Миниатюрната дафния се превърна в генетичен господар на животинския свят.

водните

12 февруари 2011 г. в 0:00 ч. Michal Ač

Дафнията, популярен деликатес на аквариумни риби, е първият ракообразен, на който учените са картографирали пълната наследствена информация, генома. Доказано е, че микроскопичният Daphnia pulex има почти 31 000 гена, около осем хиляди повече от хората.

Оценките за общия брой човешки гени отдавна варират и нито веднъж не са били на стотици хиляди. Преди няколко години техните генетици най-накрая ги преброиха; оказа се, че имаме "само" 23 хиляди от тях. Обикновеният ориз има 50 хиляди гена, 32 хиляди царевица и в тези генетични числа сме надминати дори от малки арабини (25 500).

Растенията обикновено имат повече гени, главно защото трябва да произвеждат собствени хранителни вещества чрез фотосинтеза, докато ние получаваме енергия по-лесно. Но какво да кажем за обикновен миниатюрен организъм като прозрачна дафния, чийто размер варира от един до пет милиметра? Какво го прави интересен и защо се нуждае от толкова много гени?

Трябват им само малко

Познаваме около триста вида дафния, но те са много сходни. Техният начин на живот не е взискателен. Те са подходящи за всички континенти и всички места, ако намерят малко прясна вода по тях, особено застояла вода. Дори когато става въпрос за хранителни вещества, те не са твърде придирчиви и ще бъдат достатъчни за малки водорасли като цианобактерии.

Такова меню ни се струва малко разнообразно, но дафниите са свикнали с едностранната диета по време на дългото развитие. Благодарение на това вече можем да ги разглеждаме като отлични съюзници в борбата срещу отвратителните зелени покрития по езера или езера, които са образувани от цианобактерии.

Дафниите също реагират бързо на стрес, така че те са важен организъм, който сигнализира за замърсяване на водата.

Мога и без секс

Както повечето хора в животинския свят, те преживяват добри и лоши времена. В по-добри времена тя се задоволява с по-малко драматичен и по-малко взискателен безполов живот, когато от неоплодени яйца се раждат само женски.

Когато обаче има и малка криза, като есенното охлаждане, или по-голяма, може би заплашена от хищници, има забележително прекъсване в поведението на Дафния. За да се справят с влошените условия като вид, те трябва да увеличат генетичното разнообразие, което носи повече възможности за адаптиране или защита.

Природата е измислила само един начин за това: секс. В резултат на това някои дафнии бързо ще развият специфично защитно оборудване: бодли, зъби или друго интересно новообразувание, наподобяващо военен шлем.

В отопляеми лабораторни кутии очевидно дафниите се колебаят в стабилна среда и нищо не ги принуждава да се променят. В замяна те осигуряват на учените, които им осигуряват комфорт, да изучават поколения генетично идентични клонинги, родени от неоплодени яйца.

Но тези, които искат да проучат реакцията на Дафния на стрес, трябва да създадат по-малко стабилни условия за тях.

Мечоносци и Вайсман

Много известни мъже от миналото са работили с водни бълхи. Например, Иля Мечников ги използва, за да потвърди своята революционна идея за ролята на белите кръвни клетки като защитници на организма, която е в началото на имунологията. Печели Нобелова награда през 1908г.

Един от най-важните биолози от миналото, Август Вайсман, чието име често се произнася на един дъх заедно с името на Чарлз Дарвин, илюстрира на водната бълха откритието, че само зародишните клетки, т.е. мъжки сперматозоиди и женски яйцеклетки, могат да предават наследствена информация при животни.

Трето, Ричард Волтерек използва дафния, за да изясни теорията за фенотипната пластичност, която накратко казва, че организмът променя свойствата си в отговор на променената среда.

Днес скромната водна бълха е образцов организъм на генетиката на околната среда, нова наука, която се стреми да разбере връзките между гените и околната среда. Учените изучават как ще реагира Дафния на химическо замърсяване на водата.

Десет хиляди уникални артикула

Дафнията се е превърнала в много популярен генетичен организъм, подобно на плодовата муха Drosophila melanogaster или червея Caenorhabditis elegans. Учените познават пълния геном на червеи и плодови мухи от края на миналия век, така че Дафния имаше значителен исторически пропуск.

Понастоящем той е изтрит от международен геномен консорциум (Daphnia Genomics Consortium), координиран от Центъра за геномика и биоинформатика към Университета на Индия в Блумингтън, САЩ. Той има почти 500 членове и се ръководи от Джон Колбърн от същия университет. Колбърн е лидер на екип от автори, които са писали за картографирането на генома на Дафния в списание Science.

Екип от генетици от Япония, Германия, Швейцария, Холандия, Канада и Обединеното кралство установи, че Дафнията има около десетки хиляди уникални гени, които не се срещат в ДНК на друго семейство животни. „Те са напълно нови за науката“, каза Дон Гилбърт от Индийския университет, съавтор на статия в Science.

Модерна версия на канарчето

Изследователите също са изследвали причините за големия брой гени на дафния. Според тях това се дължи на дублирането на гени по време на еволюцията, когато много гени са копирани и са създадени нови семейства с нова функция.

Други гени им помогнаха в това. Изглежда, че дубликати на оригиналните гени не са придобили нова функция чрез последователни предпочитани мутации, но че поне половината от тях са сменили позицията си на работа много бързо, някои може би по времето, когато са били създадени. Благодарение на това, дафнията може да реагира толкова бързо на промените в околната среда.

"Според нашите оценки броят на удвояванията е три пъти по-голям от другите безгръбначни и около една трета по-висок в сравнение с хората", каза Колбърн.

Дафниите са и организмът, който споделя най-много гени с хората сред безгръбначните. Ето защо изследването как реагира на дискомфорта е важно за разбирането на реакциите на стреса на хората.

„Daphnia е чудесен воден сензор, модерна версия на канарче в мина с потенциал за високоефективна технология“, каза Джеймс Клауниг от Индийския университет.

„С познаването на неговия геном и използването на лабораторни и полеви изследвания можем да наблюдаваме въздействието върху околната среда както на клетъчно, така и на молекулярно ниво и да ги комбинираме с подобни процеси, протичащи при хората“, добави Клауниг.

Основен източник: уебсайт на американския NSF (Национална научна фондация)