Znajdź zawartość

Choć muszki owocowe (Drosophila melanogaster) są jednym z najlepiej zbadanych organizmów, dotąd nikt nie odkrył ich na wolności ani nie ustalił, skąd pochodzą. Po kilku latach dochodzenia udało się to dopiero szwedzko-amerykańskiemu zespołowi. Przodkowie muszek zasiedlających nasze misy z owocami żyli w południowej Afryce [w lasach obecnej Zambii i Zimbabwe]. Około 10 tys. lat temu owady wprowadziły się do swoich sąsiadów - ludzi. Później ich potomstwo skolonizowało cały świat. To niezłe dokonanie - podkreśla Marcus Stensmyr z Uniwersytetu w Lund. Za pomocą pułapek zespół Stensmyra schwytał muszki z afrykańskich lasów. Okazało się, że w pułapki zlokalizowane w pobliżu owoców maruli (Sclerocarya birrea) łapało się najwięcej D. melanogaster, podczas gdy pułapki z innych miejsc pozostawały puste albo przyciągały zaledwie garstkę osobników. Naukowcy wiedzieli, że przejrzałe, gnijące owoce cytrusowe są ulubionymi owocami udomowionych muszek. Postanowili więc sprawdzić, co preferują dzikie owady: owoce maruli czy cytrusy. Ponownie uzyskano tę samą odpowiedź: owoce maruli. Tak samo było także w innych częściach świata, gdzie muszki nie miały szans znaleźć się w pobliżu maruli. Choć cytrusy najbardziej im odpowiadają, w kuchni muszki żerują [właściwie] na wszystkim, co zaczęło gnić. Dzikie osobniki są o wiele bardziej wybredne - wolą marulę. Przyciąga je aromatyczna substancja z tego owocu, która aktywuje receptory na czułkach. To sygnał, że wykryto dobre miejsce do złożenia jaj. Autorzy publikacji z pisma Current Biology podkreślają, że na przestrzeni dziejów nie tylko muszki lubiły marulę. Badania archeologiczne stanowisk buszmeńskich wykazały, że lud ten także upodobał sobie owce S. birrea. W jednej z jaskiń natrafiono na ponad 24 mln pestek maruli. Szwedzko-amerykańska ekipa doszła więc do wniosku, że miłość Buszmenów do maruli sprawiła, że muszki wprowadziły się do ludzi. Z biegiem czasu przystosowały się do życia w naszych domach. Stopniowo rosła też ich tolerancja etanolu z gnijących owoców. Muszki stały się generalistami - dzięki temu jedzą i rozmnażają się w całej gamie owoców. Pierwotnie były jednak specjalistami, żyjącymi wyłącznie w pobliżu maruli. « powrót do artykułu

Pozbawione seksu samce muszek owocowych (Drosophila melanogaster) szukają ukojenia w alkoholu. Prof. Troy Zars, neurobiolog z University of Missouri, uważa, że zidentyfikowanie molekularnych i genetycznych mechanizmów kontrolowania zapotrzebowania na nagrodę może potencjalnie wpłynąć na rozumienie uzależnień od narkotyków i alkoholu u ludzi. Ostatnio akademicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco zademonstrowali, że samce D. melanogaster, które wielokrotnie spółkowały w ciągu kilku dni, nie wykazywały preferencji w kierunku pożywienia zawierającego alkohol. Jeśli jednak samiec został odrzucony przez wybrankę lub nie miał dostępu do samic, pociąg do pokarmu zmieszanego z 15% alkoholem był u niego bardzo silny. Biolodzy uważają, że etanol zaspokajał zapotrzebowanie na fizyczną nagrodę. Podczas eksperymentów na UCSF samce D. melanogaster umieszczano albo w pojemnikach z dziewicami, albo z samicami, które już spółkowały. Podczas gdy te pierwsze szybko kopulują, te drugie tracą zainteresowanie amorami na czas oddziaływania substancji zwanej peptydem seksu. Samce wstrzykują ją w czasie spółkowania razem ze spermą. Odrzucone samce przestawały podejmować próby zdobycia samicy. Nie odzyskiwały wigoru i chęci nawet po umieszczeniu w pojemniku z dziewicami. Gdy zawiedzeni w miłości trafiali do pojemnika, gdzie mieli do dyspozycji 2 słomki: jedną zapewniającą czyste pożywienie, drugą z dostępem do jedzenia z