Tardigrades ovat eläimiä, jotka viihtyvät äärimmäisyyksissä. Tunnetaan myös nimellä vesikarhut tai sammaliporsaat, vedessä olevat, mikroskooppiset selkärangattomat voivat selviytyä jäätymis- ja kiehumislämpötiloista sekä ulkoavaruuden ankarista olosuhteista. Kuivattu tardigrade voidaan elvyttää vain lisäämällä vettä - jopa vuosikymmeniä myöhemmin. Niitä esiintyy jokaisella mantereella, Antarktis mukaan lukien, ja ne elävät ympäristöissä aina syvimmästä valtamerestä kuumimmista aavikoista Himalajan yläosiin.
Asiaan liittyvä sisältö
- Ihmisen sukukromosomit ovat huolimattomia DNA: nvaihtimia
- Kuinka pieni vesikanta säilyy avaruudessa?
Nyt tutkijat ovat huomanneet, että tardigradeilla on jälleen yksi äärimmäinen väite kuuluisuudesta: Heidän perimänsä sisältää kaikkien vieraiden eläinlajien vieraimman DNA: n.
Sen sijaan, että se perisi kaikki geeninsä esi-isiltään, tardigraadid saavat mahtavia kuudesosan geneettisestä meikistään toisiinsa liittymättömistä kasveista, bakteereista, sienistä ja arkeaneista, tutkijat raportoivat tänään PNAS: ssä . Omituinen mashup korostaa sitä tosiseikkaa, että lajit voivat muotoutua paljon vähemmän lineaarisilla tavoilla, joita yleisesti kuvitellaan.
"Kun suurin osa ihmisistä ajattelee elämän monimuotoisuutta ja geneettisen tiedon kulkua, he kuvaavat puuta, jolla on suuret oksat, jotka tuottavat pienempiä, mutta ilman mitään yhteyttä raajoihin", sanoo tutkimuksen johtaja Thomas Boothby, Life Sciences Research Foundation -tohtorin tutkijatohtori osoitteessa Pohjois-Carolinan yliopisto, Chapel Hill. "Olemme alkamassa ymmärtää, että elämäpuun sijasta saattaa olla tarkoituksenmukaisempaa ajatella elämän verkkoa."
Boothby kääntyi tardigrade-genomin puoleen toivoessaan paljastaa olentojen äärimmäisen selviytymisstrategian perustiedot. Jokaisen geenin luetteloimiseksi hän uutti ja sekvensoi ensin useita lyhyitä DNA-paloja tuhansista tardigradeista. Ne ompelivat tietokoneohjelman avulla nämä sekvenssit takaisin yhteen tuottaakseen koodin kokonaisuudessaan.
"Kun teimme sen, huomasimme alun perin, että oli olemassa paljon geenejä, jotka näyttivät siltä, etteivät ne olisi tulleet eläimistä", Boothby kertoo. "Suolistoreaktionamme oli, että sekaisin jotain ja meidän piti saastuttaa näytteemme."
Kaksinkertaista tarkastusta varten ryhmä kääntyi polymeraasiketjureaktioon, menetelmään, joka monistaa geneettisen materiaalin kohdennetut alueet vain, jos ne vastaavat tiettyjä alukkeita. Tässä tapauksessa he halusivat nähdä, pystyisivätkö monistamaan eläin- ja bakteerigeenit yksittäisinä yksikköinä, mikä olisi mahdollista vain, jos ne olisivat fyysisesti kytketty samaan genomiin. "Teimme sen yli 100 geenillä 98 prosentin menestyksellä", Boothby sanoo.
Vakuuttuneena siitä, että heidän genomin lukemansa olivat oikein, ryhmä rekonstruoi sitten tiettyjen geenisekvenssien evoluutioesivanteen. Tämä vahvisti, että se, mikä näytti vierailta geeneiltä, oli juuri sitä, sen sijaan, että tardigrades itse kehittäisi look-a-likes-tyyliä.
"Tulokset kertoivat meille melko yksiselitteisesti, että vieraat geenit todella ovat peräisin muista kuin eläimistä", Boothby sanoo.
