Мініатюрна дафнія стала генетичним господарем тваринного світу.

блохи

12 лютого 2011 року о 0:00 ранку Міхал Ач

Дафнія, популярний делікатес акваріумних риб, є першим ракоподібним, до якого вчені переклали повну спадкову інформацію - геном. Було показано, що мікроскопічний Daphnia pulex має майже 31000 генів, приблизно на вісім тисяч більше, ніж люди.

Оцінки загальної кількості людських генів довго варіювались і жодного разу не були сотнями тисяч. Кілька років тому їх генетики нарешті підрахували; виявилося, що їх у нас "лише" 23 тис. Звичайний рис має 50 тис. генів, 32 тис. кукурудзи, і за цими генетичними цифрами нас перевершує навіть маленький араб (25 500).

Зазвичай рослини мають більше генів, головним чином тому, що їм доводиться виробляти власні поживні речовини шляхом фотосинтезу, тоді як ми отримуємо енергію легше. Але як бути із звичайним мініатюрним організмом, як прозорі дафнії, розмір яких коливається від одного до п’яти міліметрів? Що робить його цікавим і чому йому потрібно так багато генів?

Їм потрібно лише трохи

Ми знаємо близько трьохсот видів дафній, але вони дуже схожі. Їхній спосіб життя не вимогливий. Вони підходять для всіх континентів і всіх місць, якщо на них знайдеться трохи прісної води, особливо стоячої води. Навіть якщо мова йде про поживні речовини, вони не надто вибагливі, і їх буде достатньо для дрібних водоростей, таких як ціанобактерії.

Таке меню здається нам трохи різноманітним, але Дафнії звикли до односторонньої дієти протягом тривалого розвитку. Завдяки цьому тепер ми можемо розглядати їх як чудових союзників у боротьбі з огидними зеленими покривами на озерах або ставках, які утворюються ціанобактеріями.

Дафнії також швидко реагують на стрес, тому вони є важливим організмом, який сигналізує про забруднення води.

Я можу обійтися без сексу

Як і більшість людей у ​​світі тварин, вони переживають добрі та погані часи. У кращі часи воно задовольняється менш драматичним і менш вибагливим безстатевим життям, коли з незапліднених яєць народжуються лише самки.

Однак, коли також спостерігається незначна криза, наприклад, осіннє похолодання, або більша, можливо, загрожувана хижаками, відбувається значний зрив у поведінці Дафнії. Щоб впоратися з погіршенням умов як виду, їм потрібно збільшити генетичне різноманіття, що дає більше можливостей для адаптації або захисту.

Природа придумала для цього лише один спосіб: секс. Як результат, деякі дафнії швидко розроблять специфічне захисне спорядження: колючки, зуби чи інше цікаве новоутворення, схоже на військовий шолом.

У нагрітих лабораторних коробках дафнії, мабуть, коливаються в стабільному середовищі, і ніщо не змушує їх змінюватися. Натомість вони дозволяють вченим, які забезпечують їм комфорт, вивчати покоління генетично однакових клонів, народжених із незапліднених яєць.

Але ті, хто хоче вивчити реакцію дафнії на стрес, повинні створити для них менш стабільні умови.

Мечники і Вайсман

Багато відомих чоловіків минулого працювали з водяними блохами. Наприклад, Ілля Мечников використовував їх, щоб підтвердити своє революційне уявлення про роль білих кров'яних тілець як захисників організму, яке було народженням імунології. Він отримав Нобелівську премію в 1908 році.

Один з найважливіших біологів минулого, Август Вайсманн, ім'я якого часто вимовляється на одному диханні разом з ім'ям Чарльза Дарвіна, проілюстрував на водяній блоші знання, що лише статеві клітини, тобто чоловіча сперма і жіночі яйця, можуть передавати спадкова інформація у тварин.

По-третє, Річард Волтерек використав дафнію для уточнення теорії фенотипової пластичності, яка коротко говорить, що організм змінює свої властивості у відповідь на змінене середовище.

Сьогодні скромна водяна блоха є зразковим організмом екологічної генетики, новою наукою, яка прагне зрозуміти взаємозв'язок між генами та навколишнім середовищем. Вчені вивчають, як Дафнія відреагує на хімічне забруднення води.

Десять тисяч унікальних предметів

Дафнія стала дуже популярним генетичним організмом, подібним до плодової мухи Drosophila melanogaster або хробака Caenorhabditis elegans. Повний геном глистів і плодових мушок вченим відомий ще з кінця минулого століття, тому Дафнія мала істотне історичне ковзання.

Зараз він був видалений міжнародним геномним консорціумом (Daphnia Genomics Consortium), координованим Центром геноміки та біоінформатики при Університеті Індії в Блумінгтоні, США. Він налічує майже 500 членів, його очолює Джон Колборн з того ж університету. Колборн - керівник групи авторів, які писали про відображення геному дафнії в журналі Science.

Команда генетиків з Японії, Німеччини, Швейцарії, Нідерландів, Канади та Великобританії виявила, що у дафнії близько десятків тисяч унікальних генів, які не зустрічаються в ДНК іншого сімейства тварин. "Вони абсолютно нові для науки", - сказав Дон Гілберт з Індійського університету, співавтор статті в Science.

Сучасна версія канарки

Дослідники також досліджували причини високої кількості генів дафнії. На їх думку, це пов'язано з дублюванням генів під час еволюції, коли багато генів було скопійовано і створено нові сім'ї з новою функцією.

Інші гени їм у цьому допомогли. Здається, дублікати оригінальних генів не набули нової функції завдяки послідовним бажаним мутаціям, але щонайменше половина з них дуже швидко змінили свою класифікацію робочих місць, деякі, можливо, під час їх створення. Завдяки цьому дафнії можуть так швидко реагувати на зміни у своєму середовищі.

"За нашими оцінками, кількість подвоєнь втричі перевищує показник інших безхребетних і приблизно на третину вище порівняно з людьми", - сказав Колборн.

Дафнії - це також організм, який поділяє найбільше генів з людиною серед безхребетних. Ось чому вивчення того, як він реагує на дискомфорт, важливо для розуміння реакцій людей на стрес.

"Дафнія - чудовий датчик води, сучасна версія канарки в шахті з потенціалом високоефективних технологій", - сказав Джеймс Клауніг з Індійського університету.

"Знаючи його геном та використовуючи лабораторні та польові дослідження, ми можемо відстежувати ефекти, що впливають на навколишнє середовище, на клітинному та молекулярному рівнях та поєднувати їх із подібними процесами, що відбуваються у людей", - додав Клауніг.

Основне джерело: веб-сайт американського NSF (Національний науковий фонд)