Znajdź zawartość

Bakterie z rodzaju Wolbachia, pasożyty przekazywane następnym pokoleniom wyłącznie za pośrednictwem komórek jajowych, kontrolują płeć potomstwa zainfekowanych pająków z gatunku Oedothorax gibbosus. Ponieważ w interesie mikroba leży rozrost populacji samic, nakłania swoje gospodynie do dzieworództwa lub uśmierca samce na wczesnym etapie rozwoju. Żyjące w cytoplazmie komórek (endosymbiotyczne) bakterie związane obowiązkowo lub warunkowo ze stawonogami mogą, jak widać, zwiększać swoje rozpowszechnienie w populacji, zmieniając reprodukcję gospodarzy. Dotąd wspominano o manipulacjach reprodukcyjnych wśród owadów (zwłaszcza błonkoskrzydłych, motyli, muchówek i chrząszczy), skorupiaków (równonogów) i roztoczy. Mimo że zaobserwowano, że endosymbionty są często spotykane u pająków i że proporcja płci pewnych gatunków pająków jest silnie sfeminizowana, dotąd dla tego rzędu nie zademonstrowano bezpośredniego związku między zakażeniem bakteryjnym a zmiennością stosunku płci. Samice O. gibbosus, pająka z rodziny Erigoninae, wykazują znaczne zróżnicowanie proporcji płci młodych i bywają zarażone co najmniej trzema różnymi bakteriami endosymbiotycznymi, zdolnymi do zmieniania reprodukcji gospodarza. Bram Vanthournout z Uniwersytetu w Gandawie, którego artykuł ukazał się właśnie w piśmie BMC Evolutionary Biology, ujawnia, że chodzi o riketsje oraz reprezentantów dwóch innych rodzajów – Wolbachia i Cardinium. Eksperymenty pokazały, że zmienność stosunku płci była dziedziczona w linii matczynej, a usunięcie bakterii za pomocą antybiotyków przywracało normalną proporcję liczby samców i samic. Lęgi samic zakażonych Gram-ujemnymi bakteriami Wolbachia były silnie sfeminizowane, podczas gdy u niezarażonych samic proporcja młodych obojga płci podlegała wyrównaniu. Ponieważ lęgi samic zarażonych okazały się znacznie mniejsze, uśmiercanie męskich płodów wydaje się najbardziej prawdopodobnym mechanizmem.

Wielka wojna, w wyniku której giną niemal wszystkie samce... brzmi znajomo? Z pewnością - chyba każdy oglądał przecież "Seksmisję" Juliusza Machulskiego. Natura pisze jednak równie interesujące scenariusze. Jedną z takich historii opisują brytyjscy naukowcy. Badacze, kierowani przez Emily Hornett z University of Liverpool, poddali analizie muzealne okazy tropikalnych motyli Hypolimnas bolina. Celem badań było ustalenie zmian w strukturze populacji tego gatunku pod wpływem epidemii zakażenia bakteriami z rodzaju Wolbachia, do której doszło pod koniec XIX wieku na Wyspach Fidżi. Z przeprowadzonych testów genetycznych wynika, że pasożytniczej bakterii wystarczyło zaledwie 9 lat (od roku 1886 do 1894), by odsetek samców w populacji badanego gatunku zmienił się od wartości 1:2 do... 1:10. Na podstawie analizy pokrewieństwa poszczególnych okazów ustalono też, że badane motyle należały do pięciu odrębnych populacji, zaś jedna z nich pozostała niemal całkowicie oporna na zmiany własnej struktury. Badania przeprowadzone w ostatnich latach w związku z bardziej aktualną epidemią wyjaśniły możliwe przyczyny tego zjawiska. Ponieważ ewolucja wyraźnie dąży do osiągnięcia stanu równowagi, krótko po ustąpieniu zakażenia liczebność samców zaczęła wracać do normy. W przypadku jednej z populacji doszło nawet do tymczasowego "zawyżenia" liczby samców - przez pewien czas stanowiły one aż 50% osobników swojej grupy. Przeprowadzone badania są cennym źródłem wiedzy dla ekspertów zajmujących się biologią populacji. Dzięki testowi opracowanemu przez naukowców z Liverpoolu można łatwo i z dużą wydajnością analizować genomy całych populacji na podstawie materiałów muzealnych oraz ustalać różnego rodzaju zależności pomiędzy osobnikami. Tropienie zdarzeń z historii ewolucji może więc stać się prostsze niż kiedykolwiek wcześniej.

