Bedbugs memberi makan kepada anak-anak mereka dengan bakteria yang bermanfaat • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Biologi, Genetik

Bedbugs memakan keturunan mereka dengan bakteria yang baik

Pepijat dewasa Megacopta punctatissima dan Cribraria Megacoptatumbuh tanpa symbionts, saiz kecil, warna pucat dan tidak dapat menghasilkan semula. Foto dari artikel dalam perbincangan PLoS Biology

Ahli biologi Jepun telah mengkaji sistem simbiosis yang luar biasa yang terdiri daripada pepijat keluarga Plataspidae dan bakteria yang hidup di dalam usus mereka. Bakteria, dipanggil Ishikawaella, sangat diperlukan untuk pembangunan normal dan pembiakan pepijat ini. Untuk memastikan keturunan mereka dengan symbionts, wanita itu meletakkan bersama-sama dengan kapsul khusus telur yang mengandungi bakteria hidup. Evolusi bug dan symbiont mereka berlaku serentak: kemunculan sejenis bug baru selalu disertai dengan penampilan spesies baru bakteria. Walaupun ishikawavels hidup di dalam rongga usus dan bukan di dalam sel, mereka mempunyai ciri-ciri ciri symbionts intraselular: pengurangan genom, dominasi A dan T nukleotida dalam genom, dan peningkatan kadar evolusi molekul.

Unsur-unsur telah menulis tentang peranan besar yang dimainkan oleh simbiosis dalam evolusi (lihat bakteria simbiotik yang menggantikan organ-organ pencernaan dan cecair cacing laut, 19 September 2006). Satu artikel oleh ahli biologi Jepun baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal PLoS Biology, berfungsi sebagai satu lagi pengesahan terang mengenai fakta ini.

Keluarga bug Plataspidae, atau shiniki hemispherikal, kerana ternyata, tidak boleh hidup tanpa bakteria simbiotik khusus yang hidup di dalam usus mereka – sama seperti bakteria ini tidak membayangkan hidup untuk diri mereka sendiri tanpa bedbugs. Perempuan dari kilang perisai, meletakkan telur, di setiap tempat meletakkan sejumlah "kapsul simbiotik" – bola bersalut yang mengandung bakteria simbiotik dalam medium nutrien. Larva menetas pertama memakan kapsul, dan bakteria memasuki bahagian tengah bahagian midgut.

Selepas itu, perkara yang sangat pelik berlaku: midgut mencubit di tengah-tengah, supaya bahagian depan sistem penghadaman menjadi beg buta, yang tidak keluar. Makanan berhenti memasuki bahagian usus di mana bakteria telah diselesaikan. Mereka memakan sap tumbuhan, dan semua yang dimakan diserap tanpa residu, dan produk sisa kemudian dikeluarkan dari rongga badan dengan bantuan organ-organ khusus (malpighian vessels) terus ke dalam usus belakang.

Di belakang usus pertengahan perisai berubah menjadi inkubator bakteria. Pada wanita, bahagian usus dibahagikan kepada tiga bahagian: bakteria hidup di anterior, di tengah-tengah ada "pengisi" nutrien untuk kapsul simbiotik,dan di bahagian belakang cangkangnya terbentuk. Pada lelaki, dua bahagian terakhir tidak hadir.

Para penyelidik mendapati bahawa tanpa simbiosis, perisai tidak dapat hidup. Pembuangan kapsul simbiotik dari klac menyebabkan peningkatan mendadak dalam kematian larva dan pertumbuhan perlahan. Dalam dua spesies pepijat (daripada empat dikaji), semua larva mati tanpa pengecualian. Dalam dua spesies lain, beberapa larva tetap berkembang ke peringkat dewasa, tetapi pepijat yang dihasilkan bersaiz kecil, berwarna pucat, dan tidak mampu mengawan.

Rupa-rupanya, bakteria memberikan serangga dengan nutrien penting. Haiwan yang hanya makan pada sap tanaman berada dalam kedudukan yang sangat sukar. Sesungguhnya, dalam makanan mereka ada praktikalnya tiada lemak, protein, asid amino dan banyak bahan lain yang diperlukan. Pada beberapa karbohidrat anda tidak akan bertahan lama. Benar, jus sayuran mempunyai semua elemen yang diperlukan untuk sintesis bahan-bahan yang hilang, tetapi hanya bakteria yang dapat menangani tugas biokimia yang kompleks itu.

Serangga lain yang memakan sap tumbuhan, seperti aphids, juga mempunyai bakteria simbiotik yang ditularkan secara menegak – dari ibu kepada anak-anak. Symbiont aphids – bacterium BuchneraSeperti symbionts serangga lain, ia tidak hidup di dalam usus, tetapi di dalam sel-sel khusus – bacteriocytes yang membentuk organ khusus – bakteria. Ciri utama symbiont bakteria pepijat perisai adalah bahawa ia tidak hidup di dalam, tetapi di luar sel-sel tuan rumah.

Penyelidik memisahkan bakteria simbiotik dari bakteria simbiotik dari kapsul simbiosis tujuh spesies pepijat dan mengenal pasti urutan nukleotida dalam gen RNA ribosom (16S rRNA). Gen ini secara tradisinya digunakan untuk mengenal pasti saudara bakteria. Ia ternyata bahawa symbiote bugbird tergolong dalam kumpulan gamma-proteobacteria, kepada sub kelompok enterobakteria, iaitu bakteria usus (ia juga merujuk kepada E. coli), dan relatifnya yang terdekat adalah simbiote aphids yang sama. Ini dengan sendirinya agak menarik, kerana aphids dan bedbug adalah kumpulan yang berkaitan. Mungkin sejarah simbiosis klopino-bakteria sangat kuno dan bermula pada hari-hari ketika nenek moyang aphids dan bug yang sama hidup di dunia.

