Parasit moden lebih berbahaya daripada masa lalu dan masa depan • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi

Parasit moden lebih berbahaya daripada masa lalu dan masa depan

Crustacea Daphnia magna – penduduk umum badan air tawar (gambar dari www.atelier-biologie-llg.org)

Dalam sistem parasit tuan rumah, secara teorinya, "perlumbaan senjata" evolusi perlu berlaku, di mana tuan rumah sentiasa mengubah cara pertahanan, dan parasit adalah cara serangan. Ahli biologi dari Belgium, Switzerland dan Perancis menguji idea ini dalam daphnia dan bakteria Pasteuriayang selama 30 tahun bersama-sama berkembang di dalam kolam kecil. Kronik perubahan genetik dalam kedua-dua populasi dipelihara di sedimen bawah reserbor dalam bentuk beristirahat, tetapi telur-telur krustasea dan spora bakteria yang sangat layak. Selaras dengan teori ini, parasit moden ternyata menjadi yang paling berbahaya bagi daphnia, sementara populasi "masa lalu" dan "masa depan" bakteria menjangkiti krustasea dengan kurang kecekapan.

Sangat sukar untuk mempelajari evolusi dalam mod "masa sebenar", dan selain tidak dalam makmal, tetapi secara semula jadi. Lagipun, anda perlu memantau populasi semulajadi untuk beratus-ratus generasi. Cuba dapatkan geran untuk penyelidikan jika keputusan pertama dijangka hanya beberapa dekad kemudian!

Tugas utama penyelidik dalam keadaan ini menjadi mencari objek semulajadi yang sesuai, yang membolehkan secara radikal mempercepat penerimaan hasilnya.Untuk kajian proses mikroevolusi dalam sistem "parasit-host", daphnids air tawar dan parasit mereka – bakteria adalah objek yang luar biasa. Pasteuria ramosa. Kelebihan utama sistem model ini adalah bahawa kedua-dua peserta mempunyai tahap rehat (propagules), yang kekal di sedimen bawah dan kekal berdaya maju selama beberapa dekad. Dengan mengeluarkan telur-telur krustasea dan spora bakteria dari lapisan-lapisan sedimen bawah berturut-turut, adalah mungkin untuk mengembalikan sejarah populasi genetik.

Ahli biologi dari Belgium, Switzerland dan Perancis menerbitkan terbitan jurnal terkini. Alam hasil kajian perbandingan daphnids dan parasit mereka dari lapisan-lapisan sedimen bawah berturut-turut yang dibentuk di kolam Belgia kecil selama 30 tahun. Ketebalan sedimen secara terbahagi kepada 8 lapisan tebal 2 cm. Setiap lapisan tersebut dibentuk dalam 2-4 tahun, yang kira-kira 10-20 generasi daphnid.

Telur daphnia dan spora bakteria telah diasingkan dan "dimulihkan" dari setiap lapisan. Kemudian, infektivitas (infektivitas) bakteria terhadap daphnia dari lapisan berlainan dinilai. Populasi Daphnia yang dibangkitkan dari setiap lapisan dibahagikan kepada tiga kumpulan dan cuba menjangkiti bakteria dari lapisan yang sama, sebelumnya dan seterusnya.Oleh itu, hubungan krustasea dengan parasit "moden", "masa lalu" dan "masa depan" dinilai.

Ternyata infektivitas terbesar (65% daripada krustasea yang dijangkiti) adalah ciri parasit "moden", jauh lebih rendah – untuk "masa depan" (57%) dan "lalu" (55%). Inilah persoalan yang sepatutnya dijangkakan berdasarkan idea teoritis yang ada mengenai "bangsa senjata" evolusi. Mari cuba cari sebabnya.

Ia sebelum ini telah menegaskan bahawa rintangan Daphnia kepada beberapa jenis bakteria Pasteuria ramosa ditentukan secara genetik. Daphnia mempunyai set tertentu gen tertentu yang menentukan rintangan parasit, dan setiap gen wujud dalam bentuk beberapa variasi (alleles). Jumlah sebenar gen dan alel ini tidak diketahui, tetapi telah ditetapkan bahawa bergantung kepada kombinasi alel tertentu, kerak yang lebih tahan terhadap ketegangan bakterinya. Penduduk bakteria, untuk bahagiannya, juga genetik heterogen, dan garis-garis (strain) parasit yang berbeza dicirikan oleh infektiviti yang berbeza berkenaan dengan variasi genetik yang berbeza dari tuan rumah.

