 사진 제공:마이크 루시 벨라 |
(왼쪽에서 오른쪽으로)제이콥 아이덱,스콧 호탈링,제이 디 간츠는 파머 역 근처의 섬에 바위 언덕 꼭대기 이끼에 작은 벌레 유충을 검색합니다. |
남극의 거친 작은 미지의 유전자가 우리에게 말할 수있는 것
과학자들은 남극 대륙에서 가장 큰 육지 동물을 면밀히 살펴보고 있습니다.
그것은 남극 미지 라는 작은 곤충,그리고 그들은 손톱 보다 훨씬 더 큰 성장 하지 않습니다. 이 동물에 대한 지속적인 질문이 많이 있으며,연구자들은 자신의 작은 게놈의 폭 넓은 연구가 몇 가지 답변을 공개하기 시작할 수 있기를 바라고있다.
2 월과 3 월에 과학자 팀이 로렌스 엠 굴드 연구선을 타고 남극 반도 해안을 따라 항해하여 남극 미지에 대한 가장 광범위한 연구를 수행했습니다.
“우리는 다른 장소에 살고 다른 환경을 경험하는 작은 벌레를 수집 할 수 있었다,”니콜라스 켄터키 대학의 티츠 프로젝트에 수석 조사관은 말했다. “우리는 그들의 유전 메이크업이 남극 대륙의 다른 부분에 걸쳐 어떻게 다른지보기 위해 그들의 근본적인 유전 메이크업을 살펴볼 것입니다.”
그들의 유전지도를 비교함으로써,그들은이 곤충들이 수백만 년 동안 가장 혹독한 대륙에서 어떻게 지속되어 왔는지,그리고 미래가 그들에게 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 많이 배우기를 희망합니다.
“우리는 남극 대륙 역사를 통틀어 이들 인구가 어떻게 어디에 있어야하는지에 관심이있다”고 티츠는 말했다.
이 프로젝트는 미국 남극 프로그램을 관리하는 국립 과학 재단의 지원을받습니다.
남극에는 개미가 없다
곤충은 전 세계적으로 어디에나 있지만 남극 대륙에서는 다소 수차입니다.
“곤충은 남극 대륙에서 매우 드뭅니다. 지구상에는 100 만 종의 곤충이 발견됐고,남극에서는 3 종의 곤충만 발견됐기 때문에 곤충이 살기엔 정말 힘든 곳”이라고 말했다. “우리는 그들이 어떻게 그렇게 할 수 있는지,그들이 극단적 인 남극 환경에 대처할 수있는 특별한 독특한 적응이 무엇인지에 관심이 있습니다.”
이 세 종 중 더 일반적으로 남극 미지로 알려진 벨기 카 남극 대륙만이 진정으로 얼어 붙은 대륙 출신입니다. 그들은 꽤 강건한 동물이고,가장 가혹한 대륙에서 살고 번성하기 위해 있어야합니다.
“그것들은 우리가 다 극단 성이라고 생각하는 것인데,이는 그들이 많은 종류의 스트레스에 대해 매우 관대하다는 것을 의미한다”고 티츠는 말했다.
그들은 매우 춥고 건조한 조건,대부분의 생명체가 완전히 치명적일 수있는 환경에서 살고 번성합니다.
“남극 미지는 많은 것들에 바인딩을 배치,”스콧 호 탈링,워싱턴 주립 대학의 박사 후 연구원은 말했다. “그것은 세계에서 가장 남쪽 살아있는 곤충입니다. 그것은 가장 차가운 내성 중 하나입니다. 그것은 가장 건조 허용 중 하나입니다. 그것은 가장 작은 게놈을 가지고 있으며 남극 고유종 인 유일한 곤충입니다.”
연구자들은 어떤 종류의 극한 조건이 견딜 수 있는지,그리고 그 일이 어떻게 진행되는지에 대한 경계를 이해하기 위해 노력하고 있습니다.
“우리의 작업은 기본적인 생리 학적 허용 오차로 시작했다;그들은 여기에 생존하는 방법과 그들이 용납 할 수있는 무엇인가,”제이. “이 곤충이 얼마나 잘 분산되어 있는지,한 곳에서 다른 곳으로 얼마나 잘 이동할 수 있는지,그리고 그것이 개체군 간의 유전자 흐름에 어떻게 영향을 미치는지,그리고 인구 간에서이 동물의 생리 학적 허용 오차와 어떻게 일치하는지에 대한 질문으로 진화했습니다.”
이 곤충들은 남극 대륙의 영하의 온도에 어떻게 든 대처할 수있는 방법을 진화 시켰습니다. 희망 중 하나는 이러한 작은 벌레가 올해의 절반 이상 고체 동결에 적응하는 방법을 학습함으로써,연구자들은 다른 목적을 위해 그 기술의 일부를 전송할 수 있다는 것입니다.