Berdasarkan perbandingan urutan nukleotida gen rRNA, para penyelidik membina pokok evolusi – berasingan untuk pepijat dan simbol mereka. Pokok-pokok ini ternyata sama (lihat gambar).

Angka ini menunjukkan kebetulan lengkap pokok-pokok evolusi dari pepijat – perisai hemisfera terbang (di sebelah kiri) dan symbionts mereka (di sebelah kanan). Di bahagian atas dan bawah angka, kedudukan "kumpulan luar" – pepijat dan bakteria lain – simbiosis aphids (Buchnera). Rajah. dari artikel ke PLoS Biology

Ini bermakna bahawa evolusi pepijat dan symbionts mereka berjalan serentak sepenuhnya: kemunculan spesies baru bug sentiasa diiringi oleh penampilan spesies baru bakteria. Atau, mungkin, sebaliknya – perubahan bakteria menimbulkan kemunculan spesies baru bug? Di samping itu, ini bermakna jenis bedbugs yang berbeza tidak bertukar syiling antara satu sama lain. Keadaan yang terakhir ini boleh dijelaskan hanya oleh sebab fisiologi, iaitu, dengan setiap jenis bakteria disesuaikan hanya untuk bug spesies tertentu, dan sebaliknya. Hakikatnya, perisai perisai hemisfera berbeza-beza sering ditemui di kilang yang sama, dan larva tidak sama sekali kebal dari tidak sengaja memakan kapsul "alien". Jelas sekali, kesilapan sedemikian berakhir dengan buruk untuk bedbugs dan bakteria.

Penyelidik telah memanggil bakteria baru Ishikawella (Ishikawaella) – untuk menghormati penyelidik Jepun yang terkenal dalam simbiosis serangga Hajime Ishikawa (Hajime Ishikawa). Genome bakteria belum dibaca, tetapi mungkin untuk menentukan ukurannya – kira-kira 0.8 juta pasangan asas. Genom saiz kecil itu adalah ciri simbol intrasel. Dalam bakteria usus normal, seperti E. coli E.coli, genom biasanya beberapa kali lebih besar.

Ciri-ciri genetik lain yang membawa ia lebih dekat kepada bakteria intraselular juga terdapat dalam Ishikavaella: peningkatan kandungan nukleotida A dan T (berkaitan dengan G dan C) dan kadar evolusi molekul yang dipercepatkan. Semua tanda-tanda ini menunjukkan penyederhanaan dan penurunan genom. Alasan untuk ini biasanya dilihat dalam ciri-ciri simbiotik, terutamanya gaya hidup intrasel. Keadaan relatif tidak berubah keadaan kewujudan dan ketersediaan banyak bahan penting (yang boleh diambil dari pemilik, dan tidak disintesis secara bebas) membuat banyak gen tidak perlu.

Penularan bakteria tegak dari ibu kepada anak-anaknya, jumlah populasi mikroba yang rendah, "kerapuhan" yang kerap (hanya sebahagian kecil bakteria yang dapat dipindahkan ke generasi serangga berikutnya,Lebih-lebih lagi, kebarangkalian kejayaan hampir tidak bergantung kepada sifat-sifat bakteria tertentu) – semua ciri-ciri Ishikavaella (serta symbionts intraselular) mengurangkan keberkesanan pemilihan pembersihan (penstabilan) yang dipanggil, yang menghilangkan variasi genetik yang tidak berjaya dari populasi dan menghalangi "penyelewengan dari norma".

Kelemahan pemilihan penstabilan biasanya menjelaskan kadar evolusi molekul bakteria intraselular yang tinggi. Ia kini menjadi jelas bahawa penjelasan ini juga boleh digunakan untuk bakteria usus tertentu.

Sistem simbiotik yang dikaji oleh penyelidik Jepun adalah satu objek yang sangat mudah yang membolehkan seseorang membuat banyak eksperimen yang menarik tanpa sebarang usaha. Sebagai contoh, apa yang akan berlaku jika bakteria simbiotik spesies pepijat berbeza ditukar? Ia mudah difikirkan – hanya memberi makan kapsul alias simbiotik kepada larva. Dengan bakteria intraselular, seperti Buchner, sangat sukar atau bahkan tidak mungkin melakukan eksperimen seperti itu. Tentunya ini dan banyak eksperimen lain akan dilakukan pada masa akan datang, dan kami akan mempelajari lebih banyak butiran menarik mengenai kehidupan simbiotik "superorganisma" berkaki enam.

Sumber: Takahiro Hosokawa, Yoshitomo Kikuchi, Naruo Nikoh, Masakazu Shimada, Takema Fukatsu. Strict Host-Symbiont Cosmetic and Reductive Genome Evolution Insect Gut Baker // PLoS Biology. 2006. Isu 4. Isu 10.

Lihat juga:
1) Bakteria Symbiotik menggantikan cacing laut dengan organ pencernaan dan kotoran, Elemen, 19 September 2006.
2) Microflora usus menjadikan seseorang menjadi superorganisma, "Unsur", 9.06.2006.
3) Untuk hidup, cacing laut dalam dijangkiti bakteria bermanfaat, "Unsur", 23.05.2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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