domieszką alkoholu, można było zauważyć, że niezaspokojenie seksualne zwiększało chęć korzystania z procentów. Amerykanie tłumaczą, że kopulacja podwyższa, a deprywacja zmniejsza poziom neuropeptydu F (NPF). Z kolei aktywacja lub inhibicja układu NPF ogranicza albo wzmacnia preferencje alkoholowe. Uzyskane wyniki łączą zatem doświadczenia seksualne (społeczne), aktywność układu NPF i spożycie etanolu. Sztuczna aktywacja neuronów NPF jest nagradzająca sama w sobie i eliminuje zdolność nagradzającą alkoholu. Wg naukowców, aktywność osi NPF-receptor NPF oddaje stan układu nagrody muszki i odpowiednio modyfikuje zachowanie. Podczas doświadczeń Heberlein, Shohat-Ophir i inni zauważyli, że analogiczne zachowania da się wywołać za pomocą manipulacji genetycznych. Aktywując produkcję neuropeptydu F w mózgach samców, które nigdy nie spółkowały, można sprawić, że zachowują się one jak osobniki zaspokojone seksualnie, co przejawia się m.in. ukróceniem spożycia alkoholu. Z drugiej strony, obniżenie liczby receptorów NPF u samców po kopulacji sprawia, że zachowują się, jakby doznały odrzucenia (objawia się to wzmożonym piciem). Jako komentator ustaleń ekipy doktora Galita Shohata-Ophira Zars podkreśla, że pokusa przełożenia wyników badań na muszkach na człowieka jest ogromna, zwłaszcza że u ssaków występuje homolog neuropeptydu F - neuropeptyd Y (NYP). Na razie jednak trudno ferować ostateczne wyroki w tej sprawie. Jeśli okaże się, że neuropeptyd Y jest przetwornikiem między stanem psychicznym a tendencją do nadużywania alkoholu i narkotyków, będzie można opracować metody terapii bazujące na hamowaniu receptorów NYP - wyjaśnia dr Ulrike Heberlein z UCSF. Trwają właśnie testy kliniczne, w ramach których sprawdza się, czy podanie neuropeptydu Y usuwa niepokój i inne zaburzenia nastoju. Skądinąd wiadomo bowiem, że w depresji i zespole stresu pourazowego, jednostkach chorobowych, które dość często wiążą się z nadużywaniem alkoholu i narkotyków, poziom neuropeptydu Y w mózgu spada. Manipulowanie poziomem NYP nie wydaje się jednak takie proste, ponieważ występuje on w całym mózgu i jak zademonstrowały badania na gryzoniach, wpływa na wiele funkcji, w tym odżywianie i sen.

Stres oksydacyjny obwinia się za wiele rzeczy, w tym za choroby neurodegeneracyjne, a nawet starzenie. Dotąd jednak nikt nie obserwował bezpośrednio zmian oksydacyjnych w żywym organizmie. Udało się to dopiero dzięki badaniom na muszkach owocowych, które ku zaskoczeniu autorów z Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) wykazały, że długość życia nie spada wskutek produkcji oksydantów. Zespół doktorów Tobiasa Dicka i Aurelia Telemana wprowadził do genomu owocówek geny bioczujników. Sensory były przystosowane do wykrywania specyficznych oksydantów i za pomocą sygnału świetlnego wskazywały w czasie rzeczywistym status oksydacyjny każdej komórki. Co więcej, dawały pojęcie o tym, co dzieje się w całym organizmie na przestrzeni całego życia. W przypadku larw Niemcy zauważyli, że poszczególne tkanki wytwarzają bardzo różne stężenia utleniaczy. Okazało się, że mitochondria komórek krwi produkują ich o wiele więcej niż centra energetyczne komórek jelit czy mięśni. Poza tym poziom oksydantów w tkankach odzwierciedla, co w danym momencie robią larwy. Naukowcy byli w stanie stwierdzić, czy ruszają się, czy jedzą, przyglądając się statusowi oksydacyjnemu tkanki tłuszczowej. Dotąd wielu naukowców zakładało, że proces starzenia się jest związany z ogólnym wzrostem stężenia oksydantów w organizmie. Obserwacje muszek owocowych jednak tego nie potwierdziły. Jedyny właściwie wzrost, jaki stwierdzono, dotyczył przewodu pokarmowego. Co ciekawe, akumulacja utleniaczy