Kewujudan mampan penduduk dijaga oleh "kenangan generasi yang tidak genetik" • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Sains di Rusia

Kehadiran penduduk yang mampan dipastikan oleh “memori generasi” bukan genetik

Crustacean biasa Daphnia longispina – wakil massa zooplankton tasik dan kolam zon sederhana. Gambar menunjukkan telur masak dalam ruangan brood (foto dari www.microscopy-uk.org.uk)

Menggunakan model simulasi, para saintis Rusia dapat menunjukkan bahawa kesan maternal – penghantaran bukan genetik dari ibu kepada keturunan maklumat tentang panjang hari dan banyak makanan – memainkan peranan penting dalam perubahan bermusim dalam kaedah pembiakan dan bilangan daphnids dan menjadikan penduduk lebih stabil. Kehadiran kesan maternal di Daphnia, pada mulanya diramalkan secara teoritis, baru-baru ini mendapat pengesahan eksperimen.

Pemindahan maklumat dari ibu bapa kepada keturunan dapat dilakukan dalam tiga cara utama, dua diantaranya adalah terkenal: ini adalah pusaka genetik, ciri-ciri semua organisme hidup tanpa pengecualian, dan latihan, yang hanya ciri hewan dengan sistem saraf kompleks.

Cara ketiga kurang diketahui dan kurang dipelajari, bagaimanapun, dan tampaknya memainkan peranan penting dalam kehidupan banyak organisma. Ini adalah apa yang dipanggil "kesan ibu bapa" – perubahan ekstrensis dalam keturunan, kerana keadaan hidup dan penjagaan ibu bapa.Contoh yang paling mudah adalah bahawa seorang wanita yang telah makan dengan buruk sepanjang hidupnya meletakkan telur dengan nutrien yang lebih sedikit, di mana, walaupun dengan gen "baik", anak-anak yang agak terbantut berkembang.

Pilihan yang lebih kompleks mungkin termasuk pelbagai epigenetik perubahan dalam keturunan bahan (DNA). Sebagai contoh, beberapa bahagian kromosom yang diperolehi oleh keturunan dari ibu bapa masih boleh menjalani metilasi dalam organisme ibu bapa, dan histones, protein di mana DNA genomik "luka", acetylate (lihat pencetakan genomik). Kedua-duanya mempengaruhi kerja gen. Akibatnya, walaupun dengan genom yang sama, keturunan mungkin menunjukkan ciri-ciri yang berbeza. Di samping itu, diketahui bahawa perkembangan embrio haiwan, terutamanya pada peringkat awal, bergantung pada pelbagai molekul (termasuk pesuruh RNA) memasuki telur dari tubuh ibu. Adalah jelas bahawa keadaan hidup ibu, pada dasarnya, boleh menjejaskan kuantiti dan komposisi bahan-bahan ini dan oleh karenanya, perkembangan embrio.

Adalah paling mudah untuk mengkaji kesan ibu bapa pada haiwan dalam kitaran hidup yang mana pembiakan parthenogenetik ada, contohnya, dalam daphnia.Dalam kes ini, genom ibu dan anak perempuannya adalah sama, dan lebih mudah membezakan antara kesan "ibu" dan genetik.

Kembali pada tahun 1996, A. A. Umnov dan V. R. Alekseev telah membangunkan model simulasi untuk menguji hipotesis kewujudan kesan maternal pada kerakyak berdaun. Dalam model itu diandaikan bahawa daphnia menghantar kepada anak-anak maklumat tentang keadaan trofi (iaitu, seberapa baik ibu makan). Kemudian hipotesis ini disahkan secara eksperimen (lihat: Alekseev, Lampert, 2001. Kawalan ibu untuk pengeluaran telur berehat di Daphnia // Alam. V. 414. P. 899-901). Ternyata daphnia menyampaikan maklumat kepada keturunan bukan sahaja tentang diet mereka, tetapi juga mengenai perubahan panjang siang hari. Akibatnya, individu yang sama saiz dan umur mungkin bertindak balas berbeza dengan makanan dan suhu yang sama hanya kerana ibu mereka mempunyai kisah hidup yang berbeza.

