 Credit foto: Mike Lucibella |
(de la stânga la dreapta) Jacob Idec, Scott Hotaling și J. D. Gantz caută larve de midge în mușchi pe un deal stâncos pe o insulă lângă stația Palmer. |
ce ne pot spune genele musculiței dure din Antarctica
oamenii de știință aruncă o privire atentă asupra celui mai mare animal terestru din Antarctica.
este o insectă mică numită musculița Antarctică și nu crește mult mai mare decât o unghie. Există o mulțime de întrebări persistente despre aceste creaturi, iar cercetătorii speră că un studiu amplu al genomului lor mic poate începe să dezvăluie câteva răspunsuri.
în lunile februarie și martie, o echipă de oameni de știință a navigat pe vasul de cercetare Laurence M. Gould pe coasta Peninsulei Antarctice, efectuând cel mai amplu studiu al musculiței Antarctice de până acum.
„am reușit să colectăm muguri care trăiesc în locuri diferite și să experimentăm medii diferite”, a declarat Nicholas Teets de la Universitatea din Kentucky și investigator principal al proiectului. „Ne vom uita la structura lor genetică pentru a vedea cum diferă structura lor genetică în aceste părți diferite ale Antarcticii.”
prin compararea hărților lor genetice, ei speră să afle mai multe despre modul în care aceste insecte au persistat pe cel mai dur continent de milioane de ani și despre ce le-ar putea oferi viitorul.
„suntem interesați de modul în care aceste populații au ajuns acolo unde sunt de-a lungul istoriei Antarcticii”, a spus Teets.
proiectul este susținut de Fundația Națională pentru științe, care gestionează programul Antarctic al SUA.
nu există furnici în Antarctica
deși insectele sunt omniprezente în întreaga lume, ele sunt oarecum o aberație în Antarctica.
„insectele sunt incredibil de rare în Antarctica. Au existat un milion de specii de insecte găsite pe planeta Pământ și doar trei insecte pot fi găsite în Antarctica, deci este un loc foarte greu pentru insecte să trăiască”, a spus Teets. „Suntem interesați de modul în care pot face acest lucru, care sunt adaptările speciale unice pe care le au care le permit să facă față acestor medii Antarctice extreme.”
dintre aceste trei specii, doar Belgica antarctica, mai cunoscută sub numele de midge Antarctic, este cu adevărat originară din continentul înghețat. Sunt creaturi destul de rezistente și trebuie să fie pentru a trăi și a prospera pe cel mai dur continent.
„sunt ceea ce considerăm un poli-extremofil, ceea ce înseamnă că sunt foarte toleranți la o mulțime de tipuri diferite de stres”, a spus Teets.
trăiesc și prosperă în condiții extrem de reci și uscate, medii pe care majoritatea viețuitoarelor le-ar găsi de-a dreptul letale.
„musculița Antarctică pune o legătură cu multe dintre aceste lucruri”, a spus Scott Hotaling, cercetător post-doctorat la Universitatea de Stat din Washington. „Este cea mai sudică insectă vie din lume. Este una dintre cele mai tolerante la frig. Este una dintre cele mai rezistente la deshidratare. Are cel mai mic genom și este singura insectă endemică în Antarctica.”
cercetătorii lucrează ei înșiși pentru a înțelege limitele ce fel de condiții extreme pot tolera midges și cum se întâmplă acest lucru.
„munca noastră a început ca toleranțe fiziologice de bază; cum supraviețuiesc aici și ce sunt capabili să tolereze”, a spus J. D. Gantz, fiziolog la Colegiul Hendrix. „a evoluat în a pune întrebări despre cât de bine se dispersează această insectă, cât de bine este capabilă să ajungă dintr-un loc în altul și cum afectează fluxul de gene în rândul populațiilor și, de asemenea, cum se potrivește cu toleranțele fiziologice la acest animal de la populație la populație.”
aceste insecte au evoluat în moduri de a face față într-un fel temperaturilor sub zero ale Antarcticii. Una dintre speranțe este că, învățând cum aceste midges s-au adaptat la înghețarea solidului mai mult de jumătate a anului, cercetătorii pot transfera unele dintre aceste tehnici în alte scopuri.