w tkance jelit była przyspieszona w przypadku dłużej żyjących osobników. Oznacza to, że długość życia nie spada w wyniku produkcji oksydantów. Zespół z DKFZ postanowił przetestować na owocówkach wpływ często polecanego przez naukowców i nie tylko przez nich przeciwutleniacza - acetylocysteiny (NAC). Nie znaleziono dowodów na spadek stężenia oksydantów u owadów karmionych NAC. Zamiast tego acetylocysteina wydawała się nakłaniać mitochondria różnych tkanek do wytwarzania większych ilości utleniaczy. Zaskoczyło nas sporo rzeczy zaobserwowanych u owocówek za pomocą bioczujników. Wydaje się, że wielu odkryć dotyczących izolowanych komórek nie można zwyczajnie przetransferować na sytuację żywego organizmu - podkreśla Dick. W kolejnym etapie badań biolodzy zamierzają wprowadzić czujniki do organizmów ssaków i śledzić dzięki nim np. reakcje zapalne i rozwój guzów.

Pieśń zalotna samca muszki owocowej nie tylko wprawia samicę w nastrój godowy, ale i przygotowuje ją na ewentualną chorobę. Entomolodzy z University of St Andrews zauważyli, że dźwięki wydawane przez samca zwiększają aktywność różnych genów, które w większości przypadków są związane z działaniem układu odpornościowego. Pieśń godowa samca Drosophila melanogaster powstaje w wyniku drgania skrzydeł. Na samicę działa wyłącznie pieśń partnera z jej gatunku. Na czym jednak polega pobudzenie, a konkretnie jak się przejawia na poziomie genów? Takie właśnie pytanie zadali sobie prof. Michael Ritchie i Elina Immonen z uniwersyteckiego Centrum Biologicznej Różnorodności. Stwierdzili, że na zaloty samca reagują geny zaangażowane w sygnalizację i powonienie, ale najsilniej odpowiadają geny odpowiadające za odporność. Wydaje się, że przygotowanie przez samicę do spółkowania obejmuje niezbyt romantyczne przewidywanie potencjalnego zakażenia – tłumaczy Ritchie. Uzyskane wyniki sugerują, zmiany, o których sądzono, że zachodzą w odpowiedzi na kopulację, mogą de facto stanowić adaptacyjne przygotowanie do aktu płciowego, włączając w to przewidywanie szkodliwych kontaktów [np. prowadzących do urazu] oraz podwyższonego ryzyka zakażenia patogenami.

Cechą wyróżniającą nowotwory jest nieśmiertelność ich komórek - komórki rakowe mogą namnażać się bez żadnych ograniczeń, ponadto nie reagują na żadne hamujące sygnały. Hiszpańscy naukowcy z IRB (Institute for Research in Biomedicine) w Barcelonie poczynili ważny krok do zrozumienia tego fenomenu: czym komórki nowotworowe odróżniają się od zdrowych? Żadna komórka nie wykorzystuje całości materiału genetycznego, a jedynie jego część - w tym tkwi istota różnicowania się i specjalizacji komórek organizmu. Cayetano Gonzalez wykorzystał technikę monitorowania aktywności genów do porównania komórek zdrowych z nowotworowymi. Pod lupę trafiły larwy muszek owocowych, u których wywołano raka mózgu przez modyfikację genu l(3)mbt. Jak się okazało, komórki nowotworu aktywowały 102 geny, które u zdrowych komórek są wyłączone. Nie jest znana funkcja większości z tych genów, ale 25% z nich to geny używane przez komórki rozrodcze. Zidentyfikowano cztery geny, których wyciszenie eliminowało nowotwór całkowicie. Świadczy to o ich kluczowej roli dla powstawania guza. Pokrywa się to z danymi gromadzonymi przez ostatnie lata, które świadczą, że wiele postaci raka u ludzi, w tym na przykład czerniak, posiada aktywne geny właściwe dla komórek rozrodczych. Znajomość tego faktu pozwoli być może na wykorzystanie białek właściwych dla ekspresji tych genów w roli „znaczników celu" i stworzenie skutecznych, celowanych szczepionek. Badania nad dokładną rolą aktywnych genów w nowotworzeniu będą kontynuowane. Studium Cayetano Gonzaleza opublikowano w Science.