Dalam satu artikel baru oleh V.R. Alekseev dan T.I. Kazantseva, menggunakan pemodelan simulasi, kemungkinan pengaruh kesan maternal terhadap turun naik dalam jumlah populasi daphnia, mengenai peralihan dari reproduksi parthenogenetik (sama-seks) kepada gamogenetik (biseksual), bilangan telur hibernasi dan yang lain dianggarkan. parameter penduduk.

Sebagai "sampel" untuk pemodelan, populasi krustasea yang dipelajari dengan baik digunakan. Daphnia longispina dari Tasik Krasnenky di rantau Pskov. Siklus hidup krustasea ini agak rumit. Pada musim bunga, generasi pertama wanita muncul dari hibernating telur, yang mula melipatgandakan dengan cepat oleh partenogenesis, menghasilkan hanya betina. Pada permulaan musim panas, jumlah fitoplankton – makanan utama Daphnia – menurun, dan daphnids mula menghasilkan lelaki dan bergerak ke pembiakan biseksual. Resting telur dibentuk, dan "musim panas diapause" bermula, tidak lebih dari sebulan. Kemudian satu generasi baru pembiakan perempuan parthenogenetically muncul dari telur. Pada akhir musim panas dan musim gugur, lelaki muncul semula dalam populasi, pembiakan biseksual bermula, dan telur musim sejuk diletakkan, ditutup dengan cangkerang padat, yang membolehkan mereka untuk menahan keadaan yang buruk.

Peralihan daphnia dari pembiakan seks yang sama kepada biseksual dikawal oleh beberapa faktor: suhu, kelimpahan makanan, panjang siang hari. Maklumat mengenai dinamik faktor-faktor ini pada masa lalu dan sekarang datang kepada daphnia dalam dua cara: dari pengalaman hidup peribadi mereka, dan juga dari ibu, berkat "kesan ibu".

Model yang dibangunkan oleh penulis adalah "berorientasikan individu": ia menyerupai kursus kehidupan setiap individu. Kebarangkalian peralihan individu dari pembiakan jantina yang sama kepada biseksual bergantung kepada model kedua-dua keadaan seketika faktor alam sekitar (suhu, panjang hari, jumlah makanan, dan lain-lain) dan pada individu "potensi pertumbuhan" individu, yang, seterusnya, ditentukan oleh keadaan hidup dan "potensi" ibunya. Potensi pertumbuhan menentukan kadar pertumbuhan maksimum individu (kadar pertumbuhan sebenar, sebagai peraturan, ternyata lebih rendah daripada maksimum). Pertumbuhan yang lebih perlahan, semakin tinggi kemungkinan peralihan kepada pembiakan biseksual.

Oleh itu, peralihan kepada pembiakan biseksual bergantung bukan sahaja kepada bagaimana individu ini memberi makan dan apa keadaan persekitarannya pada masa ini, tetapi juga bagaimana ibu dan nenek moyangnya yang lebih jauh makan. Ini menetapkan "kesan ibu" – penghantaran maklumat bukan genetik mengenai keadaan trofi. Di samping itu, model ini menyediakan kemungkinan penghantaran "ibu" maklumat tentang panjang jam siang.

Penulis dapat menunjukkanbahawa dengan parameter input tertentu, model mereka sangat tepat menghasilkan semula dinamika sebenar bilangan lelaki dan perempuan, telur parthenogenetik dan tidak aktif, diperhatikan dalam populasi sebenar. Harus dikatakan dinamika sebenar ini agak rumit: misalnya, pada musim panas terdapat beberapa (biasanya 5) puncak bilangan daphnid.

Corak sebenar model dan dinamika populasi sebenar memberikan alasan untuk mempercayai bahawa model itu benar-benar mengambil kira semua faktor utama dan hubungan kausal yang menentukan dinamik ini. Sekarang model boleh digunakan untuk menguji hipotesis tentang peranan kesan maternal.