Kaiken kaikkiaan tardigrade-geenit ovat 17, 5 prosenttia vieraasta materiaalista. Suurimmalla osalla näistä outoista geeneistä on peräisin bakteereja - tuhansia lajeja on edustettuna tardigraden geneettisessä muodossa. Monien geenien tiedetään tai epäillään olevan roolissa alkuperäisten omistajiensa stressitietoisuudessa.
"Mielestäni havainnot ovat erittäin yllättäviä", sanoo Kanadan Dalhousie-yliopiston biologi Andrew Roger. Se, että eläin voisi hankkia niin suuren osan geeneistään ulkomaisista lähteistä, on ”hämmästyttävää ja ennennäkemätöntä”.
Joissakin tapauksissa vieraat geenit ovat tosiasiallisesti korvanneet tardigrade-geenit, kun taas toisissa tardigrades säilyttivät omat versiot, mutta sisällyttivät yhden tai useamman kopion yhdestä tai useammasta bakteereista. "Arvaamme, että tämä ei ollut kertaluonteinen tapahtuma, mutta todennäköisesti jatkui ja voi tapahtua vielä tänään", Boothby sanoo.
Tardigrades saavat jopa 17, 5 prosenttia geeneistään toisistaan riippumattomista organismeista. (STEVE GSCHMEISSNER / Science Photo Library / Corbis) Tutkijat ovat jo vuosien ajan tietäneet, että bakteerit ja muut mikrobit voivat osallistua horisontaaliseen geeninsiirtoon - geneettisen materiaalin vaihtamiseen toisiinsa liittymättömien lajien välillä. Mutta vasta äskettäin tutkijat ovat alkaneet ymmärtää, että tämä geneettisen kehityksen menetelmä voi esiintyä myös eläimissä.
Verrattuna tardigradeihin, muiden eläinten genomit, mukaan lukien ihmiset, sisältävät hyvin vähän vieraita aineita. Tähän saakka rotiferit - toinen mikroskooppinen vesieläin - pitivät ennätyksen 8–9 prosentissa. Tardigradeilla ja rotaattoreilla ulkomaisten geenien suurella annoksella on todennäköisesti merkittävä rooli heille annettaessa ylivoimaiset selviämistaidot.
"Jos he voivat hankkia DNA: ta organismeista, jotka elävät jo stressaavassa ympäristössä, he saattavat pystyä hakemaan joitain samoja temppuja", Boothby sanoo. Mutta tarkkaan kuinka tardigradeja onnistui mukulakivittämään niin paljon vieraita geenimateriaaleja, on edelleen tuntematon.
Boothby ja hänen kollegansa epäilevät, että eläinten kyky kuivua ja elvyttää uudelleen saattaa olla merkitystä. Kun tardigrades kuivua, niiden genomit hajota. Kun elämää antava neste on palauttanut ne, soluja ympäröivät kalvot pysyvät jonkin aikaa vuotoisina, ja kun solut toimivat nopeasti omien genomiensa korjaamiseksi, ne voivat vahingossa toimia jossain ympäristössä olevassa DNA: ssa.
"Tämä asiakirja vahvistaa koko genomin tutkimuksen tärkeyden, jota sovelletaan tässä epätavalliseen, mutta erittäin mielenkiintoiseen ja usein laiminlyötyyn eläinmalliin", sanoo Roberto Bertolani, evoluutioeläintieteilijä Modena-yliopiston ja Reggio Emilian yliopistossa Italiassa.
"Yksi mielenkiintoinen seikka, jonka kirjoittajat esittävät, on mahdollinen suhde kuivumisen, kalvon vuotojen ja DNA: n rikkoutumisten välillä, mikä saattaa altistaa nämä eläimet sisällyttämään ja integroimaan monia vieraita geenejä."
Toistaiseksi se on vain hypoteesi, joten Boothby aikoo tutkia tätä ja muita viipyviä kysymyksiä. Hänen työnsä tämän äärimmäisen olennon kanssa saattoi jopa antaa ihmisille paremman kuvan hengissäolosta: Tardigrade-geenien tutkiminen voi joskus auttaa kehittämään lääkkeitä ja rokotteita, joita ei enää tarvitse pitää jäällä, vaan ne voidaan kuivata ja reanimoida paikan päällä. maaseutuklinikka tai kriisialue.