W konkursie o tytuł mistrza symbiozy mszyce grochowe (Acyrthposiphon pisum) byłyby najprawdopodobniej jednym z faworytów. Ich przystosowanie do współpracy zaszło tak daleko, że nie tylko przejęły one geny od swoich dawnych towarzyszy, lecz nawet... udostępniają kodowane przez nie białka kolejnym mikroorganizmom, które zechcą zamieszkać w ich niewielkich ciałach. Opisywane sekwencje DNA zostały przejęte po dwóch dawnych symbiontach mszyc. Dzięki nim ich obecni partnerzy, bakterie z gatunku Buchnera aphidicola, znajdują schronienie wewnątrz ich ciał, w zamian dzieląc się wytwarzanymi przez siebie substancjami. Współpraca ta jest tak bliska, że genom bakterii nie zawiera już części genów, które byłyby im potrzebne do samodzielnego życia. Jednym z genów, które zostały usunięte z genomu B. aphidicola, jest ldcA - sekwencja odpowiedzialna za przetwarzanie składników ściany komórkowej. Podobny gen jest jednak obecny w materiale genetycznym mszyc. Co ciekawe, nie przypomina on sekwencji występującej u obecnego symbionta, lecz jego wersję występującą u bakterii z rodzaju Wolbachia, które obecnie nie żyją w symbiozie z mszycami. [bakterie] Wolbachia nie żyją obecnie w mszycach grochowych ani w większości gatunków mszyc, choć są symbiontami niektórych innych owadów. Transfer [genów] nastąpił prawdopodobnie w organizmie przodka kilku gatunków mszyc, z których jeden był prawdopodobnie zamieszkiwany zarówno przez wolbachię, jak i buchnerę, tłumaczy Atsushi Nakabachi z instytutu RIKEN, jeden z autorów odkrycia. Oprócz ldcA, badacze zidentyfikowali u mszyc jeszcze jeden gen pochodzący od mikroorganizmów. Nazywa się on rlpA i pochodzi najprawdopodobniej od bakterii z rodzaju Bradyrhizobium, lecz dotychczas nie ustalono, w jaki sposób miałby on pomagać obecnym "lokatorom" organizmów mszyc. Zjawisko przekazywania fragmentów DNA z bakterii do gospodarzy wykazywano już wcześniej, lecz nigdy dotąd nie udowodniono transferu kompletnych genów, czyli w pełni funkcjonalnych sekwencji zawierających informacje potrzebne do wytworzenia określonych cząsteczek. To [odkrycie] wskazuje, że organizmy, w tym zwierzęta, są znacznie bardziej elastyczne, niż sądzono, i mogą być z łatwością "łączone" z innymi organizmami, podsumowuje Nakabachi.

Zespół badaczy z Chin i Australii opracował metodę, która może pozwolić na skuteczne opanowanie epidemii dengi - ciężkiej choroby tropikalnej przenoszonej przez komary. Opisywane schorzenie powodowane jest przez wirusy z rodziny Flaviviridae i należy do gorączek krwotocznych - poważnych, często śmiertelnych chorób charakteryzujących się m.in. bardzo wysoką temperaturą ciała. Ponieważ denga przenoszona jest na ludzi przez komary z gatunku Aedes aegypti, badacze wciąż szukają nowych metod eliminacji tych insektów w nadziei na opanowanie epidemii. O nowym pomyśle na zmniejszenie szkodliwości owadów donoszą na łamach czasopisma Science badacze z australijskiego Uniwersytetu Queensland oraz Uniwersytetu Normalnego Chin Środkowych. Do swojego eksperymentu naukowcy zastosowali specjalnie zmodyfikowane bakterie z rodzaju Wolbachia (widoczne na zdjęciu jako okrągławe wtręty we wnętrzu komórek owada), którym nadano zdolność do infekowania komarów. Mikroorganizmy te posiadają wiele cech czyniących je idealnym czynnikiem ograniczającym liczebność i długość życia badanych owadów. Należą do nich: stała obecność w organizmie po jednorazowej infekcji, przenoszenie przez matkę na potomstwo obu płci, zaburzanie proporcji płci potomstwa oraz obumieranie zarodków w sytuacji, w której tylko jedno z rodziców jest zakażone bakterią lub dwa szczepy pasożyta występujące u obojga partnerów są ze sobą "niezgodne". Australijsko-chiński zespół udowodnił w warunkach laboratoryjnych, że wprowadzenie Wolbachii do organizmów moskitów prowadzi do skrócenia ich życia o połowę, co znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo przeniesienia wirusa dengi pomiędzy ludźmi. Co więcej, infekcja bakteriami była stabilna (tzn. jednorazowe jej wprowadzenie do organizmu insekta owocowało dożywotnim nosicielstwem), a większość potomstwa otrzymywała od swojej matki szkodliwy "posag". Oczywiście, droga do opanowania epidemii gorączek krwotocznych jest wciąż daleka. Konieczne jest nie tylko udoskonalenie samych technik, lecz także dokładne określenie konsekwencji ich stosowania. Mimo to, wielu może cieszyć fakt, że uczyniono istotny krok ku zmniejszeniu zagrożenia tymi niezwykle groźnymi chorobami.

