Az egyszerű vízibolha nem feltétlenül az az állat, amelyről az egyszeri szemlélő azt gondolná, hogy a biológia fontos modellorganizmusa, de persze ki gondolná ezt alapból az ecetmuslicáról, vagy egy szabad szemmel alig látható féregről…
A rákok közé tartozó Daphnia gyakorlatilag a mikroszkóp felfedezése óta folyamatosan vizsgált élőlény (ennek megfelelően elég sok mindent tudunk róla), és szennyeződésekre való érzékenysége miatt máig a vízminőség egyik fontos indikátorfaja.
Ez már önmagában is elég lenne arra, hogy fokozottan érdekeljen bennünket miként működik ez az apró élőlény, de van még egy ökológiailag koránt sem elhanyagolható képessége, ami miatt kiemelt érdeklődés övezte az egyik leggyakoribb É-Amerikai vízibolhafaj, a Daphnia pulex genomjának megszekvenálását. Ez pedig az ún. polifenizmusra való képesség, ami annyit jelent, hogy egyetlen genotípus számos fenotípus potenciálját kódolja.
Hogy ez pontosan mit is jelent, azt talán a nyitóábra szemlélteti a legjobban, ahol kvázi azonos genetikai állományú egyedek láthatók (erről mindjárt bővebben is), viszont attól függően, hogy ragadozóik környezetében növekednek fel, vagy sem, növesztenek az elfogyasztásukat megnehezítő “sisakot”.
Az egyszerű vízibolha nem feltétlenül az az állat, amelyről az egyszeri szemlélő azt gondolná, hogy a biológia fontos modellorganizmusa, de persze ki gondolná ezt alapból az ecetmuslicáról, vagy egy szabad szemmel alig látható féregről…
A rákok közé tartozó Daphnia gyakorlatilag a mikroszkóp felfedezése óta folyamatosan vizsgált élőlény (ennek megfelelően elég sok mindent tudunk róla), és szennyeződésekre való érzékenysége miatt máig a vízminőség egyik fontos indikátorfaja.
Ez már önmagában is elég lenne arra, hogy fokozottan érdekeljen bennünket miként működik ez az apró élőlény, de van még egy ökológiailag koránt sem elhanyagolható képessége, ami miatt kiemelt érdeklődés övezte az egyik leggyakoribb É-Amerikai vízibolhafaj, a Daphnia pulex genomjának megszekvenálását. Ez pedig az ún. polifenizmusra való képesség, ami annyit jelent, hogy egyetlen genotípus számos fenotípus potenciálját kódolja.
Hogy ez pontosan mit is jelent, azt talán a nyitóábra szemlélteti a legjobban, ahol kvázi azonos genetikai állományú egyedek láthatók (erről mindjárt bővebben is), viszont attól függően, hogy ragadozóik környezetében növekednek fel, vagy sem, növesztenek az elfogyasztásukat megnehezítő “sisakot”.
A Daphnia trükk-tarsolya azonban még ezen túl is rejteget meglepetéseket, ilyen például az oxigénben szegény környezetben a keringési rendszerükben megugró hemoglobin tartalom. Utóbbi hatására az állatok, normális esetben zöldes testszíne hirtelen vér-vörösre változik és mindaddig így marad, amíg a víz oxigéntartalma meg nem emelkedik.
Kétségkívül említést érdemel azonban a Daphnia szaporodási ciklusa is , ami ötvözi a szexuális szaporodás és az aszexuális klonális reprodukció előnyeit.
Táplálékban gazdag közegben a nőstények vedléseik során parthenogenetikusan (vagyis hímek közbenjárása nélkül), diploid – nőstény – utódokat hoznak létre. Ha azonban rosszra fordulnak a dolgok, akkor hirtelen hímeket nemzenek és átváltanak szexuális szaporodásra. Ennek eredményeként olyan “pihenő peték” keletkeznek, amelyek átvészelik a nehezebb (téli és/vagy táplálékszegény) időszakot és csak az ideális körülmények beköszöntésekor indulnak fejlődésnek. (A teljes képhez hozzátartozik, hogy vannak olyan vízibolhafajok is, ahol a pihenőpete is parthenogenezissel jön létre, de a szóban forgó D. pulex nem ilyen.)
Summa summarum, a Daphnia a változó környezet kihívásaira kell folyamatosan válaszoljon élete során, és ez tükröződik a genomján is.
Elsőre azt mondhatnánk a 200 Mb nagyságú genomról, hogy lám, kis állathoz kis genom jár. De ez a dolog csalóka. Ugyanis ez a 200 Mb az emberinél sokkal hatékonyabban van kihasználva. Olyannyira, hogy míg az emberi genom a maga három milliárd bázispárján ~21-23,000 fehérjét kódol, a vízibolha genetikai anyaga kevesebb mint tizedannyi helyen 31,000 fehérjének ad otthon. Mindezt a “hatékonyságot” kevesebb ugrálóelem és nagyon rövid intronok révén éri el.
A jogos kérdés, ami mindezek kapcsán felmerül, hogy mi lehet az a sok extra fehérje, és mi szüksége lehet a vízibolhának minderre?
Nos, a miértre már fent leírtam a választ: ezek teszik lehetővé, hogy az állat gyorsan tudjon egy gyorsan változó környezethez alkalmazkodni.
Az “extra fehérjék” többsége pedig nem teljesen új, máshonnan soha nem ismert fehérje, hanem korábban már jellemzett géncsaládok tagjainak felszaporodásából származik. Mégpedig olyan géncsaládok, amelyek olyan funkciója különösen fontos lehet az állat számára.
Ilyen pl. a fényt érzékelő opszin molekulák: a legtöbb vízibolha vagy pozitív, vagy negatív módon viszonyul a fényhez, de valamiképpen mindenképpen válaszol rá. Ehhez persze előbb érzékelni kell azt, és ebben játszanak fontos szerepet ezek a fehérjék. A másik igen szemléletes példa, a hemoglobin esete. Ezen molekula szabályozásának a fontosságát pár bekezdéssel korábban már ecseteltem. A hemoglobin koncentráció megnövekedése márpedig nem egyetlen hemoglobin gén működésének felcsavarásával érhető el, hanem egy 11 db. hemoglobin gént tartalmazó gén-klaszter segítségével, ahol a legtöbb gént oxigénszegény-állapotra érzékeny szabályzóelemek irányítanak.
Tautz D. (2011) Not just another genome. BMC Biol 9:8.
Colbourne JK, Pfrender ME, Gilbert D, Thomas WK, Tucker A, et al. (2011) The ecoresponsive genome of Daphnia pulex. Science 331: 555-61.
“Utóbbi hatására az állítok, normális esetben zöldes testszíne hirtelen vér-vörösre változik”
Ezek az állítok biztos állatok. 🙂