Znanstveniki na Univerzi v Birminghamu so razkrili genetske mehanizme, ki stojijo za zmožnostjo drobnih vodnih bolh, da se prilagodijo povečani stopnji onesnaženja s fosforjem v jezerih.
S preslikavanjem mrež genov na fiziološke odzive starodavnih in sodobnih vodnih bolh (Daphnia) so raziskovalci s sedežem na Univerzi za biološke znanosti uspeli pokazati, da je skupina več kot 800 genov, od katerih je veliko vključenih. v presnovnih procesih, se je razvila v "plastično" ali fleksibilno.
To sodobnim dafnijam omogoča, da prilagodijo svojo gensko ekspresijo glede na količino fosforja, prisotnega v okolju. To je še posebej fascinantno, saj njihovi 700-letni predniki niso bili sposobni takšne plastične reakcije.
Razumevanje prilagodljivih zmožnosti bo znanstvenikom pomagalo, da bodo bolje napovedali zmogljivost teh bitij, da bi nam pomagali ublažiti grožnjo, ki jo predstavlja onesnaževanje s fosforjem.
Presenetljivo je, da je ekipa do teh odkritij lahko prišla le tako, da je primerjala odzive sodobnih dafnij z njihovimi 700-letnimi predniki. Tako sodobni kot starodavni vzorci so prišli iz istega jezera v Minnesoti, kjer se je evtrofikacija – proces, ki povzroča uničujoče cvetenje alg z visoko vsebnostjo fosforja – prvič začela v začetku 20. stoletja.
Sodobno industrijsko kmetijstvo s svojo obsežno uporabo gnojil na osnovi fosforja prispeva k številnim stresom za prostoživeče živali. Fosfor sčasoma konča v naših sladkovodnih sistemih, kar povzroči evtrofikacijo. Dafnija lahko pomaga zmanjšati to cvetenje, vendar se mora soočiti s povečano koncentracijo fosforja, ki lahko povzroči težave njenemu zdravju.
Dr. Dagmar Frisch, dr. Dörthe Becker in dr. Marcin Wojewodzic, vsi trije dobitniki štipendij EU Marie Skłodowska-Curie, so združili svoje strokovno znanje, da bi razvili nove koncepte v evolucijski ekologiji, ki so omogočili izvedbo te analize.
"Uporabili smo obstoječe podatke in najsodobnejše analitične metode, da bi povezali vzorce genske ekspresije s fiziološkimi odzivi, ki tem živalim omogočajo, da se soočajo s povečanim okoljskim fosforjem," pravi dr. Dagmar Frisch, strokovnjakinja za okolje paleogenomika. "To nam je omogočilo, da ugotovimo, kateri del genske mreže je bil odgovoren za novo razvit odziv."
Medtem ko nam to delo pomaga bolje razumeti, kako se živali na splošno prilagajajo novim okoljem, dr. Dörthe Becker, ki je zdaj na Univerzi v Sheffieldu, poudarja: "Ker je Daphnia tako osrednja vrsta v vodnih ekosistemih, je naša Študija na koncu izboljša naše razumevanje, kako lahko vodni ekosistemi ublažijo nekatere učinke evtrofikacije, ki je ena glavnih globalnih groženj sladkovodnemu okolju."
Z oživljanjem jajčec, ki mirujejo v sedimentu jezer, z metodo, imenovano ekologija vstajenja, so avtorji lahko na nov način primerjali genske odzive stoletnih oživljenih vodnih bolh s sodobnimi potomci.
"Uporabili smo metode omrežne analize, da bi ugotovili, kateri geni 'komunicirajo' z drugimi ali tvorijo grozde (imenovane moduli) in kako se je ta genska komunikacija spremenila v ključnih vrstah v zadnjih 700 letih. Poleg tega smo uspeli povezati te module s posebnimi opaženimi lastnostmi, kar je bilo prvič doseženo v ekologiji vstajenja,« pravi dr. Marcin Wojewodzic, zdaj raziskovalec pri Norveškem registru raka.
"Naša študija poudarja, da je evolucija rezultat molekularnega finega uravnavanja, ki se dogaja na različnih plasteh, od osnovnih celičnih odzivov do kompleksnih fizioloških lastnosti," pravi dr. Becker.
Dr. Frisch dodaja: "Naš pristop omogoča bolj celosten pogled na to, kako se živali lahko in kako se odzivajo na okoljske spremembe, in s tem izboljša naše razumevanje organizmov kot integriranih enot biološke organizacije."
"Po uporabi nedavno razvitih omrežnih analiz je logičen naslednji korak raziskati, kako drugi molekularni mehanizmi, vključno z epigenetiko, igrajo vlogo v evolucijskih procesih. To preiskavo smo že začeli," pravi dr. Wojewodzic.
To delo, objavljeno danes v Molecular Biology and Evolution, so delno financirali program Evropske unije Marie Skłodowska Curie, Norveški raziskovalni svet, Nemška raziskovalna fundacija in Nacionalna znanstvena fundacija ZDA..