Dlaczego sen jest nam niezbędny i jaki jest mechanizm zmuszający nas do spania - na to pytanie nie ma wciąż zadowalającej odpowiedzi. Do wyjaśnienia zagadki snu zbliżają nas jednak kolejne badania, w tym eksperymenty na zwierzętach. Uczeni najczęściej porównują funkcjonowanie organizmów żyjących normalnie osobników z osobnikami pozbawianych snu. Ostatnie eksperymenty na muszkach owocówkach, głodzonych i pozbawianych snu, dają ciekawe wyniki, sugerując związek lipidów (rodzaju tłuszczy) a zwłaszcza trójglicerydów z potrzebą snu. Uczeni wykorzystali muszki owocowe zmodyfikowane genetycznie, które pozbawiano snu przez potrząsanie, kiedy tylko próbowały spać; część z nich była najedzona, część w czasie eksperymentu głodowała. Muszki z mutacją w genie cycle odpowiedzialnym za ich zegar biologiczny mają podniesiony poziom trójglicerydów. Okazały się one bardzo wrażliwe na deprywację senną - potrzebują odsypiać okres bezsenności, a już po dziesięciu godzinach bez snu zaczynają zdychać. Przynajmniej te najedzone, bo muszki głodne potrafiły obyć się bez snu do 28 godzin bez potrzeby odsypiania. Kiedy jednak sztucznie hamowano rozkład trójglicerydów w organizmach głodzonych owadów, powracała potrzeba snu. Podobnie ma się sprawa z muszkami posiadającymi zmienioną wersję genu brummer, mają one również wysoki poziom lipidów i potrzebują intensywnego „odsypiania" po przedłużonej aktywności, konieczność tę redukuje głodówka. Z kolei muszki z mutacją w genie Lsd2 są chudsze od zwykłych osobników i mają niski poziom lipidów. One nie potrzebują w ogóle odsypiania okresu bezsenności. We wszystkich doświadczeniach głodujące osobniki były bardziej aktywne i potrzebowały mniej snu. Wyniki eksperymentów sugerują dość wyraźnie, że senność powiązana jest z rosnącym poziomem lipidów w organizmie, w szczególności trójglicerydów. W miarę tego wzrostu zwierzęta stają się bardziej senne i ospałe. Oznaczałoby to, że zjawisko snu ma podłoże metaboliczne: głodówka spowalnia tworzenie się substancji indukujących senność. Mechanizm likwidowania senności przez uczucie głodu, zdaniem uczonych, ma podłoże ewolucyjne. W naturze osobnik głodny powinien raczej szukać pożywienia, a nie miejsca do snu, jeśli chce przeżyć. Znalezienie mechanizmu, w jaki poziom lipidów wpływa na potrzebę snu daje szansę na opracowanie skutecznych i bezpiecznych leków likwidujących bezsenność i inne dolegliwości związane ze snem. Autorzy badania to Paul Shaw neurolog na Washington University School of Medicine, St. Louis oraz Robert Greene z University of Texas: Southwestern Medical Center, Dallas i Jerome Siegel neurolog na University of California, Los Angeles.

