Genetyczne sekrety krępaka nabrzozaka

źródło: flickr; alain01789 (CC By-NC-ND)

Historia znana nam z lekcji biologii, ilustrująca w jaki sposób dobór naturalny może oddziaływać na populację organizmów: krępak nabrzozak, Biston betularia, to gatunek ćmy występującej powszechnie w Azji, Europie i Ameryce Północnej. Gatunek ten obserwowany był uważnie przez brytyjskich naturalistów już dwa wieku temu. Badacze obserwujący populacje krępaka w okolicach Manchesteru zauważyli bowiem, że ćma, która typowo miała białawą barwę, zaczęła coraz częściej pojawiać się w formie niemal całkowicie czarnej. Zjawisko to tłumaczono tym, że na skutek rewolucji przemysłowej i rosnącego zanieczyszczenia powietrza jasne porosty na drzewach obumarły, czyniąc ich korę ciemniejszą. Ćmy z mutacją powodującą czarny kolor ciała zdobyły więc nagle selekcyjną przewagę, gdyż lepiej kamuflowały się na tle ciemnej kory. Ten fenomen nazwano przemysłowym melanizmem.

Kazus krępaka nabrzozaka jest pierwszym opisanym przykładem doboru naturalnego, skądinąd bardzo eleganckim. Co ciekawe – aczkolwiek może nie niespodziewane – po poprawie jakości powietrza w połowie XX wieku zaczeto obserwować powrót białej formy krępaka. Ten efekt ponownie ilustruje siłę doboru naturalnego.

Chociaż jednak krępak pozostawał klasycznym przykładem ewolucji w działaniu, genetyczne podstawy tego zjawiska były do niedawna nieznane. W zeszłym tygodniu jednak w piśmie Nature ukazała się praca badaczy z Liverpoolu (naukowcy z Manchesteru zapewne drapią się teraz po głowie nie rozumiejąc, jakim cudem dali się ubiec), opisująca identyfikację mutacji odpowiedzialnej za przemysłowy melanizm krępaka.

Naukowcy przeprowadzili bardzo wyczerpującą analizę genomu krępaka, badając próbki z kilkuset osobników, zarówno formy czarnej (odmiana carbonaria) jak i białej (odmiana typica). Po wykluczeniu kilkudziesięciu rzadkich wariantów, pojedycznych polimorfizmów i innych mutacji, okazało się, że jedynym kandydatem mogącym odpowiadać za zmianę koloru jest duży fragment DNA obecny u odmiany carbonaria, ale nie typica (tzw. insercja).

Krępak nabrzozak, odmiana typica

Co ciekawe, insercja ta należy do klasy elementów DNA nazywanych transpozonami. Transpozony, zwane też skaczącymi genami, to fragmenty DNA, które mogą przemieszczać się w obrębie genomu, namnażać się, i ogólnie siać sporo spustoszenia. Uważa się, że transpozony były oryginalnie wirusami, które jednak utracily zjadliwość (w tym sensie, że nie powodują już infekcji, co nie znaczy, że szkodliwe nie są). Warto też dodać, że blisko połowę naszego własnego DNA stanowią właśnie transpozony (u niektórych organizmów ta proporcja jest jeszcze większa).

W jaki jednak sposób transpozon ten odpowiada za zmianę barwy krępaka? Tego autorom nie udało się tutaj niestety jeszcze wyjaśnić – pokazali co prawda, że transpozon znajduje się w obrębie genu cortex, ale o funkcji tego genu wiemy niewiele. Wiadomo na przykład, że reguluje on mitotyczny podział komórkowy w jajnikach muszki owocówki, ale stąd daleka jeszcze droga do zmiany koloru!

Z odsieczą jednak (poniekąd) przybyła druga praca opublikowana w tym samym numerze Nature. W tej publikacji międzynarodowa grupa badaczy poruszyła temat tego, w jaki sposób niektóre insekty – ćmy i motyle – potrafią wyprodukować niewyobrażalną niemal gamę wzorów na skrzydłach, zarówno jeśli chodzi o kształt, jak i kolor.

Autorzy skupili się na motylach z rodzaju Heliconius. Badając rejon genomu tych motyli, o którym wiadomo, że ma wpływ na kolor wzorów na skrzydłach, udało im się zawęzić go do jednego genu odpowiedzialnego za wariację barw. Genem tym był – fanfara – cortex.

Niestety jeśli oczekiwaliście, że praca ta powie nam, w jaki dokładnie sposób cortex robi to, co robi, będziecie rozczarowani. Na to pytanie badacze nie mają jeszcze odpowiedzi – a warto też dodać, że tego typu badania u niemodelowych gatunków nie są łatwe. Samo jednak odkrycie, że to właśnie cortex jest odpowiedzialny za przemysłowy melanizm, jest imponujące, zwłaszcza biorąc pod uwagę właśnie to, że nie było wcześniej żadnych przesłanek, które mogłyby to sugerować.

1 Comment

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s