W odkryciu, które rzuca wyzwanie ponad stuletniej konwencjonalnej mądrości ewolucyjnej, koralowce przekazują swojemu potomstwu mutacje somatyczne – zmiany w sekwencji DNA, które występują w komórkach nierozrodczych. Odkrycie dokonane przez międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem biologów z Penn State pokazuje potencjalną nową drogę do generowania różnorodności genetycznej, która jest surowcem do adaptacji ewolucyjnej i może mieć kluczowe znaczenie dla umożliwienia zagrożonym koralowcom przystosowania się do szybko zmieniającego się środowiska. warunki.
„Aby cecha, taka jak tempo wzrostu, mogła ewoluować, podłoże genetyczne tej cechy musi być przekazywane z pokolenia na pokolenie” – powiedziała Iliana Baums, profesor biologii w Penn State i lider zespołu badawczego. „W przypadku większości zwierząt nowa mutacja genetyczna może przyczynić się do zmiany ewolucyjnej tylko wtedy, gdy występuje w linii zarodkowej lub komórce rozrodczej, na przykład w komórce jajowej lub plemniku. Mutacje, które występują w pozostałej części ciała, w komórkach somatycznych, zostały uważa się za nieistotne ewolucyjnie, ponieważ nie są przekazywane potomstwu. Wydaje się jednak, że koralowce mają sposób na obejście tej bariery, która wydaje się pozwalać im złamać tę ewolucyjną zasadę.
Od czasów Darwina nasze rozumienie ewolucji stało się coraz bardziej szczegółowe. Teraz wiemy, że cechy organizmu są silnie zdeterminowane przez sekwencję jego DNA. Osobniki w populacji różnią się sekwencją DNA, a ta zmienność genetyczna może prowadzić do zmienności cech, takich jak rozmiar ciała, które mogą dać jednostce przewagę reprodukcyjną. Rzadko pojawia się nowa mutacja genetyczna, która daje osobnikowi taką przewagę reprodukcyjną, a ewolucja może postępować dalej tylko wtedy, gdy – i to jest klucz – jednostka może przekazać zmianę swojemu potomstwu.
„U większości zwierząt komórki rozrodcze są oddzielone od komórek ciała na wczesnym etapie rozwoju” – powiedziała Kate Vasquez Kuntz, absolwentka Penn State i współautorka badania. „Tak więc tylko mutacje genetyczne, które występują w komórkach rozrodczych, mogą potencjalnie przyczynić się do ewolucji gatunku. Ten powolny proces oczekiwania na rzadkie mutacje w określonym zestawie komórek może być szczególnie problematyczny, biorąc pod uwagę szybki charakter zmian klimatycznych. , w przypadku niektórych organizmów, takich jak koralowce, segregacja komórek rozrodczych od wszystkich innych komórek może nastąpić później w rozwoju lub może nigdy nie wystąpić, umożliwiając ścieżkę dla mutacji genetycznych przemieszczających się z ciała rodzica do jego potomstwa, co zwiększyłoby zmienność genetyczną a potencjalnie nawet służyć jako system „wstępnego badania przesiewowego” pod kątem korzystnych mutacji”.
Koralowce mogą rozmnażać się zarówno bezpłciowo (poprzez pączkowanie i fragmentację kolonii), jak i płciowo, produkując komórki jajowe i plemniki. W przypadku badanych tu koralowców Elkhorn, które wysyłają swoje komórki jajowe i plemniki do wody podczas tarła, jaja z jednej kolonii koralowców są zwykle zapładniane przez plemniki z sąsiedniej kolonii. Jednak zespół badawczy odkrył, że niektóre jaja koralowców Elkhorn rozwinęły się w zdolne do życia potomstwo bez udziału drugiego korala, rodzaj rozmnażania płciowego przez samotnych rodziców.
„To rozmnażanie się jednego rodzica pozwoliło nam łatwiej wyszukiwać potencjalne mutacje somatyczne u rodzicielskiego korala i prześledzić je do potomstwa poprzez uproszczenie całkowitej liczby możliwości genetycznych, które mogą wystąpić u potomstwa” – powiedziała Sheila Kitchen, współautorka. badania, badacz podoktorancki w Penn State i California Institute of Technology współautor badania.
Zespół badawczy wykonał genotypowanie próbek – używając narzędzia molekularnego o wysokiej rozdzielczości zwanego mikromacierzą do badania różnic DNA między próbkami – z dziesięciu różnych lokalizacji na dużej kolonii koralowców Elkhorn, która wydała jednorodzicielskie potomstwo, oraz próbki z pięciu sąsiednich kolonii w prawie 20 000 lokalizacjach genetycznych. Wyniki pokazały, że wszystkie sześć oddzielnych kolonii koralowców należało do tego samego oryginalnego genotypu koralowców (znanego jako „genet”), co oznacza, że były to klony pochodzące z jednej oryginalnej kolonii poprzez rozmnażanie bezpłciowe i fragmentację kolonii. Tak więc każda zmienność genetyczna znaleziona w tych koralowcach byłaby wynikiem mutacji somatycznej. Zespół wykrył w próbkach łącznie 268 mutacji somatycznych, przy czym każda próbka koralowca zawiera od 2 do 149 mutacji somatycznych.
Następnie zespół przyjrzał się potomstwu jednego rodzica z macierzystej kolonii koralowców Elkhorn i odkrył, że 50% mutacji somatycznych zostało odziedziczonych. Dokładny mechanizm, w jaki mutacje somatyczne przedostają się do komórek linii zarodkowej koralowców, jest nadal nieznany, ale naukowcy podejrzewają, że segregacja między ciałem a komórkami zarodkowymi u koralowców może być niepełna, a niektóre komórki ciała mogą zachować zdolność do tworzenia komórek zarodkowych , dzięki czemu mutacje somatyczne przedostają się do potomstwa. Znaleźli również dowody na dziedziczenie mutacji somatycznych u niektórych potomków ze skojarzenia dwóch oddzielnych rodziców koralowców, ale będą potrzebować dodatkowych badań, aby to potwierdzić.
„Ponieważ koralowce rosną jako kolonie polipów identycznych genetycznie, mutacje somatyczne, które powstają w jednym polipach koralowych, mogą być wystawione na działanie środowiska i przebadane pod kątem ich użyteczności, niekoniecznie wpływając na całą kolonię” – powiedział Baums. „Dlatego komórki z potencjalnie szkodliwymi mutacjami mogą obumrzeć, a komórki z potencjalnie korzystnymi mutacjami mogą się rozwijać i rozprzestrzeniać w miarę dalszego wzrostu kolonii koralowców. Jeśli te mutacje można następnie przekazać potomstwu – jak teraz wykazaliśmy – oznacza to że koralowce mają dodatkowe narzędzie, które może przyspieszyć ich adaptację do zmian klimatycznych.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Penn State. Oryginał napisany przez Sama Sholtisa. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.