Get best of the week

مراوغات التطور: اكتشاف كائن حي يعيش بدون أكسجين



إن نباتات وحيوانات كوكبنا غنية بشكل لا يصدق في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، ولكل منها خصائصه الفريدة. ومع ذلك ، على الرغم من عدد لا نهائي من الاختلافات ، هناك دائمًا بعض القواعد التطورية المشتركة للجميع. إحدى هذه القواعد هي الحاجة إلى الأكسجين. بالطبع ، فقد الفطر أو الأميبا أو الهدب بمرور الوقت القدرة على التنفس ، ولكن هذه ليست سوى استثناءات تؤكد القاعدة. كان يعتقد في السابق أن التنفس الهوائي متأصل في جميع أنواع الحيوانات ، ولكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. اكتشف علماء من جامعة تل أبيب (إسرائيل) اكتشافًا مدهشًا - الطفيل Henneguya salminicolaتعيش في أنسجة السلمون العضلية التي لا تحتاج إلى الأكسجين. ما هي المعلومات التي تم الحصول عليها أثناء دراسة الأنواع الجديدة وما هي الاختلافات الموجودة في معلومات الجينات الخاصة بها؟ نتعلم عن هذا من تقرير العلماء. اذهب.

أساس الدراسة


يمكن ربط أي سمة لأي كائن حي ببيئته والظروف التي حدث فيها تطوره. التنفس الهوائي هو نقطة تقاطع العديد من الأنواع حقيقية النواة ، ولكن هناك العديد من الخطوط أحادية الخلية التي فقدت هذه القدرة بسبب موطنها في بيئة نقص الأكسجة.

إذا أخذنا بعين الاعتبار كائنات الكائنات الهوائية من حيث الخلايا ، لكن الأهم هو الميتوكوندريا. هذه العضية كروية أو بيضاوية الشكل ثنائية القطر يبلغ قطرها 1 ميكرومتر نوعًا من محطات توليد الطاقة ، تقوم بأكسدة المركبات العضوية. ونتيجة لذلك ، يتم توليد الطاقة ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لتوليد الجهد الكهربائي ، والتوليد الحراري وتوليف ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP ، مصدر طاقة للعمليات البيوكيميائية).

إذا لم يكن هناك أكسجين في الموطن ، وتطور الجسم بحيث يتم الاستغناء عنه ، فإن الميتوكوندريا تفقد جينومها جزئيًا أو كليًا ، وتتحول إلى عضيات تشبه الميتوكوندريا (MROs ، العضيات المرتبطة بالميتوكوندريا ).

يلاحظ الباحثون أن قضية وجود هذه MROs في الحيوانات ولدت منذ فترة طويلة الجدل في المجتمع العلمي. اعتبر البعض أن هذا مستحيل ، بينما كان البعض الآخر مقتنعًا بالعكس ، لكن لم يكن لديهم دليل مادي على نظرياتهم. ومع ذلك ، مع افتتاح Henneguya salminicola ، لن يكون النقاش شديدًا.


الصورة رقم 1: العلاقات الوراثية لسلالات حقيقيات النوى مشتقة من المصفوفة الفائقة من 9490 موضعًا من الأحماض الأمينية لـ 78 نوعًا. يتم تمييز الأنواع التي فقدت التنفس الهوائي بخط عريض وبعلامة النجمة.

أحد الفروق الرئيسية بين MRO والميتوكوندريا التقليدية هو غياب في أول أعراف * ، والتي حلت محلها هيدروجينوسوم * و mitosomes * .
كريستا * - طيات الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.
هيدروجينوسومات * - عضية غشاء مغلقة لبعض الكائنات اللاهوائية أحادية الخلية (لا تستخدم الأكسجين) ، مثل الهدبات ، الترايكوموناد والفطريات.
Mitosomes * - عضيات بعض الكائنات الحية اللاهوائية أحادية الخلية (لا تستخدم الأكسجين). على الأرجح ، تشارك الميتوسومات في تخليق مجموعات Fe - S (الحديد والكبريت) ، ومع ذلك ، لا تزال البيانات عن هذه العضيات نادرة.
في الدراسة ندرس اليوم، والعلماء أثبتت أن الطفيليات myxosoic ( القراصات ) أثناء التطور خسر كلا من جينوم الميتوكوندريا والمسارات الأيضية الهوائية، والاستعاضة عنها مع نوع جديد من MRO اللاهوائي.

كانت الموضوعات التجريبية الرئيسية في هذه الدراسة هي ممثلي Myxozoa (myxozoic) ، وهي فئة من اللافقاريات الطفيلية من النوع الزاحف ( Cnidaria ). لدى الميتوكوندريا Myxozoa تراكيب جينوم مختلفة تمامًا ، مع الكروموسومات الميتوكوندريا الحلقي متعددة الأجزاء الكبيرة ومعدلات تطور عالية بشكل غير عادي. تم اختيار نوعين وثيق الصلة للتحليل - Henneguya salminicola و Myxobolus squamalisالتي تتطفل على السالمون.