“내 실험실은 냉동 보존,또는 오랫동안 추위에 물건을 저장할 수있는 능력에 관심이있다”티츠는 말했다. “이미 동결에 정말 좋은 남극 미지와 같은 종의 적응을 연구하기위한 우리의 목표 중 일부는 그 정보 중 일부가 다른 것들을 동결시키는 데 적용될 수 있는지,그리고 어쩌면 미래에 더 나아가 미지와 같은 종의 통찰력이 인간 조직과 기관의 냉동 보존을 개선하는 데 사용될 수 있는지 확인하는 것입니다.”
미지의 냉장고
남극 미지를 연구하기 위해 팀은 먼저 나가서 몇 가지를 찾아야했습니다. 현장 팀은 남극 반도 해안 아래로 연구 선박 로렌스 엠 굴드에 항해,수집 및 저장 살아있는 샘플 길을 따라 20 개 이상의 사이트에서 중지.
“이번 시즌은 주로 인구 유전학에 대한 샘플을 얻는 데 초점을 맞추었다”고 티츠는 말했다. “배에 있었고 그들은 우리가 전에 가본 적이없는 모든 다른 수집 사이트에 접근 할 수있었습니다.”
각 현장 현장에서 팀은 작은 보트를 타고 해안으로 나가며 식물 또는 조류 성장의 이야기 터프를 찾고 있습니다. 미지 유충은 쌀알보다 작지만 종종 덩어리로 함께 모입니다. 조심스럽게,족집게 또는 흡입 흡인기로,그들은 각 사이트에서 수십 마리의 작은 벌레 유충을 모으기 시작했습니다.
“우리가 현재 실험실에서 그들을 번식 할 수 없기 때문에 많은 것을 얻는 것이 특히 유용합니다.” “우리가 얻는 곳은 본질적으로 수집하는 것입니다.”
한 지역에서 필요한 것을 수집 한 후,그들은 다른 미세 환경을 둘러 보았습니다.
“우리는 사이트의 전체 많은 작은 벌레를 가지고,”아이덱은 말했다. “우리는 많은 좋은 날을 보냈고 많은 다른 장소에서 많은 작은 벌레를 수집 할 수있었습니다.이 곳은 흥미 진진했으며 기본적으로 더 많은 사이트와 더 많은 위치를 가지고이 곳에서 나오는 유전학을 더 가치있게 만들어야합니다.”
한반도를 따라 다양한 환경과 다른 위치에 걸쳐 작은 벌레를 비교함으로써,팀은 개체군 사이에 어떤 종류의 유전 적 차이가 존재하는지 확인하고 그들이 대륙의 특정 틈새 시장에 어떻게 적응했는지에 대한 통찰력을 얻기를 희망합니다.
“우리는 각 인구의 많은 개인으로부터 정말 훌륭한 규모의 게놈 데이터를 수집하고 있으므로 인구 내의 전체 유전 적 다양성에 대한 좋은 관점을 얻을 것이며 우리는 그 데이터를 가져 와서 인구간에 비교할 수있을 것”이라고 호 탈링은 말했다. “당신이 더 멀리 떨어져 있을수록,유전적으로 더 뚜렷해지는 패턴이 있는가? 아니면 고도가 높은 언덕 꼭대기 대 작은 계곡,또는 펭귄 구아노가 많은 곳과 그렇지 않은 곳을 샘플링하고 있기 때문에 서식지 유형에 따라 유전 적 분화가 구조화됩니까? 그래서 이 두 가지는 전통적으로 유전학 문헌에서 거리에 의한 격리라고 불리는데,여러분은 더 멀리 떨어져 있기 때문에 여러분은 더 다릅니다.”
어떤 인구가 서로 가장 비슷한지에 대한 질문은 특히 흥미 롭습니다. 그들은 거의 모바일 애벌레로 자신의 2 년 삶의 대부분을 보낸다. 작은 어두운 벌레를 닮은,그들은 보통 이끼 또는 육상 조류 또는 펭귄 구아노의 패치에서 표면 바로 아래에서 기어 다닙니다. 일년 중 약 8 개월 동안 유충은 실제로 얼어 붙어 가장 따뜻한 여름철에만 먹이를 녹입니다.
“그들은 성인으로 약 10~14 일을 보낸다”고 티츠는 말했다. “어른이 되면 날개가 없다. 그들은 또한 성인으로 어떤 기능적인 입 부속도 없다,아무거나를 먹거나 마시지 않는다,다만 주변에 포복하고,동료를 찾고,여성은 그들의 알을 낳고 그 후에 죽는다.”
이 주로 토양에 서식하는 수명주기는 날개가없는 것과 결합하여 남극 반도의 길이 아래로 어떻게 널리 퍼질 수 있었는지 알아 내려고 노력하는 연구자들에게 퍼즐을 제시합니다.
“이 곤충이 여기저기 움직이고,여기저기 흩어지는 명확한 메커니즘은 없다”고 간츠는 말했다. “어른들은 단지 며칠 동안 사는 분산 단계입니다. 그들은 날개가 없다,그들은 공기 흐름에 타고하지 않습니다,적어도 나는 우리가 그들이 공기 흐름에 타고 본 적이 말을해야,우리는 그것을 찾았다. 그들은 특히 잘 뜨지 않습니다. 우리는 이 곤충이 어떻게 섬에서 섬으로 이동하는지 잘 모릅니다.”
