 Foto Úvěru: Mike Lucibella |
(zleva doprava) Jacob Idec, Scott Hotaling a J. D. Gantz vyhledávání pro midge larvy v mechu na skalnatém kopci na ostrově poblíž Palmer Station. |
Co Geny Antarktidy je Těžké Little Midge Můžete Nám Říct,
Vědci jsou blízký pohled na Antarktidě je největší suchozemské zvíře.
je to malý hmyz zvaný antarktický midge a neroste mnohem větší než nehet. Existuje mnoho přetrvávajících otázek o těchto tvorů, a vědci doufají, že široká studie jejich malého genomu může začít odhalit některé odpovědi.
během února a března se tým vědců plavil na výzkumné lodi Laurence m. Gould po pobřeží Antarktického poloostrova a prováděl dosud nejširší studii antarktického midgea.
„Jsme byli schopni sbírat mušky, které žijí v různých místech a zkušenosti různých prostředích,“ řekl Nicholas Vemena z University of Kentucky a řešitel na projektu. „Podíváme se na jejich základní genetické složení, abychom zjistili, jak se jejich genetické složení liší v těchto různých částech Antarktidy.“
porovnáním jejich genetické mapy, ale doufám, že se dozvědět více o tom, jak tento hmyz už trvala na nejdrsnějším kontinentu miliony let, a co by budoucnost mohla držet pro ně.
„zajímá nás, jak tyto populace musí být tam, kde jsou v celé historii Antarktidy,“ Vemena řekl.
projekt je podporován Národní vědeckou nadací, která spravuje Americký antarktický Program.
žádní mravenci v Antarktidě
přestože je hmyz všudypřítomný po celém světě, je v Antarktidě poněkud aberací.
„hmyz je v Antarktidě neuvěřitelně vzácný. Na planetě Zemi byl nalezen milion druhů hmyzu a v Antarktidě se vyskytují pouze tři druhy hmyzu, takže je to opravdu těžké místo pro život hmyzu, “ řekl Teets. „Zajímá nás, jak to mohou udělat, jaké jsou speciální jedinečné úpravy, které jim umožňují vyrovnat se s těmito extrémními antarktickými prostředími.“
z těchto tří druhů je pouze Belgica Antarktida, běžněji známá jako antarktická midge, skutečně rodákem zmrzlého kontinentu. Jsou to docela otužilí tvorové, a musí být, aby mohli žít a prosperovat na nejtvrdším kontinentu.
„Jsou to, co považujeme za poly-extremofilní, což znamená, že jsou vysoce tolerantní k mnoha různých druhů stresu,“ Vemena řekl.
žijí a prospívají v extrémně chladných a suchých podmínkách, prostředích, které by většina živých věcí považovala za naprosto smrtící.
„antarktická midge je vázána na mnoho z těchto věcí,“ řekl Scott Hotaling, postdoktorandský výzkumník na Washingtonské státní univerzitě. „Je to nejjižnější živý hmyz na světě. Je to jeden z nejvíce tolerantních vůči chladu. Je to jeden z nejvíce odolných vůči vysychání. Má nejmenší genom a je to jediný hmyz, který je endemický pro Antarktidu.“
vědci sami pracují na pochopení hranic toho, jaké extrémní podmínky mohou midges tolerovat a jak to jde.
„Naše práce začala jako základní fyziologické tolerance; jak jsou přežívající tady a co jsou schopni tolerovat,“ řekl J. D. Gantz, fyziolog na Hendrix College. „se vyvinul do klást otázky o tom, jak dobře tento hmyz rozptyluje, jak dobře je schopen se dostat z jednoho místa na druhé a jak to ovlivňuje genový tok mezi populacemi, a také, jak to odpovídá fyziologické tolerance v tomto zvířat od populace k populaci.“
tento hmyz vyvinul způsoby, jak se nějak vyrovnat s teplotami pod nulou Antarktidy. Jednou z nadějí je, že se naučíte, jak tyto mušky mají přizpůsobeny zmrazení pevné za více než půl roku, výzkumníci mohou přenášet některé z těchto technik pro jiné účely.
„Moje laboratoř je také zájem kryokonzervace, nebo schopnost ukládat věci v chladu na dlouhou dobu,“ Vemena řekl. „Součástí našeho cíle pro studium adaptací na druhy, jako Antarktidě midge, které jsou již opravdu dobře v mrazu, je zjistit, zda některé informace by mohly být použity na pomoc zmrazení jiné věci, a možná i dále do budoucnosti, poznatky z druhů jako midge by mohly být použity na zlepšení kryokonzervace lidských tkání a orgánů.“
Fridges of Midge
Chcete-li studovat antarktickou midge, musel tým nejprve jít ven a najít nějaké. Terénní tým se plavil na výzkumné lodi Laurence m. Gould po pobřeží Antarktického poloostrova a zastavil se na více než 20 místech, aby sbíral a ukládal živé vzorky.
„tato sezóna byla primárně zaměřena na získání vzorků pro populační genetiku,“ řekl Teets. „byli na lodi a měli přístup ke všem těmto sbírání různých webů, které jsme nikdy předtím nebyli.“
Na každé pole místo, tým by se malý člun na břeh a ventilátor ven, při pohledu na sdělovače trsy rostlin nebo růst řas, které obvykle znamenalo mušek by se našlo níže. Larvy midge jsou samy o sobě menší než zrno rýže, ale často se shromažďují ve shlucích. Opatrně, pinzetou nebo odsávacím odsávačem, se pustili do sběru několika desítek larev midge z každého místa.
„je obzvláště užitečné získat tolik, protože je v současné době nemůžeme chovat v laboratoři,“ řekl Jacob Idec, postgraduální student na Hendrix College. „Tam, kde je dostaneme, je v podstatě sbírání.“
po shromáždění toho, co potřebovali z jednoho místa, hledali jiné mikroprostředí, obvykle někde výš, dále od pobřeží nebo obecně sušší.
„Máme spoustu míst a spoustu mušek,“ Idec řekl. „Měli jsme hodně dobrých dní a my jsme byli schopni shromáždit spoustu mušek v mnoha různých místech, což bylo vzrušující, a v podstatě by měl genetiky, které přicházejí ze to cennější, že má více stránek a více místech.“
porovnáním pakomárů v celé různých prostředích a na různých místech podél poloostrova, tým doufá, že vidět, jaké genetické rozdíly mezi populacemi a získat některé vhled do toho, jak se přizpůsobit jejich konkrétní výklenek na kontinentu.
„vybíráme opravdu v pořádku měřítku genomických dat od mnoha jedinců z každé populace tak bude mít dobrý pohled na celkové genetické diverzity v populaci a budeme moci vzít tyto informace a porovnat je mezi populací,“ Hotaling řekl. „Existuje vzorec v podstatě čím dál od sebe jste, tím více jste geneticky odlišní?“ Nebo, protože jsme vzorků věci, jako je vyšší nadmořská výška kopce versus malé údolí, nebo místo, kde je hodně tučňák guano versus ne, dělá genetické diferenciace struktura podle typu stanoviště? Takže tyto dvě tradičně v genetické literatuře se nazývají izolace podle vzdálenosti, jste dále od sebe, takže jste více různých, proti izolaci od prostředí, kde to není vzdálenost, to je to, jak podobné prostředí.“
Tato otázka, které populace jsou nejvíce podobné navzájem je zvláštní zájem, protože i když mušky jsou zběhlí na to, prosperující v Antarktidě není nijak zvlášť okouzlující životní styl. Drtivou většinu svého dvouletého života tráví jako sotva pohyblivé larvy. Připomínající drobné tmavé červy, oni lézt kolem těsně pod povrchem, obvykle v místech, mechu nebo suchozemské řasy, nebo dokonce tučňáka guano. Pro asi osm měsíců v roce, larvy jsou vlastně zmrazeny, jen rozmrazování se krmit během nejteplejších letních měsíců.
„v dospělosti stráví jen asi deset až 14 dní,“ řekl Teets. „Když jsou dospělí, jsou bezkřídlí. Také nemají žádné funkční části úst jako dospělý, nemají jíst ani pít nic, jen plazit se kolem, podívejte se na páří, samice kladou vajíčka a pak zemřou.“
To do značné míry půdní životního cyklu, v kombinaci s jejich winglessness, dárky, puzzle, aby se vědci snaží přijít na to, jak jsem byl schopen se šířit tak široce po celé délce Antarktického Poloostrova.
„neexistuje žádný jasný mechanismus, aby se tento hmyz pohyboval, rozptýlil se z místa na místo,“ řekl Gantz. „Dospělí jsou fáze rozptýlení žijí jen pár dní. Jsou bezkřídlí, nejezdí na vzdušných proudech, alespoň bych měl říci, že jsme je nikdy neviděli jezdit na vzdušných proudech a hledali jsme to. Neplavou zvlášť dobře. Jen si nejsme úplně jisti, jak by se tento hmyz dostal z ostrova na ostrov.“
i Když tým nemá očekávat, že vyřešit všechny tyto záhady s jejich genetické údaje sám, tím, že zná, které populace jsou nejvíce podobné mohou začít získat představu o tom, jak mobilní mušek, jako druh, jsou. Existují další přetrvávající otázky o nich, že tým doufá, že získat nějaký vhled do.
Těžké Chyby
midge je nejbližší příbuzný pochází z regionu Patagonie v Jižní Americe, které Antarktidy odtrhl od nějakých 30 až 40 miliony lety s otevřením Drakeova průlivu. Za tu dobu, zeměkoule prošla řadou ledových dob; éry, kde se antarktické ledové čepice ještě zvětšily,pohltí několik útočišť bez ledu. Další záhadou je, jak tento druh dokázal přežít dlouhé hluboké mrazy po stovky tisíc let.
„nějak dokázali přetrvávat v Antarktidě během těchto opakovaných cyklů zalednění,“ řekl Teets. „Některé z těchto genetických dat nám pomohou odpovědět na některé z těchto otázek o tom, jak se dostali tam, kde jsou.“
i Když mušky podařilo přežít některé intenzivně frigidní krát na kontinentu, budoucnost vypadá teplejší, a to by mohlo znamenat potíže pro hmyz.
„jedním z mála stresů, které nezvládají dobře, je vysoká teplota,“ řekl Gantz. „Alespoň z teoretického hlediska, je změna klimatu nebude dobrá věc, zvláště pokud, jak máme podezření, že nejsou moc dobré na rozptýlení, takže nemají jasný mechanismus, aby se přesunout na jih, jak se věci zahřát dále na sever.“
navíc, jak se poloostrov zahřívá, hmyz z teplejšího severu by se mohl začít dostávat na území Antarktidy a začít je vytlačovat.
„naším prvním místem této cesty byl poloostrov Byers na ostrově Livingston. Našli jsme tam jiného midge, který vypadá hodně jako Belgica, ale má křídla na dospělé, “ řekl Hotaling. „Je to docela snadné si představit, že pokud ten druhy‘ nižší šířkové omezení je nastavena nízkých teplotách, které jsou rostoucí, to může aktivně rozptýlit jižní a potenciálně přemístit Belgica.“
Některé z fyziologických studií, tým má v plánu pro mušky jsou shromažďovány by mohlo nabídnout vhled do toho, jak dobře Antarktidě midge bude reagovat na měnící se klimatické podmínky. Je však obzvláště těžké s jistotou vědět, co se pravděpodobně stane, když stále existuje mnoho základních nezodpovězených otázek o antarktických midges.
„sotva víme, kde jsou hranice jejich populace, nemáme ani nic Blízkého odhadu velikosti populace, nevíme, zda rostou nebo klesají,“ řekl Gantz.
Vzhledem k odlehlosti, kde se tyto mušky volat domů, to může trvat roky, nebo dokonce desetiletí, než vědci mohou začít získat skutečný rukojeť na některé z těchto otázek. Debbie Harner, pedagog na Živé Umění a Science Center v Lexingtonu, Kentucky, se připojil k týmu v terénu, pomoci podělit se o své práce s veřejností a inspirovat novou generaci vědců, kteří by mohli přijmout, že náboj.
„mám možnost se s malými dětmi podělit o to, co dělají,“ řekl Harner. „Beru Antarktické program společenství, sdílení, co jsme udělali na této cestě a učí děti o Antarktidě zvířata, jako midge a některé úpravy, které mají.“
teď, stovky larev tým shromážděny jsou rozděleny mezi Vemena laboratoři v Kentucky a Gantz je laboratoř, v Arkansasu, jako tým se připravuje na start své genetické a fyziologické práce. Tým má naplánované další dvě sezóny terénní práce a hodlá se vrátit na několik svých nejlepších webů, aby shromáždil více vzorků.
výzkum financovaný NSF v tomto příběhu: Nicholas Teets, University of Kentucky, Cena č. 1850988.