نتائج البحث


قبل التحليل الفعلي ، تم جمع النسخ الجينومية والجينومية لكلا النوعين. أكدت التحليلات النشيطة القائمة على 78 جينًا تشفير بروتين الريبوسوم النووي في الأصناف التي تمثل تنوع حقيقيات النوى أن الكائنات الحية التي تم تسلسلها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالميكوزوا.

أظهر تقييم جودة تجميع الجينوم أن H. salminicola لديه تجميع أكثر اكتمالاً مع تغطية أعلى وتسلسلات بروتينية أكثر توقعًا من M. squamalis (الجدول رقم 1).


الجدول رقم 1: تقييم جودة تجميع الجينوم للأنواع المدروسة والممثلة.

حددت عمليات البحث المستهدفة في الجينوم 75/78 جينًا من بروتينات الريبوسوم النووي ، مما يشير إلى أن الاكتمال أكبر من 90٪ لكلا النوعين. ومع ذلك ، فإن تقديرات اكتمال الجينوم باستخدام الطريقة الأساسية لرسم خرائط الجينات حقيقية النواة (CEGMA) أسفرت عن 53.6٪ فقط من الجينات حقيقية النواة ل H. salminicola و 37.5٪ لـ M. squamalis .

اقترح العلماء أن ارتفاع معدل التطور هو الذي قلل من القدرة على اكتشاف العديد من الجينات حقيقية النواة.

أظهر تحليل جينوم الميتوكوندريا (فيما يلي mt ) اختلافات مذهلة بين النوعين قيد الدراسة. تمت استعادة جينوم mt الدائري بنجاح من أجل M. squamalis، يتكون من كروموسوم واحد ، والذي وفقا لتحليل السلالات كان المزيج. كما هو الحال في الأنواع المخاطية الأخرى ، كان الحمض الريبي النووي النقال غائبًا في جينوم mt لـ squamalis ، وكان معدل تطورها مرتفعًا جدًا.

كان الوضع مع H. salminicola هو العكس ، لأنه لم يكن من الممكن تحديد تسلسل mt ، على الرغم من الجودة الأعلى لهذه المجموعة مقارنة بـ M. squamalis .

علاوة على ذلك ، لتحديد وجود / غياب الحمض النووي في الميتوكوندريا المخاطية ، لطخ العلماء المراحل النامية متعددة الخلايا من M. squamalis و H. salminicola باستخدام DAPI (صبغة الفلورسنت 4 '، 6-diamidino-2-phenylindole).


شكل 2: صور مجهرية تظهر غياب الميتوكوندريا في H. salminicola. أظهرت

خلايا M. squamalis تلطيخ حقيقي النوى مميز لكل من النوى والميتوكوندريا ( 2A ) ، بينما أظهرت H. salminicola تلطيخ نووي فقط ( 2B ).

أكدت النتائج الميكروسكوبية أن جينوم mt مفقود في H. salminicola . ومع ذلك ، تم الكشف أيضًا عن عضيات غشائية ذات غشاء من النوع الميتوكوندريا مع كريستيات في H. salminicola ( 2C ) وحتى في M. squamalis. وبناءً على ذلك ، تم العثور على الجينات المشاركة في تنظيم الكريستا في جينوم كلا النوعين ، ولا سيما DNAJC11 و MTX1.

يؤكد مجموع هذه البيانات أن الأنواع التي تم فحصها تقدم MRO بدون جينوم الميتوكوندريا ، ولكن هناك كريستالات.

يذكر الباحثون أنه في الحيوانات، أكثر من بروتيوم * يتم ترميز الميتوكوندريا في النواة.
Proteome * - مجموعة من البروتينات يتم التعبير عنها بواسطة جينوم أو خلية أو نسيج أو كائن حي في وقت محدد.
مع أخذ ذلك في الاعتبار ، تم تحديد 51 جينًا في H. salminicola و 57 جينًا في M. squamalis المشاركين في مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية للميتوكوندريا (على سبيل المثال ، استقلاب الأحماض الأمينية أو الكربوهيدرات أو النيوكليوتيدات).


شكل 3: مقارنة بين المسارات الموجودة في الميتوكوندريا الهوائية النموذجية ( A ) و H. salminicola MRO ( B ).

هذا يشير إلى أن MRO من H. salminicola لا يزال يؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف الأيضية المشابهة للميتوكوندريا من M. squamalis .

على النقيض من ذلك ، كانت جميع البروتينات المشفرة نوويًا تقريبًا والمشتركة في نسخ وترجمة جينوم mt غائبة في جينوم H. salminicola.. باستخدام قاعدة البيانات 118 من هذه الجينات النووية المشفرة من ذبابة الفاكهة ( ذبابة الفاكهة) ، القادرة على تحديد 41 إلى 58 جينًا متماثلًا mt في M. squamalis ، ولكن تم العثور على ستة فقط من هذه الجينات في H. salminicola .

