National Science Foundation – Where Discoveries Begin (Polski)

Research News

Indiana University graduate student opisuje badania studiujące populacje nowozelandzkich ślimaków słodkowodnych, które rozmnażają się seksualnie lub aseksualnie, aby określić, czy reprodukcja seksualna oferuje korzyści w środowiskach bogatych w pasożyty

,

• kredyt i większa wersja
• Zobacz dodatkowe Multimedia

28 października 2009

od czasów Darwina biolodzy próbowali zrozumieć zalety rozmnażania płciowego. Nie jest to trywialne, ponieważ istnieją wyraźne wady seksu.

W przeciwieństwie do organizmów płciowych, aseksualiści nie potrzebują partnera do rozmnażania, mogą rozmnażać się klonalnie i mogą produkować dwa razy więcej żeńskiego potomstwa., Gdyby seks nie miał żadnych korzyści i gdyby zarówno osoby seksualne, jak i aseksualne rywalizowały o zasoby, aseksualiści przejęliby władzę w ciągu zaledwie kilku pokoleń.

mimo to większość organizmów eukariotycznych rozmnaża się płciowo, a wielką tajemnicą jest to, że mieszane populacje płciowo-aseksualne występują w przyrodzie.

od ponad 20 lat ta enigma jest badana przez mojego doradcę, Curtisa Lively ' ego z Indiana University, oraz jego studentów i kolegów. Nasze laboratorium znalazło poparcie dla hipotezy, że seks jest korzystny w środowiskach bogatych w pasożyty.,

hipoteza Czerwonej Królowej

hipoteza Czerwonej Królowej sugeruje, że zjadliwe pasożyty przystosowują się do zarażania genetycznie pospolitych gospodarzy, zapobiegając zbyt obficie występującym aseksualistom. Płeć produkuje genetycznie unikalne osoby, które mogą uniknąć infekcji (rzadkie jest dobre), a zatem są faworyzowane przez dobór naturalny.

nazwa hipotezy pochodzi od fragmentu książki Lewisa Carrolla „Through the Looking Glass”. Czerwona Królowa i Alicja biegają po wzgórzach i dolinach, ale zawsze pozostają w tym samym miejscu., Podobnie, zgodnie z hipotezą, zmiany genetyczne w populacji są niezbędne do utrzymania status quo. Częstość występowania gospodarzy bezpłciowych wzrasta (wzgórza) i zmniejsza się (doliny) w odpowiedzi na adaptację pasożytów, podczas gdy gospodarze seksualni mogą uniknąć tych koewolucyjnych wzlotów i upadków.

ostatecznie ta dynamika na przestrzeni pokoleń uniemożliwia aseksualne przejęcie władzy i utrzymuje współistnienie aseksualistów i seksualistów.,

adaptacja pasożytów lokalnych

Potamopyrgus antipodarum jest nowozelandzkim ślimakiem słodkowodnym, który rozmnaża się płciowo lub Klonowo i nie zmienia trybu życia. Jako populacja ślimaki mogą być aseksualne lub mieszanką osobników aseksualnych i seksualnych.

w 1987 roku porównując populacje ślimaków mieszanych z populacjami całkowicie aseksualnymi, Lively stwierdził, że te pierwsze były bardziej zainfekowane przez sterylizującego pasożyta robaka., Była to pierwsza wskazówka, że wysoki wskaźnik infekcji pasożytów w populacji ślimaków sprzyja współistnieniu populacji seksualnych i bezpłciowych.

od tego czasu kilka eksperymentów wykazało, że pasożyty te są lepiej zdolne do zarażania ślimaków z tego samego jeziora niż z różnych jezior. Sugeruje to, że pasożyty są przystosowane do lepszego zarażania ślimaków tylko w lokalnej populacji mieszanej, co wynika z hipotezy Czerwonej Królowej.,

związek między adaptacją pasożytów a rozmnażaniem płciowym u ślimaków skłonił Lively ' ego, naszych współpracowników, Lyndę Delph i Jukkę Jokelę, i mnie do zbadania takiego wzorca w obrębie Jezior Alexandrina i Kaniere w Nowej Zelandii.

w każdym jeziorze ślimaki płciowe i pasożyty są powszechne na brzegach płytkich wód, a siedliska Głębokie (ponad 4-metrowej głębokości) są zdominowane przez niezakażone aseksualne. Postawiliśmy hipotezę, że seksualiści mieli przewagę nad aseksualistami w płytkiej wodzie z powodu współwystępujących pasożytów, ale nie w głębi, gdzie pasożyty są nieobecne.,

jednak alternatywnym wyjaśnieniem jest to, że ślimaki płytkowodne są ogólnie podatne. Musieliśmy ustalić, czy ślimaki płytkowodne są podatne na lokalne pasożyty z tego samego jeziora, czy też na wszystkie pasożyty, niezależnie od lokalizacji. Czerwona Królowa przewidziała tę pierwszą, ponieważ lokalne pasożyty będą miały najlepszą okazję do koewoluowania ze ślimakami.