Ambil kes yang paling sederhana: katakan bahawa terdapat hanya dua varian genetik Daphnia (A dan B) dan hanya dua jenis bakteria (A1 dan B1).Katakan bakterya A1 berkesan menjangkiti Daphnia A, tetapi tidak dapat menjangkiti Daphnia B, dan bakteria B1, sebaliknya, berjaya menangani hanya dengan Daphnia B.

Katakan pada mulanya, daphnias, A., terdapat di kolam tetapi di parasit A1 dan B1 masuk kolam. Yang pertama dari jenis ini mula melipatgandakan dengan cepat, kerana terdapat banyak "makanan" untuknya – Daphnia A. Populasi bakteria terbentuk dengan dominasi A1 variasi. Ia adalah populasi bakteria yang paling berbahaya bagi daphnids yang kini tinggal di kolam, kerana di antaranya varian yang lazim A adalah terdedah kepada spesies parasit dominan.

Ia diketahui bakteria Pasteuria mengurangkan fecunditi Daphnia yang dijangkiti. Oleh itu, di bawah tindakan jangkitan bakteria pada populasi daphnia, pemilihan semulajadi bermula: daphnia B akan meninggalkan lebih banyak keturunan daripada daphnia A. Akibatnya, selepas beberapa generasi, bentuk B menjadi dominan di antara daphnids. Oleh itu, penduduk Daphnia, sebenarnya, menyesuaikan diri dengan jangkitan. Untuk kebanyakan daphnid, ketegangan bakteria yang paling besar (A1) tidak lagi berbahaya.

Tetapi daphnia bersukacita tidak lama. Perubahan dalam struktur penduduk tuan rumah dengan serta-merta mengubah vektorpemilihan yang bertindak ke atas bakteria: sekarang bakteria B1 mendapat kelebihan, manakala kadar bakteria A1 mula menurun. Dalam bakteria, perubahan generasi berlaku lebih cepat daripada daphnia, dan oleh itu, dalam tempoh yang sangat singkat, populasi bakteria memperoleh struktur yang paling berbahaya bagi populasi daphnia semasa: kini bentuk B1 wujud di antara bakteria, dan daphnid perlu "menyesuaikan" sekali lagi, iaitu, kembali ke negeri awal (apabila borang A diguna pakai).

Oleh itu, dalam sistem akan ada ayunan berkala dalam frekuensi alel – persaingan mikroevolusi yang tidak berkesudahan, mengingatkan tidak banyak perlumbaan senjata, seperti berjalan di tempat. Walaupun perubahan pesat dalam frekuensi alel yang sentiasa berlaku, jumlah hasil perjuangan ini berkemungkinan dikurangkan kepada hakikat bahawa pada setiap saat dalam masa tahap jangkitan daphnia dan infektiviti purata bakteria akan kekal kira-kira sama, supaya dengan pemerhatian yang cetek mungkin kelihatan bahawa sistem berada dalam keadaan lengkap berehat.

Perlu diingat bahawa kita telah mempertimbangkan kes yang sangat mudah.Malah, terdapat lebih banyak varian genetik dalam daphnia dan bakteria; Varian baru mungkin muncul sebagai hasil daripada mutasi, dan di Daphnia terdapat juga perkara yang berguna sebagai pembiakan seksual, yang membolehkan peningkatan ketara dalam kepelbagaian genetik anak. Daphnia, seperti yang diketahui, pembiakan seks alternatif dengan asexual (parthenogenetic). Semasa tempoh pembiakan parthenogenetik, setiap wanita menghasilkan keturunan yang genetik identik dengannya. Semasa tempoh tersebut, lebih mudah bagi parasit untuk "bersaing" dengan perubahan evolusi dalam tuan rumah mereka. Sesungguhnya, semasa pembiakan parthenogenetik, perubahan ini dikurangkan hanya kepada turun naik dalam frekuensi kombinasi genetik yang sudah ada dan mutasi yang jarang berlaku. Peralihan kepada pembiakan seksual bermakna pengalihan tiba-tiba bahan genetik tuan rumah. Pada masa yang sama, banyak kombinasi alel baru timbul, yang parasit belum mempunyai peluang untuk menyesuaikan diri. Dengan cara ini, sesetengah saintis mencadangkan bahawa kemunculan pembiakan seksual pada awal evolusi eukariota boleh dirangsang oleh "kaum evolusi" seperti sistem "parasit-host".