من الجدير بالذكر أن بوليميراز DNA جاما -1 للجين mt في النوع H. salminicola هو مادة كاذبة لأنه يحتوي على طفرات ثلاث نقاط تخلق كودونات توقف سابقة لأوانها * .
Stop codon * - وحدة من الشفرة الجينية ترمز إلى توقف الترجمة (توليف سلسلة البولي ببتيد).
بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم التعبير عن هذا الجين في H. salminicola ولا يكون موجودًا في مجموعة H. salminicola transcriptome ، في حين تم تحديد contigs متماثل * في جميع النسخ الأخرى الميكوزوية * .
Kontig * هي مجموعة من عدة أقسام DNA متصلة بالسلسلة.
إن وجود نسخة زائفة من هذا البلمرة هو دليل على العديد من النظريات والملاحظات التي تم التعبير عنها سابقًا. أولا ، هذا يؤكد النظرية القائلة بأن H. salminicola فقدت الحمض النووي للطن المتري لأنه ليس لديه آلية لتكرارها. ثانيًا ، هذا يثبت أن غياب البروتينات المتجانسة في هذا النوع هو نتيجة التولد الكاذب ، وليس خطأ تجميع.

بطبيعة الحال ، فإن فقدان جينوم الميتوكوندريا له تأثير مباشر على الشكل التنفسي للجسم ، حيث أن الميتوكوندريا الحيوانية تشفر بروتينات مهمة من سلسلة نقل الإلكترون. للتحقق مما إذا كان فقدان الجينوم mt يعني فقدان التنفس الهوائي في H. salminicolaبدأ العلماء في البحث عن متجانسات جينات ذبابة الفاكهة المعروفة ، والتي عادة ما ترمز ∼100 بروتينات من معقدات سلسلة النقل الإلكتروني mt .

كشف البحث عن سبعة فقط من هذه البروتينات في H. salminicola ، بينما كان Myxozoic الآخر حوالي 18-25. على وجه الخصوص ، جميع المجمعات الجينية (الأول والثالث والرابع) التي تم الكشف عنها في أنواع Myxozoic أخرى غائبة في H. salminicola ( 3B ) أو المقدمة على أنها الجينات الكاذبة.

بما أن المركب IV يتفاعل مع جزيئات O 2 ، فقد يعني هذا أن H. salminicola قد يكون غير قادر على التنفس الهوائي الخلوي القياسي.

بالإضافة إلى المجمعات I و III و IV ، المسؤولة عن مرور البروتونات إلى حيز غشاء الميتوكوندريا ، لم يتم أيضًا الكشف عن المركب V المسؤول عن تخليق ATP في H. salminicola .

لمعرفة أكثر تفصيلا مع الفروق الدقيقة في الدراسة، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء و مواد إضافية لذلك.

الخاتمة


في هذه الدراسة ، تم جمع البيانات الأولى بشأن الخصائص الوراثية لمخلوق قادر على العيش على ما يبدو دون الحاجة إلى التنفس الهوائي. ما كان يعتبر في السابق جزءًا لا يتجزأ من عالم الحيوان لم يكن مهمًا جدًا بالنسبة لبعض ممثليه.

لاحظ مؤلفو هذا الاكتشاف أن التطور عادة ما ينطلق من البسيط إلى المعقد ، ولكن في حالة H. salminicola لوحظ الوضع المعاكس. أجبرت الحياة في بيئة خالية من الأكسجين هذا الكائن على فقدان الجينات غير الضرورية المسؤولة عن التنفس الهوائي ، مما جعله كائنًا أبسط.

بالطبع ، لا يزال من غير الواضح بالضبط كيف سار تطور الكائن الطفيلي من النوع H. salminicola.ما هي الظروف بالضبط التي أجبرته على فقدان الميتوكوندريا وتخلي الأوكسجين في الواقع ولماذا حدث هذا النوع من التغييرات بالضبط. ينوي العلماء النظر في هذه القضايا في أبحاثهم المستقبلية.

كن على هذا النحو ، هذا الاكتشاف فريد حقًا ، لأنه يؤكد مرة أخرى أن الطبيعة لا يزال لديها شيء يفاجئنا به. تنتهك القوانين والأعراف المقبولة بشكل عام والتي كانت تعتبر في السابق غير متزعزعة في بعض الحالات النادرة. من ناحية ، هذا أمر مثير للدهشة ، من ناحية أخرى - متوقع تماما. بعد كل شيء ، ما الذي يمكن أن تتوقعه أيضًا من التطور ، الذي أنشأه مرق فوضوي أساسي مثل هذه النباتات والحيوانات المعقدة والجميلة التي تحيط بنا كل يوم.

شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين وأتمنى لكم عطلة نهاية أسبوع رائعة يا رفاق :)

القليل من الدعاية :)


أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك VPS القائم على السحابة للمطورين من $ 4.99 ، وهو نظير فريد من نوعه لخوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة عن VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 نوى) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps من $ 19 أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا و 40 جيجابايت DDR4).

Dell R730xd أرخص مرتين في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - من 99 دولار! اقرأ عن كيفية بناء مبنى البنية التحتية الفئة c باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟

More articles:


All Articles