„laboratorul meu este, de asemenea, interesat de crioconservare sau de capacitatea de a stoca lucruri în frig pentru o lungă perioadă de timp”, a spus Teets. „O parte din obiectivul nostru de a studia adaptările la specii precum musculița Antarctică, care sunt deja foarte bune la îngheț, este să vedem dacă unele dintre aceste informații ar putea fi aplicate pentru a ajuta la înghețarea altor lucruri și poate chiar mai departe în viitor, informațiile de la specii precum musculița ar putea fi folosite pentru a îmbunătăți crioconservarea țesuturilor și organelor umane.”
frigidere de Midges
pentru a studia midge Antarctica, echipa a trebuit mai întâi să iasă și să găsească unele. Echipa de teren a navigat pe nava de cercetare Laurence M. Gould pe coasta Peninsulei Antarctice, oprindu-se la mai mult de 20 de site-uri de-a lungul drumului pentru a colecta și stoca probe vii.
„acest sezon a fost axat în primul rând pe obținerea probelor pentru genetica populației”, a spus Teets. „au fost pe navă și au avut acces la toate aceste site-uri diferite de colectare pe care nu le-am mai fost până acum.”
la fiecare loc de teren, echipa ar lua o barcă mică la țărm și s-ar fana, căutând smocuri de creștere a plantelor sau a algelor care, de obicei, însemnau că musculițele vor fi găsite mai jos. Larvele midge sunt ele însele mai mici decât un bob de orez, dar se adună adesea în aglomerări. Cu grijă, cu pensete sau un aspirator de aspirație, au început să colecteze câteva zeci de larve de midge din fiecare loc.
„este deosebit de util pentru a obține atât de multe pentru că suntem în imposibilitatea de a le reproduce în laborator în prezent”, a spus Jacob Idec, un student post-universitar la Hendrix College. „Unde le obținem în esență este colectarea.”
după ce colectau ceea ce aveau nevoie dintr-o zonă, căutau în jur un micromediu diferit, de obicei undeva mai sus, mai departe de țărm sau, în general, mai uscat.
„avem o mulțime de site-uri și o mulțime de mlaștini”, a spus Idec. „Am avut o mulțime de zile bune și am reușit să colectăm o mulțime de mușchi într-o mulțime de locuri diferite, ceea ce a fost interesant și, practic, ar trebui să facă genetica care iese din acest lucru mai valoroasă, având mai multe site-uri și mai multe locații.”
prin compararea musculițelor în medii variate și locații diferite de-a lungul Peninsulei, echipa speră să vadă ce tipuri de diferențe genetice există între populații și să obțină o perspectivă asupra modului în care s-au adaptat la nișa lor particulară de pe continent.
„colectăm date genomice la scară foarte fină de la o mulțime de indivizi din fiecare populație, astfel încât vom obține o perspectivă bună asupra diversității genetice totale în cadrul populației și vom putea să luăm aceste date și să le comparăm între populații”, a spus Hotaling. „Există un model de practic mai departe în afară sunteți,mai genetic distincte sunt? Sau, pentru că eșantionăm lucruri precum un vârf de deal mai înalt față de o vale mică, sau un loc unde există o mulțime de pinguini guano versus NU, diferențierea genetică se structurează în funcție de tipul de habitat? Deci, aceste două în mod tradițional în literatura genetică sunt numite izolare prin distanță, sunteți mai departe, deci sunteți mai diferiți, versus izolare prin mediu, unde nu este distanță, ci cât de similar este mediul dvs.”
această întrebare a populațiilor care sunt cele mai asemănătoare între ele prezintă un interes deosebit, deoarece, deși midges sunt adepți, înflorirea în Antarctica nu este un stil de viață deosebit de glamour. Ei își petrec marea majoritate a vieții lor de doi ani ca larve abia mobile. Asemănându-se cu mici viermi întunecați, se târăsc chiar sub suprafață, de obicei în pete de mușchi sau alge terestre sau chiar pinguin guano. Timp de aproximativ opt luni ale anului, larvele sunt de fapt înghețate, dezghețându-se doar pentru a se hrăni în cele mai calde luni de vară.
„ei petrec doar aproximativ zece până la 14 zile ca adulți”, a spus Teets. „Când sunt adulți, sunt fără aripi. De asemenea, nu au părți funcționale ale gurii ca adulți, nu mănâncă și nu beau nimic, doar se târăsc în jur, își caută un partener, femelele își depun ouăle și apoi mor.”
acest ciclu de viață care locuiește în mare parte în sol, combinat cu lipsa lor de aripi, prezintă un puzzle cercetătorilor care încearcă să-și dea seama cum au reușit să se răspândească atât de mult pe lungimea Peninsulei Antarctice.