Naukowcy poinformowali, że udało im się zaobserwować jedną z najszybszych przemian ewolucyjnych, jakie kiedykolwiek miały miejsce. Dzięki niej tropikalne motyle Hypolimnas bolina uniknęły całkowitego wytępienia przez pasożytnicze bakterie. Sześć lat temu liczebność samców motyli zamieszkujących samoańskie wyspy Savaii i Upolu drastycznie spadła. Stanowiły one tylko 1% wszystkich osobników. Entomologów zaniepokoiła ta nierównowaga płci. Jednak do zeszłego roku, czyli w 5 lat, samcom udało się zwiększyć liczebność swoich szeregów i teraz stanowią one ok. 40% populacji. Naukowcy uważają, że osiągnęły to dzięki genom supresorowym, które kontrolują bakterie, a konkretnie α-proteobakterie, Wolbachia. Mikroorganizmy te są przekazywane przez matkę i do tej pory zabijały potomstwo płci męskiej jeszcze przed wylęgiem. Wolbachia zostały po raz pierwszy opisane w 1924 roku przez Hartiga i Wolbacha. Wtedy uznano je za riteksje (pałeczki). Bakterie, które należą do tego rodzaju, są naprawdę małe: mają od 0,5 do 1,5 mikrometra (μm). Odznaczają się owalnym, nieco wydłużonym kształtem. Żyją w cytoplazmie swoich gospodarzy i nie udało się ich wyhodować na pożywkach. Wolbachia wywołują tzw. plazmatyczną niezgodność. Doprowadza to do zaburzeń procesu kariogamii (zlewania się haploidalnych jąder komórek rozrodczych w diploidalne jądro zygoty) i zahamowania rozwoju tylko samców motyli. Podwyższoną śmiertelność samców rekompensuje podwyższona płodność samic, które zaczynają się rozmnażać na drodze dzieworództwa. System obrony przed bakteriami przyjmuje różną postać. Może on nie dopuszczać do śmierci samców na wczesnym etapie życia embrionalnego albo zwiększać liczbę genów odpowiedzialnych za determinację płci, przez co Wolbachia mają problem ze stwierdzeniem, czy mają do czynienia z samcem, czy z samicą. Wg naukowców z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego, w kategoriach ewolucyjnych zmiana dokonała się właściwie w mgnieniu oka (Science). Zespół Sylvaina Charlata i Gregory'ego Hursta przeprowadzał pierwsze badania w 2001 roku. Anglicy wybrali się ponownie na Samoa w zeszłym roku, kiedy pojawiły się doniesienia o zwiększeniu populacji samców na Upolu. Odkryli wtedy, że liczba samców wyrównała się lub zbliżyła do liczebności samic. Entomolodzy nie wiedzą, czy gen odporności na działanie pasożytniczych bakterii pojawił się w wyniku mutacji, czy w wyniku krzyżowania się z motylami z Azji Południowowschodniej, które już wcześniej wykształciły taką cechę. Tak czy inaczej: to przykład błyskawicznego doboru naturalnego lepiej przystosowanych osobników.