Tardigrades to zwierzęta, które żyją w ekstremalnych warunkach. Znane również jako niedźwiedzie wodne lub prosięta mech, wodne, mikroskopijne bezkręgowce mogą przetrwać mrozy i temperatury wrzenia, a także trudne warunki w przestrzeni kosmicznej. Wysuszony tardigrad można ożywić tylko przez dodanie wody - nawet kilkadziesiąt lat później. Można je znaleźć na każdym kontynencie, w tym na Antarktydzie, i żyją w środowiskach od najgłębszych rowów oceanicznych, przez najgorętsze pustynie, aż po szczyty Himalajów.
powiązana zawartość
- Chromosomy płci ludzkiej to niechlujne zamiany DNA
- W jaki sposób Tiny Waterbear przetrwa w kosmosie?
Teraz naukowcy odkryli, że tardigradowie mają jeszcze jedno ekstremalne roszczenie do sławy: ich genom zawiera najbardziej obce DNA ze wszystkich znanych gatunków zwierząt.
Naukowcy donosili dziś w PNAS, że dziedziczą wszystkie geny po przodkach, a jedna szósta ich genetyki pochodzi od niepowiązanych roślin, bakterii, grzybów i archeanów. Dziwaczny mashup podkreśla fakt, że gatunki mogą kształtować się w znacznie mniej liniowy sposób, niż się powszechnie uważa.
„Kiedy większość ludzi myśli o różnorodności życia i przepływie informacji genetycznej, wyobraża sobie drzewo z dużymi gałęziami wytwarzającymi mniejsze, ale bez żadnego połączenia między kończynami”, mówi kierownik badania Thomas Boothby, doktor habilitowany w Life Sciences Research Foundation z University of North Carolina, Chapel Hill. „Zaczynamy zdawać sobie sprawę, że zamiast drzewa życia bardziej odpowiednie może być myślenie o sieci życia”.
Boothby zwrócił się ku genomowi Tardigrade w nadziei, że odkryje najbardziej podstawowe podstawy ekstremalnych strategii przetrwania stworzeń. Aby skatalogować każdy gen, on i jego koledzy najpierw wyodrębnili i zsekwencjonowali wiele krótkich fragmentów DNA z tysięcy tardigrad. Za pomocą programu komputerowego złączyli te sekwencje z powrotem, aby wygenerować kod w całości.
„Kiedy to zrobiliśmy, początkowo zauważyliśmy, że istnieje wiele genów, które wyglądały, jakby nie pochodziły od zwierząt”, mówi Boothby. „Nasza reakcja jelit polegała na tym, że coś pomieszaliśmy i musieliśmy zanieczyścić naszą próbkę”.
Aby dokładnie sprawdzić, zespół zwrócił się do reakcji łańcuchowej polimerazy, metody, która wzmacnia docelowe regiony materiału genetycznego tylko wtedy, gdy pasują one do określonych starterów. W tym przypadku chcieli sprawdzić, czy mogą amplifikować geny zwierząt i bakterii jako pojedyncze jednostki, co byłoby możliwe tylko wtedy, gdyby były fizycznie połączone w ramach tego samego genomu. „Zrobiliśmy to dla ponad 100 genów, z 98-procentowym sukcesem”, mówi Boothby.
Przekonani, że odczytanie genomu jest poprawne, zespół odtworzył ewolucyjne pochodzenie określonych sekwencji genów. Potwierdziło to, że to, co wyglądało na obce geny, było właśnie tym, a nie podobnym wyglądem opracowanym przez samych tardigrades.
„Wyniki pokazały nam dość jednoznacznie, że geny wyglądające na obce naprawdę pochodzą od zwierząt innych niż zwierzęta”, mówi Boothby.
Mówiąc ogólnie, geny tardigrady składają się z 17, 5 procent obcego materiału. Większość tych dziwnych genów ma pochodzenie bakteryjne - tysiące gatunków jest reprezentowanych w składzie genetycznym tardigrady. Wiele genów jest znanych lub podejrzewa się, że odgrywają rolę w tolerancji na stres dla ich pierwotnych właścicieli.
„Myślę, że odkrycia są niezwykle zaskakujące”, mówi Andrew Roger, biolog z Dalhousie University w Kanadzie. To, że zwierzę może uzyskać tak dużą część swoich genów ze źródeł zagranicznych, jest „niesamowite i bezprecedensowe”.
W niektórych przypadkach obce geny faktycznie zastąpiły geny tardigradowe, podczas gdy w innych tardigrades zachowały własne wersje, ale zawierały jedną lub wiele kopii jednego lub kilku gatunków bakterii. „Spekulujemy, że nie było to jednorazowe wydarzenie, ale prawdopodobnie trwało i może się dziać do dziś”, mówi Boothby.
Tardigrades pobierają do 17, 5 procent swoich genów z organizmów niepowiązanych. (STEVE GSCHMEISSNER / Science Photo Library / Corbis) Naukowcy od lat wiedzą, że bakterie i inne drobnoustroje mogą angażować się w poziomy transfer genów - wymianę materiału genetycznego między niepowiązanymi gatunkami. Ale dopiero niedawno naukowcy zaczęli zdawać sobie sprawę, że ta metoda rozwoju genetycznego może również wystąpić u zwierząt.
W porównaniu z tardigradami, genomy innych zwierząt, w tym ludzi, zawierają bardzo mało ciał obcych. Do tej pory wrotki - kolejne mikroskopijne zwierzę wodne - utrzymywały rekord na poziomie 8–9 procent. W przypadku tardigrad i rotiferów duża dawka obcych genów prawdopodobnie odgrywa znaczącą rolę w nadawaniu im doskonałych umiejętności przetrwania.
„Jeśli będą w stanie uzyskać DNA z organizmów już żyjących w stresującym środowisku, mogą być w stanie wyłapać niektóre z tych samych sztuczek”, mówi Boothby. Ale dokładnie nie wiadomo, w jaki sposób tardigrades udało się skleić tak wiele obcych materiałów genetycznych.
Boothby i jego koledzy podejrzewają, że zdolność zwierząt do wysychania i reanimacji może odgrywać pewną rolę. Po wyschnięciu tardigrades ich genomy ulegają fragmentacji. Po przywróceniu życiodajnego płynu błony otaczające ich komórki pozostają przez pewien czas nieszczelne, a ponieważ komórki szybko pracują nad naprawą własnych genomów, mogą przypadkowo pracować z jakimś DNA ze środowiska.
„Ten artykuł potwierdza znaczenie badania całego genomu, zastosowanego tutaj do niezwykłego, ale bardzo interesującego i często zaniedbywanego modelu zwierzęcego”, mówi Roberto Bertolani, zoolog ewolucyjny na Uniwersytecie w Modenie i Reggio Emilia we Włoszech.
„Jednym z interesujących punktów, na które powołują się autorzy, jest możliwy związek między wysuszeniem, nieszczelnością błon i pęknięciami DNA, które mogą predysponować te zwierzęta do włączenia i integracji wielu obcych genów.”
Na razie to tylko hipoteza, więc Boothby planuje zbadać to i inne nierozstrzygnięte pytania. Jego praca z tym ekstremalnym stworzeniem może nawet dać ludziom lepszą szansę na przeżycie: badanie genów tigrigrady może pewnego dnia pomóc w opracowaniu farmaceutyków i szczepionek, których nie trzeba już trzymać na lodzie, a zamiast tego można je wysuszyć i reanimować na miejscu w wiejska klinika lub strefa kryzysowa.