Dzięki zamrażaniu muszek owocowych (Drosophila melanogaster) naukowcy z Rutgers University zamierzają wydłużyć okres przydatności narządów przeznaczonych do transplantacji. Amerykanie testują na owadach, których pełno w sadach i naszych kuchniach w okresie letnim, działanie enzymu regulującego poziom energetyczny organizmu. Wyłączenie molekularnego termostatu może skutkować zwiększoną tolerancją zimna. Jak łatwo się domyślić, zjawisko to powinno znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach życia, w tym w transplantologii. W tym miejscu warto przypomnieć, że obecnie okres optymalnego wykorzystania narządów wynosi zaledwie 24 godziny. Biolodzy z Rutgers otrzymali dofinansowanie od Narodowych Instytutów Zdrowia. Teraz chcą uzyskać odporne na zimno muszki, a w ciągu następnych 3 lat ludzkie komórki o tych samych właściwościach. Wszystko zaczęło się od prof. Daniela Shaina, który zastanawiał się, jak wazonkowce z rodzaju Mesenchytraeus nie tyle przeżywają, co rozkwitają w tak niskich temperaturach; warto wspomnieć, że zwierzęta te odkryto w 1887 r. na Alasce, a konkretnie na lodowcu Muir. Okazało się, że ich tajemnicą jest enzym fosfataza kwasu adenozynomonofosforowego (AMP). Wiedząc to, Shain poprosił kolegę z uczelni prof. Nira Yakoby'ego, specjalistę od muszek owocowych, o stworzenie owadów wykazujących identyczną tolerancję na zimno. Celem jest sprawienie, by ludzkie komórki przeżywały na lodzie. Mamy szczęście, że w kadrze akademickiej znajduje się ekspert ds. Drosophila, który testuje genetyczny wyłącznik. W przyszłym roku Shain wybiera się do Tybetu, by tam przyglądać się jego działaniu w naturze. Ponieważ nie tylko Mesenchytraeus żyją na lodzie, zespół sprawdza, jak bakterie, grzyby i glony przełamują barierę wewnętrznych termostatów. Shain uzyskał ten wyłącznik w organizmach jednokomórkowych i teraz próbujemy posunąć się w górę drzewa filogenetycznego do bardziej złożonych form życia. Jeśli sprawimy, że ludzkie komórki przeżyją na lodzie, możemy oczekiwać, iż narządy zachowają się tak samo. Organy to przecież zbiory komórek – podsumowuje Yakoby.

Stosunek płciowy to dla organizmu nie lada wysiłek, zaś jego wpływ na fizjologię wykracza daleko poza funkcjonowanie układu rozrodczego. Jak pokazują badania przeprowadzone przez szwedzkich naukowców, muszki owocowe reagują na kontakt seksualny jak na... zatrucie. Odkrycia dokonano dzięki zastosowaniu mikromacierzy - skomplikowanego narzędzia pozwalającego na jednoczesną ocenę aktywności tysięcy genów funkcjonujących w określonej grupie komórek. Na podstawie ich analizy stwierdzono, że układ odpornościowy pospolitych owadów reaguje na seks intensywną odpowiedzią immunologiczną. Sprawdzaliśmy, w jaki sposób aktywność genów zmienia się pod wpływem kopulacji i wykazaliśmy w ten sposób, że procesem znajdującym się pod najsilniejszym wpływem [aktu seksualnego] jest obrona immunologiczna - opisuje Ted Morrow, pracownik Wydziału Ekologii i Ewolucji na Uniwersytecie w Uppsali. Reakcja organizmu powoduje ograniczenie płodności zwierząt aż o około 20%. Jest to pozornie sprzeczne z ewolucyjnym dążeniem do rozrodu, lecz dokładniejsza analiza sposobu rozmnażania muszek wyjaśnia przyczyny tego nietypowego zjawiska. Okazuje się bowiem, że podczas kontaktu seksualnego samce są wyjątkowo agresywne - krzywdzą swoje partnerki nie tylko swoją gwałtownością, lecz także wytwarzaniem szkodliwych białek zawartych w nasieniu. Wiele wskazuje na to, że odpowiedź immunologiczna jest próbą neutralizacji przyjętych w czasie stosunku toksyn. Energia zużyta na uruchomienie reakcji odpornościowej jest z kolei przyczyną, dla której płodność samic spada znacznie poniżej teoretycznego maksimum. A samiec? Dla niego korzyść jest oczywista: ogranicza w ten sposób prawdopodobieństwo, że jakikolwiek inny osobnik doczeka się potomstwa, którego matką będzie ta sama samica. To okrutna, lecz bez wątpienia bardzo skuteczna metoda.