pasożyty są obfite w płytkiej wodzie z powodu żerowania kaczek., Larwy pasożytów muszą być spożywane przez kaczki, aby zakończyć cykl życia pasożytów (kaczki przypadkowo zjadają zainfekowane ślimaki). Kaczki nie żerują w głębokich siedliskach, więc pasożyty mogą zakończyć swój cykl życiowy tylko w płytkich siedliskach. Wydaje się, że w płytkich miejscach jest więcej ślimaków i pasożytów, ponieważ w głębokich ślimaki i pasożyty rzadko spotykają się ze sobą.

Nasz eksperymentalny projekt był prosty: brać ślimaki płytko – i głęboko-wodne i narażać je na pasożyty zebrane z tych samych jezior i z różnych jezior. Znaleźliśmy dwa interesujące wyniki.,

Po pierwsze, ślimaki płytkowodne były bardziej zainfekowane przez pasożyty z tego samego jeziora niż ślimaki głębinowe, co sugeruje, że pasożyty współwystępują tylko ze ślimakami w płytkich siedliskach. Ślimaki głębinowe nie biorą udziału w oddziaływaniach koewolucyjnych w odległości kilku metrów.

Po Drugie, ani ślimaki płytko -, ani głębinowe nie były podatne na pasożyty innych jezior. Dlatego tylko pasożyty lokalne (tj. koewoluujące), a nie pasożyty z dowolnego miejsca, mogą zarazić płytkie ślimaki.,

Common is bad, rare is good

z naszego eksperymentu znaleźliśmy poparcie dla hipotezy Czerwonej Królowej i zademonstrowaliśmy jej zastosowanie do małych skal przestrzennych w przyrodzie. Pokazaliśmy, że pasożyty są przystosowane do populacji ślimaków, gdzie w płytkiej wodzie współistnieją osobniki płciowe i aseksualne.

W powiązanym badaniu Lively i Jokela wykazali, że jako pasożyty przystosowujące się do zarażania aseksualnych ślimaków w płytkiej wodzie, rzeczywiście faworyzują Seks, zgodnie z hipotezą Czerwonej Królowej. Ślimaki, które były genetycznie powszechne i silnie zainfekowane przez pasożyty, były rzadkie., Ślimaki, które były genetycznie rzadkie i wcześniej odporne na pasożyty, stały się powszechne i zainfekowane. Przez cały czas w płytkiej wodzie utrzymywały się ślimaki płciowe. Po raz pierwszy wykazano, że dynamika Czerwonej Królowej utrzymuje reprodukcję płciową.

pomimo kosztów rozmnażania płciowego wydaje się mieć zastosowanie przeciwko pasożytom. Organizmy płciowe są genetycznie rzadkie i w związku z tym pasożyty nie mogą się do nich przystosować., Dowody z nowozelandzkich ślimaków pokazują, że adaptacja pasożytów do zarażania pospolitych osobników bezpłciowych uniemożliwia aseksualistom wyeliminowanie seksualnych osobników z populacji.

więcej badań nad innymi organizmami z obu trybów rozrodczych byłoby bardzo korzystne dla naszego zrozumienia zalet dla płci i dynamiki leżącej u podstaw współistnienia aseksualno-seksualnego.

Więcej informacji znajdziesz w komunikacie prasowym Indiana University.

— Kayla King, Indiana University, [email protected]

Ten artykuł zza kulis został udostępniony LiveScience we współpracy z National Science Foundation.,

• 

  absolwentka Indiana University Kayla King bada ślimaki pod mikroskopem.
  kredyt i większa wersja

• 

  Curtis Lively i Jukka Jokela nurkują do zbierania ślimaków w jeziorze Alexandrina w Nowej Zelandii.
  kredyt i większa wersja

• 

  pokazane są zainfekowane ślimaki (góra) i niezakażone ślimaki (dół) usunięte z ich muszli.,
  kredyt i większa wersja

śledczy
Kayla King
Curtis Lively
Lynda Delph
Jukka Jokela

powiązane Instytucje/Organizacje
Indiana University
Eawag/ETH-Zurych

lokalizacje
Indiana
Nowa Zelandia

powiązane programy
Ekologia populacji i społeczności
długoterminowe badania w Biologia środowiskowa

powiązane nagrody
#0640639 ltreb: a long-term study of host-pasożyt Interactions

Total grants
$424,937