdésre, hogy" hogyan tartják meg a genetikai variációt a természetes szelekcióval szemben? "Az évenkénti variáció az ellentétes években alternatív genetikai összetevőket és alternatív fenotípusokat választ, lehetővé téve a változások fennmaradását."

Mivel a majomvirágok genetikai összetétele olyan jól alkalmazkodik az ingadozó éghajlati viszonyokhoz az év során, a kutatók arra gondoltak, vajon a virágban fenntartott genetikai változások hasznosak lehetnek-e az éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodásban.

"Ez egy jobban alkalmazott védelmi kérdés" - mondta Puzey. "Van-e elég eltérés ezekben a természetes populációkban ahhoz, hogy gyorsan alkalmazkodjanak a globális éghajlatváltozáshoz?"

A tudósok úgy vélik, hogy létezik. Az Iron Mountain régió éghajlatváltozása olyan szélsőséges, hogy a kutatók úgy vélik, hogy a majompopulációk genetikai sokféleségének alkalmazkodnia kell a hosszú távú éghajlatváltozáshoz.

Puzey arra figyelmeztet, hogy a majomvirágokra vonatkozó jó hír nem feltétlenül jelent jó hírt más Vas-hegyi vadfajok számára. A virágzási idő és a virágméret változása közvetlen hatással van a beporzókra, például a fészkelő méhekre. Az élelmiszer-keresési szokások bármilyen változása hatással lehet más virágokra, és befolyásolhatja, hogy mely fajok milyen időben virágzanak. Puzey hangsúlyozza, hogy az egész ökoszisztéma a tét.

"Bár ez ígéretes képet mutat a Mimulus számára az éghajlatváltozás szempontjából" - mondta Puzey, "tanulmányunkban nem sok interakció található, amelyek némelyike ​​az éghajlat felmelegedésével teljesen széteshet."