Walau bagaimanapun, metodologi yang digunakan oleh pengarang artikel yang dibincangkan tidak membenarkan untuk mengesan persaingan evolusi secara terperinci, kerana setiap lapisan sedimen yang diperiksa mengandungi maklumat "umum" dalam tempoh 2-4 tahun. Pada masa ini, daphnias mempunyai masa untuk bergerak beberapa kali dari pembiakan aseksual ke seksual dan belakang. Atas sebab yang sama, tidak mungkin untuk menetapkan pergeseran fasa, yang semestinya ada dalam dinamik evolusi siklik parasit dan tuan rumah. Bakteria, sememangnya, menyesuaikan diri dengan mengubah frekuensi alel dalam daphnia dengan cepat, tetapi masih tidak serta-merta. Oleh itu, jika terdapat peluang untuk menjejaki penjanaan proses mengikut generasi, maka kemungkinan besar adalah mungkin untuk melihat bahawa penetapan parameter infektivitas dalam bakteria menghalang sedikit di belakang penetapan parameter perlindungan dalam daphnias.

Dalam erti kata lain, yang paling berbahaya bagi Daphnia, dalam teori, tidak seharusnya menjadi populasi parasit yang moden kepada mereka, tetapi yang timbul dalam masa terdekat. Tetapi, kerana dalam data kajian ini untuk 10-20 generasi daphnids sebenarnya adalah purata, perubahan ini tidak dapat didaftarkan, dan ternyata bahawa yang paling berjangkit adalah "moden" populasi parasit.

Kemungkinan evolusi "perlumbaan di tempat" pertama kali dicadangkan pada tahun 1970 oleh ahli paleontologi Amerika Leigh M. Van Valen. Beliau memanggil modelnya sebagai "Black Queen Hypothesis" (Red Queen Hypothesis). Ini merujuk kepada watak dari "Alice melalui kaca cari" – Ratu Hitam, yang melarikan diri dengan kelajuan penuh hanya untuk kekal di tempat. (Bagi para pecinta Bahasa Inggeris, perlu menjelaskan bahawa dalam kisah Lewis Carroll ia adalah mengenai catur, yang kita ada putih dan hitam, dan mereka mempunyai putih dan merah, itulah sebabnya Red Queen harus diterjemahkan sebagai "Black Queen".)

Van Valen ingin menjelaskan mengapa kemungkinan kepupusan spesies tidak berkurang dengan usia. Nampaknya sebagai hasil pemilihan semulajadi, "kebugaran" spesies perlu meningkat sepanjang masa, dan oleh itu spesies lama harus lebih "disesuaikan" daripada yang muda. Tetapi ini tidak disahkan oleh data paleontologi. Van Valen mencadangkan bahawa hampir semua kuasa spesis yang berkembang dibelanjakan untuk mengekalkan persekitaran luaran yang sentiasa berubah (termasuk evolusi spesies lain yang mana spesies ini berinteraksi). Pandangan sepanjang masa menyesuaikan diri dengan persekitaran, tetapi kerana kebolehubahan keadaan, kecergasan akhirnya kekal malar – dan itulah yang ternyata "berjalan di tempat".

Hipotesis Van Valen telah mendapat populariti yang luas di kalangan ahli biologi pelbagai kepakaran, tetapi dia masih mempunyai sedikit bukti eksperimen langsung. Oleh itu, kajian ini memberi sumbangan penting kepada biologi teori.

Sumber: Ellen Decaestecker et al. Dinamika Merah-parasit 'Red Queen' diarkibkan di sedimen kolam // Alam. 2007. V. 450. P. 870-873.

Lihat juga tentang propagules:
Integals licin menyelamatkan embrio daripada racun. (Sinopsis kepada artikel oleh A. V. Makrushina dan I. V. Lyanguzova "Sarung propagules of invertebrates dan tumbuhan: kebolehtelapan selektif dan sifat penghalang" // // Jurnal biologi umum. Jilid 67. 2006. Bil. 2. Halaman. 120-126).

Mengenai Daphnia:
1) Kehadiran mampan penduduk disediakan oleh "memori generasi" bukan genetik, "Unsur", 03/07/2007.
2) Lebih baik melipatgandakan perut penuh, "Elemen", 03/30/2006.

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