Bedbugs pašarų savo palikuonis su naudingomis bakterijomis • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Biologija, genetika

Bedbugs pašarų savo palikuonis su geromis bakterijomis

Suaugusiųjų klaidos Megacopta punctatissima ir Megacopta kribrariaauginami be simbionų, yra mažo dydžio, šviesiai spalvos ir negali dauginti. Nuotraukos iš diskusijos straipsnio PLoS biologija

Japonijos biologai ištyrė neįprastą simbiozės sistemą, kurią sudaro šeimos klaidos Plataspidae ir bakterijos, gyvenančios jų žarnose. Bakterijos, vadinamos Ishikawaella, absoliučiai būtina norint normaliai vystyti ir atkurti šias klaidas. Siekiant užtikrinti jų palikuonį su simbiontais, moterys kartu su kiaušiniais papildo specialias kapsules, kuriose yra gyvos bakterijos. Klaidų evoliucija ir jų simbiontai vyko sinchroniškai: naujos rūšies klaidos atsiradimas visada lydėjo naujos bakterijos rūšies atsiradimas. Nors ishikawaveliai gyvena žarnų ertmėje, o ne ląstelėse, jie turi būdingų intracelinių simbiontų savybių: genomo sumažėjimą, A ir T nukleotidų dominavimą genome ir padidėjusį molekulinės evoliucijos greitį.

Elementai jau parašė apie milžinišką vaidmenį, kurį simbiozė vaidina evoliucijoje (žr. 2006 m. Rugsėjo 19 d. Simbiozines bakterijas, kurios pakeičia virškinimo organus ir sekretus jūrų širdyse). Japonijos biologų straipsnis neseniai paskelbtas žurnale PLoS biologija, yra dar vienas ryškus šio fakto patvirtinimas.

Klaida šeima Plataspidae, ar pusapvaliai šinikiai, kaip paaiškėjo, negali gyventi be specialių simbiozinių bakterijų, kurios gyvena jų žarnose – taip pat kaip ir šios bakterijos neužsimenamos apie gyvenimą sau be gulbių. Apsauginių augalų patelės, dedančios kiaušinius, kiekviename klojime nustato tam tikrą kiekį "simbiozinių kapsulių" – padengtų rutulių, kurių sudėtyje yra simbiozinių bakterijų maistinėje terpėje. Pirmosios iškrėstos lervos maitina kapsules, o bakterijos patenka į užpakalinę midguto dalį.

Po to atsiranda labai keistų dalykų: midgut šaknies viduryje, todėl virškinimo sistemos priekis tampa aklu maišeliu, kuris neturi išėjimo. Maistas nustoja patekti į žarnyno dalį, kurioje yra bakterijos. Jie maitina augalo sultį, o viskas, ką valgė, yra absorbuojamas be liekanų, o tada atliekos yra pašalinamos iš kūno ertmės specialių organų (makaloninių kraujagyslių) pagalba tiesiai į nugarinę žarną.

Skydų vidurinės žarnos nugara yra paversta bakterijų inkubatoriumi. Moterims ši žarnyno dalis yra suskirstyta į tris dalis: bakterijos gyvena priekyje, viduryje yra simbiozinių kapsulių maistinės medžiagos "užpildas"o atgal jų formos apvalkalas. Iš vyrų trūksta paskutiniųjų dviejų dalių.

Mokslininkai nustatė, kad be simbiotai skydai negali gyventi. Remiantis simbiozinėmis kapsulėmis iš sankabos, labai padidėja lervų mirtingumas ir lėtas augimas. Dviejose klaidose (iš keturių ištirtų rūšių) visos lervos mirė be išimties. Kitose dviejose rūšyse kai kurios lervos išaugo iki suaugusiųjų stadijos, tačiau susidariusios klaidos buvo mažos, blyškios spalvos ir negalėjo poruotis.

Akivaizdu, kad bakterijos sukelia klaidas su būtinomis maistinėmis medžiagomis. Gyvūnai, kurie maitina tik augalų sultį, yra labai sunkioje padėtyje. Iš tiesų, jų maiste beveik nėra riebalų, baltymų, amino rūgščių ir daugelio kitų būtinų medžiagų. Dėl kai kurių angliavandenių ilgai nepasiliks. Tiesa, daržovių sultys turi visus elementus, reikalingus dingusių medžiagų sintezei, tačiau tik tokios sudėtingos biocheminės užduotys gali susidoroti tik su bakterijomis.

Kiti vabzdžiai, kurie maitina augalinę sultą, pvz., Lapidę, taip pat turi simbiozines bakterijas, kurios perduodamos vertikaliai – nuo motinos iki vaikų. Simbionto lapidės – bakterija BuchneraKaip ir daugelis kitų vabzdžių simbiontų, ji negyvena žarnyne, bet viduje specialiose ląstelėse – bakteriocitų, kurie sudaro specialų organą – bakteriją. Pagrindinė skydo klaidos bakterijų simbionto ypatybė yra tai, kad ji negyvena viduje, bet už šeimos ląstelių.

Tyrėjai išskyrė simbiozines bakterijas iš simbiozinių bakterijų iš septynių rūšių klaidų simbiozinių kapsulių ir nustatė nukleotidų seką ribosominės RNR geno (16S rRNR). Šis genas tradiciškai naudojamas identifikuoti bakterijų giminaičius. Paaiškėjo, kad bugbird simbiote priklauso gama-proteobakterijų grupei, ty enterobakterijų pogrupiui, tai yra žarnyno bakterijoms (tai taip pat reiškia E. coli), o jo artimiausias giminaitis yra tas pats buchner-amarų simbiotas. Tai savaime yra gana įdomu, nes amarai ir bedbugs yra susijusios grupės. Galbūt klopino-bakterinio simbiozės istorija yra labai seno ir prasideda tais laikais, kai pasaulyje gyveno amarų ir klaidų bendrieji protėviai.

