Drosophila pseudoobscura — populāciju ģenētikas un speciācijas piemērs

Drosophila pseudoobscura — populāciju ģenētikas un speciācijas piemērs: Dobžanska un Dodd eksperimenti, reproduktīvā izolācija un genoma sekvencēšana.

Drosophila pseudoobscura ir augļmušu suga, ko plaši izmanto dabisko populāciju ģenētikas laboratorijas pētījumos.

Pirmie to izmantoja Teodosijs Dobžanskis un viņa kolēģi. Viņi savāca paraugus no Ziemeļamerikas rietumu daļas un Meksikas populācijām un audzēja tos "populāciju būros" laboratorijā. Viņus interesēja dabiskā atlase, ģenētiskais dreifs un citi populāciju ģenētikas aspekti.

1989. gadā Diāna Dodda (Diane Dodd) D. pseudoobscura laboratorijas populācijām deva divus dažādus barības veidus - cieti un maltozi. Tikai pēc astoņām paaudzēm, kas bija saņēmušas atšķirīgu barību, tās strauji attīstījās divās atšķirīgās grupās. Tā kā abas grupas izrādīja spēcīgu priekšroku pārošanai ar sava veida barību, tika apgalvots, ka tas ir sugas veidošanās ar reproduktīvo izolāciju piemērs. Dodda eksperimentu ir atkārtojuši arī citi, un tas tika veikts arī ar citiem augļmušu veidiem un pārtikas produktiem.

2005. gadā D. pseudoobscura bija otrā Drosophila suga pēc Drosophila melanogaster, kuras genoms tika sekvenēts.

Izplatība un biotops

D. pseudoobscura dabiskā izplatība galvenokārt aptver Ziemeļamerikas rietumus, bet tās tuvākais radinieks Drosophila persimilis dzīvo līdzīgās teritorijās. Tā sastopama dažādos biotopos — mežos, pļavās un cilvēka apdzīvotās vietās —, kur barības avots parasti ir sadalījusies augu vai augļu masa. Šī suga ir pielāgojama un labi veidojas gan laukā, gan laboratorijas apstākļos.

Izskats, dzīves cikls un bioloģija

Izskats: kā daudziem augļmušiem, D. pseudoobscura ir maza ķermeņa izmēra (daži milimetri), tumšāka krāsa un raksturīgas spārnu un ķermeņa iezīmes, kas ļauj to atšķirt no citām Drosophila sugām.

Dzīves cikls:

• Olas dēšana uz barības materiāla;
• cāļi (lárvas) attīstās barības virsmā, barojoties ar mikroorganismiem un organisko materiālu;
• pupe (pupa) stadija — metamorfoze;
• pieaugušais īpatnis, kas nāk no pupas un spēj vairoties pēc dažām dienām.

Temperatūra, barības kvalitāte un blīvums ietekmē attīstības ātrumu un dzīves ilgumu. Laboratorijā tieši šos parametrus regulējot, pētnieki var īstenot kontroldētas evolūcijas un populāciju ģenētikas eksperimentus.

Ģenētika, hromosomu inversijas un adaptācija

D. pseudoobscura ir kļuvusi par modeli evolūcijas ģenētikā, jo tajā ir bagātīgas hromosomu inversiju polymorfisms. Inversijas — hromosomu reģionu apgriešanas — var bloķēt rekombināciju šajās zonās, saglabājot kopā ieguvumus no noteiktu genu kombinācijām. Dobžanska un citu pētnieku darbi parādīja, ka šīs inversijas veido ģeogrāfiskas klīnas (pakāpeniskas izmaiņas frekvencēs) un saistās ar vides faktoriem, piemēram, temperatūru un mitrumu.

Reproduktīvā izolācija un sugu rašanās

Darbi ar D. pseudoobscura ir devuši nozīmīgu ieguldījumu izpratnē par sugu rašanos (speciāciju). Papildus Dobžanska klasiskajiem pētījumiem, eksperimentālā speciācija, ko veica Diāna Dodda, parādīja, ka pārtikas avota atšķirības var radīt uzvedības atlasi un assortatīvu pārošanos—pārošanos priekšroku dot piemērotākiem partneriem pēc izcelsmes. Tomēr šo rezultātu interpretācija ir sarežģīta: citos atkārtojumos un paplašinātos eksperimentos konstatēja, ka assortatīvā pārošanās var būt vājināta, atkarīga no eksperimentālā dizaina vai savstarpēji saistīta ar citas veida adaptāciju, tāpēc Dodda rezultātus interpretē piesardzīgi kā iespēju, nevis universālu likumu.

Turklāt D. pseudoobscura un D. persimilis ir bieži minēts pāris, kas demonstrē gan dabisko, gan daļēju reproducējošo izolāciju, un pētnieki izmanto šo pāri, lai pētītu hibrīdo neauglību, uzvedības barjeras un ģenētisko atrašanās vietu, kas ietekmē speciāciju.

Laboratorijas pētījumu metodes un nozīme

Pētnieki izmanto D. pseudoobscura gan kā klasiķu modelorganismu, gan mūsdienu genomikas rīkus. Tipiskas metodes ietver populāciju audzēšanu kontroles apstākļos, šķērsgriezienus, inversiju kartēšanu, fenotipa mērījumus (uzvedība, izdzīvošana, reproduktīvā veiktspēja) un salīdzinājumus starp laukā ievāktām un laboratorijas populācijām. Ar šo materiālu var testēt hipotēzes par dabisko atlasi, ģenētisko dreifu, gēnu plūsmu un speciācijas mehānismiem.

Genoma sekvencēšana un mūsdienu atklājumi

2005. gadā D. pseudoobscura genoms tika sekvenēts, padarot to par otro Drosophila sugu pēc Drosophila melanogaster, kuras genoms bija pieejams. Genoma salīdzinājumi ļāva identificēt inversiju robežas, izpētīt gēnu evolūcijas tempus un saprast, kā hromosomu rearranžējumi ietekmē rekombināciju un adaptāciju. Mūsdienu pētījumi izmanto arī populāciju sekvencēšanu, transkriptomiku un funkcionalās genomikas pieejas, lai saistītu specifiskas gēnu variācijas ar fenotipiem un vides faktoriem.

Nākotnes jautājumi un atklājumi

Lai gan par D. pseudoobscura ir daudz zināms, joprojām ir neatbildēti jautājumi par inversiju lomu adaptācijā ilgtermiņā, par to, cik bieži ekoloģiski bāzēta assortatīvā pārošanās var novest pie pilnīgas sugas rašanās, un par hibrīdo zonu dinamikas detalizētu darbību. Šī suga joprojām ir vērtīgs resurss, lai saprastu evolūcijas procesus dabā un laboratorijā.

Kopsavilkums: Drosophila pseudoobscura ir klasisks modelis populāciju ģenētikā un speciācijas pētījumos — tās bagātīgais ģenētiskais polymorfisms, vieglā audzēšana laboratorijā un sekvenētais genoms padara to par svarīgu līdzekli evolūcijas bioloģijas izpētē.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Drosophila pseidoobscura?

J: Kāpēc to plaši izmanto laboratorijas pētījumos?

J: Kas pirmais izmantoja Drosophila pseudoobscura laboratorijas pētījumos?

J: Kas viņus interesēja?

J: Ko Diāna Dodda darīja 1989. gadā?

J: Kas notika pēc astoņām paaudzēm ar atšķirīgo barību?

J: Kas tika minēts kā sugas veidošanās piemērs reproduktīvās izolācijas ceļā?

Meklēt pēc burta