팀은 유전자 데이터만으로 이러한 모든 신비를 해결할 것으로 기대하지는 않지만,어떤 개체군이 가장 유사한지를 알면 종으로서의 갯지렁이가 얼마나 움직이는지에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 팀에 몇 가지 통찰력을 수집 하기를 희망 하는 그들에 대 한 다른 느린 질문이 있다.
거친 벌레
미지의 가장 가까운 친척은 남미의 파타고니아 지역에서 왔으며,남극 대륙은 드레이크 항로가 개통되면서 약 3 천만~4 천만 년 전에 헤어졌다. 그 시간 동안,지구는 빙하기의 숫자를 겪고있다;남극 빙하가 더 큰 성장 시대,피난처의 작은 벌레의 몇 얼음이없는 지역을 덮어. 이 종들이 수십만 년 동안 연장 된 깊은 정지를 통해 생존 할 수 있었던 방법은 또 다른 수수께끼입니다.
“그들은 어떻게 든이 반복되는 빙하기 사이클을 통해 남극 대륙에서 지속될 수있었습니다.”라고 티츠는 말했다. “이 유전자 데이터 중 일부는 우리가 그들이 어디에 있었는지에 대한 몇 가지 질문에 대답하는 데 도움이 될 것입니다.”
미역은 대륙에서 매우 추운 시대에서 살아남을 수 있었지만,미래는 더 따뜻해 보이며 곤충에게 문제를 일으킬 수 있습니다.
“그들이 잘 다루지 못하는 몇 안되는 스트레스 중 하나는 고온”이라고 간츠는 말했다. “적어도 이론적 인 관점에서 볼 때 기후 변화는 좋은 일이 될 수 없으며,특히 우리가 의심하는 바와 같이,그들은 분산에 능숙하지 않기 때문에 상황이 더 북쪽으로 따뜻해지면서 남쪽으로 움직일 수있는 명확한 메커니즘이 없다.”
또한 한반도가 따뜻해지면 더 따뜻한 북쪽의 곤충들이 남극 미지의 영토로 들어가기 시작하여 그들을 밀어 내기 시작할 수 있습니다.
“이 여행의 우리의 첫 번째 사이트는 리빙스턴 섬에 바이어스 반도. 우리는 벨기카처럼 많이 보이는 다른 미지를 발견,하지만 성인에 날개를 가지고,”호탈링은 말했다. “그 종의 낮은 위도 한계가 상승하는 저온에 의해 설정된다면,그것은 적극적으로 남쪽으로 분산되어 잠재적으로 벨기카를 대체 할 수 있다고 상상하는 것은 매우 쉽습니다.”
팀이 수집 한 미지에 대해 계획 한 생리 학적 연구 중 일부는 남극 미지가 변화하는 기후 조건에 얼마나 잘 반응하는지에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 그러나 남극 갯지렁이에 대한 많은 기본적인 대답이없는 질문이있을 때 일어날 가능성이 무엇인지 확실히 아는 것은 특히 어렵습니다.
“우리는 그들의 인구의 한계가 어디 있는지 거의 알지 못하고,인구 규모 추정치에 가까운 것도 없으며,그들이 증가하고 있는지 또는 감소하고 있는지 알지 못한다”고 간츠는 말했다.
이 작은 벌레가 집으로 부르는 곳의 멀리 떨어져 있기 때문에 과학자들이 이러한 질문 중 일부를 실제로 다루기 시작하기까지는 수년 또는 수십 년이 걸릴 수 있습니다. 데비 하너,렉싱턴,켄터키에있는 생활 예술과 과학 센터에서 교육자,대중과 함께 자신의 작품을 공유 할 수 있도록 그 책임을 걸릴 수 있습니다 과학자의 다음 세대에 영감을 현장 팀에 합류했다.
“나는 그들이 무슨 일을하는지 어린 아이들과 함께 공유 할 수있는 기회를 가질 수,”하너는 말했다. “나는 남극 프로그램을 지역 사회에 가져 가서 우리가 이번 여행에서 한 일을 공유하고 아이들에게 미지와 같은 남극 동물과 그들이 가지고있는 적응에 대해 가르 칠 것입니다.”
지금,팀이 수집 한 수백 마리의 유충은 켄터키에있는 티츠 연구소와 아칸소에있는 간츠 연구소로 나뉘어 팀이 유전 적 및 생리 학적 작업을 시작할 준비를합니다. 이 팀은 계획 현장 조사의 두 시즌 이상을 가지고 있으며,더 많은 샘플을 수집하기 위해 자신의 최고의 사이트의 몇 가지로 돌아갈 계획입니다.
이 이야기의 연구:니콜라스 티츠,켄터키 대학교,상 번호 1850988.