Penyingkiran kesan maternal dari model membawa kepada fakta bahawa dinamik model mula berbeza secara mendadak daripada yang sebenar. "Potensi pertumbuhan" dalam hal ini tidak bergantung pada sejarah kehidupan nenek moyang, ia ditetapkan untuk semua individu, berkembang dari telur parthenogenetik. Tiada varian model dengan kesan maternal dimatikan menjadikannya mungkin untuk menghasilkan semula dinamika bilangan dan pembentukan sebuah bank telur beristirahat, yang diperlukan untuk pembangunan jangka panjang populasi yang mampan.

Sebagai contoh, jika potensi pertumbuhan tinggi, tidak ada telur yang dibentuk secara praktikal semasa rehat, kelangsungan hidup populasi dalam tempoh musim sejuk adalah mungkin hanya disebabkan oleh bilangan wanita yang terlalu ramai, dan dalam jangka masa panjang populasi menjadi sangat terdedah. Atas dasar ini, penulis menyimpulkan peranan penting dalam kesan maternal dalam pembentukan dinamika populasi dan penyesuaian bermusim dalam daphnias.

Dalam eksperimen lain, pengarang menghalang penghantaran maklumat mengenai keadaan tropis (individu "tahu" hanya tentang bagaimana dia memberi makan dirinya, tetapi bukan tentang bagaimana nenek moyangnya makan). Kesan ibu dari segi panjang hari telah dikekalkan. Ternyata ini cukup untuk pembiakan sebenar dinamika penduduk sebenar. Eksperimen dengan versi model terdahulu, di mana "kesan ibu" dilanjutkan hanya kepada maklumat pemakanan, diberi korespondensi agak kurang tepat. Penulis menyimpulkan bahawa Penyampaian maklumat tentang panjang hari dalam satu siri generasi mungkin lebih penting bagi populasi daripada penghantaran maklumat mengenai keadaan trofi.

Dalam percubaan ketiga, model diubah suai sedemikian rupa sehingga menjadi mungkin untuk memindahkan maklumat hanya secara langsung dari ibu kepada keturunannya, tetapi tidak dalam beberapa generasi panjang. Oleh itu, "kenangan bukan genetik penduduk" menjadi pendek: segala yang terjadi sebelum satu generasi yang lalu "dilupakan" tidak dapat dikembalikan. Model yang diubahsuai masih mereproduksi dengan baik dinamika populasi dalam satu musim, bagaimanapun, dalam jangka panjang, ketidakstabilan diperhatikan (amplitud interannual dari naik turun bilangan meningkat). Menurut penulis, ini bermakna bahawa Rantaian yang lebih panjang dalam pemindahan maklumat mungkin tidak penting untuk dinamika saiz penduduk dalam satu musim, tetapi untuk meningkatkan kestabilan penduduk dalam jangka panjang.

Saya ingin mengucapkan selamat kepada penulis tentang kajian kesan ibu – inilah banyak mekanisme misteri keturunan extragenetik, yang peranan dalam kehidupan dan evolusi organisma dapat sangat penting.

Sumber: V.R. Alekseev, T.I. Kazantsev. Menggunakan model berorientasikan individu untuk mengkaji peranan kesan ibu dalam mengubah jenis pembiakan di Cladocera // Jurnal Biologi Am. Vol. 68, 2007. No. 231-240.

Lihat juga:
1) Pada metilasi DNA:
B. F. Vanyushin. Keterangkapan epigenetik, atau perubahan kecil dengan akibat yang besar.
2) Mengenai peranan mRNA ibu dalam embriogenesis awal:
Adakah embrio memerlukan gen?, "Unsur", 05/08/2007.
3) Perihal pencetakan genomik:
Kenapa gejala keturunan bergantung kepada umur ibu bapa?

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: :???: :?: :!: