 写真提供：Mike Lucibella |
（左から右）Jacob Idec、Scott Hotaling、J.D.Gantzは、パーマー駅近くの島の岩の丘の上にある苔の中のミッジの幼虫を検索します。 |
南極のタフな小さなミッジの遺伝子が私たちに伝えることができること
科学者たちは、南極大陸最大の陸上動物を詳しく見ています。
それは南極のミッジと呼ばれる小さな昆虫であり、彼らは爪よりもはるかに大きく成長しません。 そこにこれらの生き物についての永続的な質問がたくさんあり、研究者は彼らの小さなゲノムの広範な研究は、いくつかの答えを明らかにするた
2月と3月に、科学者チームが調査船Laurence M.Gouldに乗って南極半島の海岸を航海し、南極のミッジの幅広い研究を行った。
“私たちはさまざまな場所に住んでいて、さまざまな環境を経験するユスリカを収集することができました”と、ケンタッキー大学のNicholas Teetsとプロジェクトの主任研究者は述べています。 「私たちは、彼らの遺伝的構成が南極のこれらの異なる部分でどのように異なるかを見るために、彼らの根底にある遺伝的構成を見るつもりです。”
彼らの遺伝的地図を比較することによって、彼らはこれらの昆虫が何百万年もの間最も過酷な大陸でどのように持続してきたか、そして未来が彼らのために保持するかもしれないかについてもっと学ぶことを望んでいます。
「我々は、これらの個体群が南極の歴史の中でどのようにして彼らがどこにいるのかに興味を持っている」とTeets氏は述べた。
このプロジェクトは、米国南極プログラムを運営する国立科学財団の支援を受けている。
南極大陸にアリはいない
昆虫は世界中に遍在しているが、南極大陸では多少異常である。
“南極大陸では昆虫は非常にまれです。 地球上で発見された100万種の昆虫種があり、南極では3つの昆虫しか見つからないので、昆虫が住むのは本当に難しい場所です」とTeets氏は言います。 「私たちは、彼らがそれをどのように行うことができるか、彼らがこれらの極端な南極環境に対処することを可能にする特別なユニークな適応は何かに興味を持っています。”
これらの三つの種のうち、より一般的に南極ミッジとして知られているBelgica antarcticaだけが、本当に凍った大陸の原産です。 彼らはかなり丈夫な生き物だし、最も厳しい大陸に住んで繁栄するためにでなければなりません。
「彼らは我々が多極性と考えるものであり、彼らは多くの異なる種類のストレスに対して非常に寛容であることを意味します」とTeetsは言いました。
彼らは非常に寒く乾燥した環境で生活し、繁栄しています。
「南極のミッジは、それらの多くのものに縛られています」と、ワシントン州立大学のポスドク研究者であるScott Hotaling氏は述べています。 “それは世界で最も南の生きている昆虫です。 それは最も耐寒性の一つです。 それは最も乾燥耐性のあるものの1つです。 それは最小のゲノムを持っており、それは南極に固有の唯一の昆虫です。「
研究者たちは、ユスリカがどのような極限状態に耐えることができるのか、そしてそれがどのようにそれを行うのかを理解するために働いています。Hendrix Collegeの生理学者J.D.Gantzは次のように述べています。
「私たちの仕事は基本的な生理学的許容範囲として始まっています。 “この昆虫がどれだけうまく分散するか、ある場所から別の場所にどれだけうまく行くことができるか、それが集団間の遺伝子の流れにどのように影”
これらの昆虫は、南極の氷点下の温度に何らかの形で対処する方法を進化させました。 期待の一つは、これらのユスリカが今年の半分以上のために固体を凍結するためにどのように適応しているかを学ぶことによって、研究者は他の目的
「私の研究室は、凍結保存、または寒さの中で長い間物を保管する能力にも興味があります」とTeets氏は言いました。 “南極のミッジのような種の適応を研究するための私たちの目標の一部は、すでに凍結に本当に優れていますが、その情報のいくつかが他のものを凍らせるのを助けるために適用できるかどうかを確認することです。そして多分さらに将来的には、ミッジのような種からの洞察は、人間の組織や器官の凍結保存を改善するために使用することができます。”
ユスリカの冷蔵庫
南極のユスリカを研究するために、チームはまず外に出ていくつかを見つけなければならなかった。 フィールドチームは調査船Laurence M.Gouldに乗って南極半島沿岸を航海し、生きているサンプルを収集して保管するために途中で20以上のサイトに立ち寄りました。
「今シーズンは主に集団遺伝学のサンプルを入手することに焦点を当てていた」とTeets氏は述べた。 “船に乗っていたし、彼らは私たちが前に行ったことがないすべてのこれらの異なる収集サイトへのアクセス権を持っていた。「
各現場では、チームは小さなボートに乗って岸に向かって扇動し、通常はユスリカが下に見つかることを意味する植物や藻類の成長の物語の房を探し ミッジの幼虫は、それ自体が米の穀物よりも小さいですが、しばしば塊で一緒に集まります。 恐る恐る、ピンセットや吸引吸引器で、彼らは各サイトから数十のユスリカの幼虫を収集することについて設定しました。
「現在研究室で繁殖させることができないので、非常に多くを得ることは特に有用です」とHendrix Collegeの学部後生であるJacob Idec氏は述べています。 “私たちがそれらを得る場所は、本質的に収集しています。”
ある場所から必要なものを収集した後、彼らは別の微小環境、通常は上のどこか、海岸から遠く、または一般的に乾燥している場所を探し回ります。
“私たちは、サイトの全体の多くとユッジの全体の多くを得た、”Idecは言いました。 “私たちは良い日がたくさんあり、多くの異なる場所でたくさんのユスリカを集めることができました。”
半島に沿った様々な環境や異なる場所でユスリカを比較することにより、チームは集団間にどのような遺伝的差異が存在するかを見て、大陸の特定のニッ
「私たちは、各集団の多くの個人から本当に細かいスケールのゲノムデータを収集しているので、集団内の総遺伝的多様性についての良い視点を得て、そ “基本的にあなたが離れているほど、あなたは遺伝的にはっきりしているというパターンはありますか？ あるいは、標高の高い丘の上と小さな谷、またはペンギンのグアノがたくさんある場所とそうでない場所のようなものをサンプリングしているので、遺伝的分化は生息地の種類によって構造をしていますか？ 伝統的に遺伝学の文献ではこれら二つは距離による分離と呼ばれていますあなたはさらに離れているので、あなたはより異なっています環境による分離とは異なります距離ではなく環境がどのように似ているかです。”
どの個体群が互いに最も似ているかという問題は、ユスリカはそれに熟達しているが、南極での繁栄は特に魅力的なライフスタイルではないため、特 彼らはかろうじてモバイル幼虫として彼らの二年間の生活の大半を費やしています。 小さな暗いワームに似て、彼らは通常、苔や陸生藻類、あるいはペンギングアノのパッチで、ちょうど表面の下に周りをクロールします。 一年の約八ヶ月のために、幼虫は実際には唯一の暖かい夏の間に供給するために解凍し、凍結されています。
“彼らは大人として約10〜14日しか過ごすことができません」とTeetsは言いました。 “彼らが大人であるとき、彼らは翼がない。 彼らはまた、大人として機能的な口の部分を持っていない、彼らは何も食べたり飲んだりしない、彼らはちょうど周りを這い回り、仲間を探し、女性は卵を”
この大部分が土壌に生息するライフサイクルは、その翼のない状態と組み合わされて、南極半島の長さにどのように広く広がることができたかを理解しようとしている研究者にパズルを提示します。
「この昆虫が動き回り、場所から場所へ分散するための明確なメカニズムはありません」とガンツは語った。 “大人は、彼らがわずか数日住んで分散相です。 彼らは翼がなく、気流に乗っていない、少なくとも私は彼らが気流に乗っているのを見たことがないと言うべきであり、私たちはそれを探しました。 それらは特によく浮かばない。 私たちは、この昆虫が島から島にどのようになっているのか本当にわかりません。「
チームは遺伝子データだけでこれらの謎のすべてを解決することを期待していませんが、どの集団が最も似ているかを知ることによって、種として チームはいくつかの洞察を収集したいと考えていることをそれらについての他の長引く質問があります。
タフバグ
ミッジの最も近い親戚は、南アメリカのパタゴニア地域から来ており、南極大陸は約30-40万年前にドレイク通路が開通して崩壊した。 南極の氷冠がさらに大きくなり、ミッジのいくつかの氷のない避難所を巻き込んだ時代です。 この種が何十万年もの間、深い凍結によってどのように生き残ることができたかは、別の謎です。
「彼らは、これらの繰り返される氷河のサイクルを通して、何とか南極に留まることができた」とTeets氏は語った。 「この遺伝子データのいくつかは、彼らがどこにいるのかについての質問のいくつかに答えるのに役立ちます。”
ユスリカは大陸で激しく寒い時期に生き残ることができましたが、未来は暖かく見えており、それは昆虫にとってトラブルを綴る可能性があります。
「彼らがうまく処理できない数少ないストレスの1つは高温だ」とGantz氏は語った。 「少なくとも理論的な観点からは、気候変動は良いことではありません、特に私たちが疑うように、彼らが分散するのがあまり得意ではないので、物事が「
さらに、半島が温まるにつれて、より暖かい北部の昆虫は南極のミッジの領土に入り始め、それらを押し出すことができます。
“この旅行の最初のサイトは、リビングストン島のバイヤーズ半島でした。 私たちはそこにベルジカによく似ていますが、大人に翼を持っている別のミッジを見つけました”とHotaling氏は言いました。 “その種の低緯度限界が上昇している低温によって設定されている場合、それは積極的に南に分散し、潜在的にBelgicaを置き換えることができることを想像”
チームが収集したミッジのために計画した生理学的研究のいくつかは、南極のミッジが変化する気候条件にどれだけうまく対応するかについての洞察を提供することができる。 しかし、南極のユスリカについての多くの基本的な未回答の質問がまだあるときに何が起こる可能性が高いかを確実に知ることは特に困難です。
「彼らの人口の限界がどこにあるかはほとんど分かっておらず、人口規模の推定値に近いものさえも持っておらず、彼らが増加しているのか減少しているのか分からない」とGantz氏は語った。
これらのユスリカが家に呼ぶ場所が遠いため、科学者がこれらの質問のいくつかを実際に扱うことができるようになるまでには数年、あるいは数十年 ケンタッキー州レキシントンのLiving Arts and Science Centerの教育者であるDebbie Harnerは、フィールドチームに参加して、自分の仕事を一般の人々と共有し、その責任を負う可能性のある次の世代の科学者を鼓舞するのを助けました。
“私は彼らがやっていることを若い子供たちと共有する機会があります”とHarnerは言いました。 「私は南極のプログラムをコミュニティに持ち出し、この旅で私たちがしたことを共有し、ミッジのような南極の動物や彼らが持っている適応のい”
今、チームが収集した何百もの幼虫は、チームが遺伝的および生理学的作業を開始する準備をしている間、ケンタッキー州のTeetsの研究室とアーカンソー州のGantzの研究室 チームは、フィールドワークの二つのより多くの季節を計画しており、より多くのサンプルを収集するために彼らの最高のサイトのいくつかに戻
NSFが資金提供したこの物語の研究：Nicholas Teets、ケンタッキー大学、賞No.1850988。