„nu există un mecanism clar pentru ca această insectă să se miște, să se disperseze dintr-un loc în altul”, a spus Gantz. „Adulții sunt faza de dispersie ei trăiesc doar câteva zile. Sunt fără aripi, nu călăresc pe curenți de aer, cel puțin ar trebui să spun că nu i-am văzut niciodată călărind pe curenți de aer și l-am căutat. Nu plutesc prea bine. Nu suntem siguri cum va ajunge această insectă din insulă în insulă.”
deși echipa nu se așteaptă să rezolve toate aceste mistere doar cu datele lor genetice, știind care populații sunt cele mai asemănătoare, pot începe să-și facă o idee despre cât de mobile sunt musculițele ca specie. Există alte întrebări persistente despre ei că echipa speră să culeagă unele introspecție în.
bug-uri dure
cea mai apropiată rudă a midge provine din regiunea Patagonia din America de Sud, de care Antarctica s-a desprins în urmă cu aproximativ 30 până la 40 de milioane de ani odată cu deschiderea pasajului Drake. De-a lungul timpului, globul a suferit o serie de epoci glaciare; epoci în care calotele glaciare din Antarctica au crescut și mai mari, înghițind puținele zone de refugiu fără gheață ale midge. Modul în care specia a reușit să supraviețuiască prin înghețuri adânci extinse timp de sute de mii de ani este un alt mister.
„au reușit cumva să persiste în Antarctica de-a lungul acestor cicluri de glaciație repetate”, a spus Teets. „Unele dintre aceste date genetice ne vor ajuta să răspundem la unele dintre aceste întrebări despre cum au ajuns să fie acolo unde sunt.”
deși musculițele au reușit să supraviețuiască unor perioade extrem de reci pe continent, viitorul pare mai cald și asta ar putea crea probleme pentru insecte.
„unul dintre puținele subliniază că nu se descurcă bine este temperatura ridicată”, a spus Gantz. „Cel puțin din punct de vedere teoretic, schimbările climatice nu vor fi un lucru bun, mai ales dacă, așa cum bănuim, nu sunt foarte bune la dispersare, așa că nu au un mecanism clar pentru a se deplasa spre sud, pe măsură ce lucrurile se încălzesc mai spre nord.”
în plus, pe măsură ce peninsula se încălzește, insectele din nordul mai cald ar putea începe să-și croiască drum în Teritoriul musculiței Antarctice și să înceapă să-i împingă afară.
„primul nostru site al acestei călătorii a fost Byers Peninsula pe insula Livingston. Am găsit un midge diferit acolo, care arată foarte mult ca Belgica, dar are aripi pe adulți”, a spus Hotaling. „Este destul de ușor să ne imaginăm că, dacă limitele latitudinale inferioare ale acestei specii sunt stabilite de temperaturile scăzute, care sunt în creștere, s-ar putea dispersa activ spre sud și ar putea înlocui Belgica.”
unele dintre studiile fiziologice pe care echipa le-a planificat pentru musculițele pe care le-au colectat ar putea oferi o perspectivă asupra cât de bine va răspunde musculița Antarctică la condițiile climatice în schimbare. Cu toate acestea, este deosebit de greu să știm cu siguranță ce se va întâmpla atunci când există încă multe întrebări de bază fără răspuns despre musculițele Antarctice.
„abia știm unde sunt limitele populației lor, nu avem nici măcar nimic apropiat de o estimare a dimensiunii populației, nu știm dacă acestea cresc sau dacă sunt în scădere”, a spus Gantz.
din cauza îndepărtării locului în care acești musculițe își numesc casă, pot trece ani sau chiar decenii până când oamenii de știință pot începe să se ocupe cu adevărat de unele dintre aceste întrebări. Debbie Harner, Educatoare la Living Arts and Science Center din Lexington, Kentucky, s-a alăturat echipei de teren pentru a-și împărtăși munca cu publicul și pentru a inspira următoarea generație de oameni de știință care ar putea prelua această sarcină.
„am ocazia să împărtășesc cu copiii mici ceea ce fac”, a spus Harner. „Voi lua un program Antarctic în comunitate, împărtășind ceea ce am făcut în această călătorie și învățându-i pe copii despre animalele din Antarctica, cum ar fi midge și unele dintre adaptările pe care le au.”
în acest moment, sutele de larve pe care echipa le-a colectat sunt împărțite între laboratorul lui Teets din Kentucky și laboratorul lui Gantz din Arkansas, în timp ce echipa se pregătește să-și înceapă activitatea genetică și fiziologică. Echipa are planificate încă două sezoane de lucru pe teren și intenționează să se întoarcă la câteva dintre cele mai bune site-uri pentru a colecta mai multe probe.
cercetare finanțată de NSF în această poveste: Nicholas Teets, Universitatea din Kentucky, Premiul nr.1850988.