Remiantis rRNR genų nukleotidų sekų palyginimu, mokslininkai sukūrė evoliucinius medžius – atskirai dėl klaidų ir jų simbiontų. Šie medžiai pasirodė esą vienodi (žr. Paveikslą).

Paveikslas rodo pilną klaidų evoliucinių medžių sutapimą – puslankiu skydai (kairėje) ir jų simbiontai (dešinėje) Viršutinėje ir apatinėje figūrų dalyje "išorinių grupių" padėtis – kitos klaidos ir bakterijos – amarų simbiotės (Buchnera) Pav. iš straipsnio į PLoS biologija

Tai reiškia, kad klaidų ir jų simbiontų evoliucija vyko visiškai sinchroniškai: naujos rūšies klaidos atsiradimas visada lydėjo naujos bakterijos rūšies atsiradimas. Arba, galbūt priešingai – bakterijų pasikeitimas sukėlė naujos rūšies klaidų atsiradimą? Be to, tai reiškia, kad skirtingi baldakių tipai nesikeičia simbiotais tarpusavyje. Pastarąją aplinkybę galima paaiškinti tik dėl fiziologinių priežasčių, tai yra dėl to, kad kiekviena bakterijos rūšis pritaikyta tik tam tikrų rūšių paukščiams ir atvirkščiai. Faktas yra tas, kad skirtingų tipų puslankiu skydo skydai dažnai randami tame pačiame augale, o lervoms nėra imuniteto nuo atsitiktinio "svetimų" kapsulių vartojimo. Akivaizdu, kad tokios klaidos blogai pasitaiko bedugnėms ir bakterijoms.

Tyrėjai pavadino naują bakteriją Ishikawella (Ishikawaella) garbei garsaus Japonijos vabzdžių simbiozės mokslininko Hajime Ishikawa (Hajime Ishikawa) garbei. Bakterijos genomas dar nėra perskaitytas, tačiau buvo įmanoma nustatyti jo dydį – apie 0,8 milijono bazinių porų. Tokio mažo dydžio genoma būdinga intracellular simbiontai. Normaliosios žarnos bakterijos, tokios kaip E. coli E.coli, genomas paprastai yra kelis kartus didesnis.

Kiti genetiniai požymiai, kurie priartėja prie ląstelių bakterijų, taip pat buvo rasti Ishikavaella: padidėjęs nukleotidų A ir T kiekis (atsižvelgiant į G ir C) ir pagreitintas molekulinės evoliucijos greitis. Visi šie požymiai rodo genomo supaprastinimą ir blogėjimą. Paprastai tai paaiškinama simbiozės, ypač intracelulinio gyvenimo būdo, savybėmis. Santykinis egzistencijos sąlygų nestabilumas ir daugelio esminių medžiagų (kurias galima paimti iš savininko, o ne sintezuoti savarankiškai) daugelis genų nereikalingas.

Griežtai vertikali bakterijų pernešimas iš motinos į savo vaikus, mažas mikrobų populiacijų skaičius, dažnos "kliūtys" (tik labai maža bakterijų dalis gali būti perkelta į naujos kartos vabzdžius,be to, sėkmės tikimybė beveik nepriklauso nuo konkrečios bakterijos savybių), – visos šios Ishikavaella savybės (taip pat ir intracellular simbiontai) sumažina vadinamojo valymo (stabilizuojančio) atrankos efektyvumą, kuris pašalina nesėkmingus genetinius svyravimus iš gyventojų ir užkerta kelią "nukrypimams nuo normos".

Stabilizuojančio atrankos silpnumas dažniausiai paaiškina didelį intraląstelinių bakterijų molekulinės evoliucijos greitį. Dabar tapo aišku, kad šis paaiškinimas gali būti taikomas ir tam tikroms žarnyno bakterijoms.

Japonijos mokslininkų studijuota simbiozinė sistema yra išskirtinai patogus objektas, kuris leidžia be jokių pastangų įdėti daug įdomių eksperimentų. Pavyzdžiui, kas atsitiks, jei keičiamos skirtingų rūšių klaidų simbiozinės bakterijos? Tai lengva išsiaiškinti – tiesiog perpilkite svetimų simbiozines kapsules lervoms. Su intracellular bakterijomis, tokiomis kaip Buchner, labai sunku ar net neįmanoma atlikti tokio eksperimento. Žinoma, šis ir daugelis kitų eksperimentų bus atliekami artimiausioje ateityje, ir mes išmokti daug daugiau patrauklių detalių apie šešių kojų simbiozinių "superorganizmų" gyvenimą.

Šaltinis: Takahiro Hosokawa, Yoshitomo Kikuchi, Naruo Nikoh, Masakazu Shimada, Takema Fukatsu. Griežtas Host-Symbiont kosmetikos ir redukcinio genomo evoliucijos vabzdžių žarnos bakterijos. PLoS biologija. 2006. 4 tomas. 10 leidimas.

Taip pat žiūrėkite:
1) Bakterijų simbiontai pakeitė jūrų širdies virškinimo organus ir sekretus, "Elements", 2006.09.19.
2) Žarnyno mikroflora paverčia žmogų superorganizmu, "Elementai", 2006 06 9.
3) Norėdami gyventi, giliavandenių kirminų užsikrėtę naudingomis bakterijomis, "Elements", 2006.05.23.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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