Ekolog Walter Leal i genetyk Deborah Kimbrell z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis postanowili wspólnie oszukać muszki owocowe, przekonując je zapachowo, że jedwabniki morwowe są ich potencjalnymi partnerami seksualnymi. Zmienione genetycznie muszki reagowały na zapach samic jedwabników. Praktyczne implikacje takiego odkrycia są, wbrew pozorom, bardzo istotne. Metody, które przyciągają lub odstraszają owady, wykorzystuje się przecież w rolnictwie (m.in. przy opryskach pestycydami) czy entomologii medycznej. Wyniki omawianego studium mogą pomóc w zaprojektowaniu związków chemicznych skuteczniej przyciągających owady, a jednocześnie lepiej blokujących ich system komunikowania się. Jest to możliwe, ponieważ owady porozumiewają się i odbierają zapachy za pomocą czułków. Wiele owadów, w tym jedwabniki morwowe, wydziela feromony, stanowiące ważną informację dla partnera seksualnego. Jedwabniki polegają na powonieniu jak na żadnym innym zmyśle — twierdzi Leal, profesor i dyrektor Wydziału Entomologii. Podążają za zapachem, zanim nie odnajdą samicy. Uzyskaliśmy bardzo wyraźną reakcję. Zapisy wskaźników elektrofizjologicznych oraz testy polegające na bezpośredniej stymulacji ujawniły, że transgeniczne muszki owocowe bez wątpienia reagowały na feromony jedwabników. Przed przepoczwarzeniem się gąsienice motyla formują kokony. Plotą je z pojedynczej nici, której długość dochodzi niekiedy nawet do 1500 m. W zależności od gatunku jedwabnika, nić ma różne kolory. Może być biała, niebieskawa albo żółta. To dla niej Chińczycy zaczęli hodować te nocne motyle już ok. 2600 roku przed naszą erą. Muszka owocowa (Drosophila melanogaster) jest od dawna modelowym owadem genetyki. Szybko się rozmnaża i ma stosunkowo niewielki genom. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego dostali zmutowane muszki od Johna Carlsona, biologa molekularnego z Yale University. Muszki miały tzw. pusty, czyli pozbawiony receptorów, neuron. Wyposażono go w receptory feromonów samicy jedwabnika morwowego. Następnie testowano, czy i jak odbiera docierające do niego sygnały zapachowe. Wyniki badań opublikowano w najnowszym wydaniu magazynu Proceedings of the National Academy of Sciences. Nowy projekt był pokłosiem wcześniejszych badań Leala na komarach. Opracował on lepkie mikstury, które wabiły samice w pułapkę. Następnie komarzyce testowano pod kątem obecności wirusa zapalenia mózgu zachodniego Nilu. Ponieważ komary nie stosują charakterystycznych dla swojego gatunku feromonów, Leal zdecydował się na badanie pary muszka owocowa-jedwabnik morwowy. Wśród rodzimych ciem feromony są dla samców wyczuwalne nawet z odległości wielu kilometrów. Jednocześnie z odkryciem pierwszego feromonu u jedwabnika morwowego (Bombyx mori) stało się jasne, że owady polegają na niesionych wraz z nimi informacjach nie tylko po to, by rozpoznać potencjalnego partnera seksualnego, ale także zidentyfikować ofiarę czy określone cechy środowiska. Posługując się zlokalizowanymi na czułkach 17 tys. receptorów, jedwabnik morwowy wyczuwa obecność bombykolu, ale także i drugiego związku, zwanego bombykalem (oba są wydzielane przez gruczoły samic). Leal wyjaśnia, że receptory składają się z dwóch neuronów węchowych. Jeden jest wyspecjalizowany w wykrywaniu bombykolu, drugi: bombykalu. Molekularne podstawy wrażliwości i wybiórczości owadziego „nosa” nie są jeszcze znane. W dodatku, w odróżnieniu od muszek owocowych, jedwabniki morwowe nie są podatne na manipulacje genetyczne. Feromony są stosowane nie tylko przez zwierzęta, ale i przez kilkadziesiąt gatunków roślin, a także przez bakterie oraz drożdże.