Bedbugs fodrer deres afkom med gavnlige bakterier • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Biologi, Genetik

Bedbugs fodrer deres afkom med gode bakterier

Voksen bugs Megacopta punctatissima og Megacopta cribrariavokset uden symbionter, lille størrelse, lys farve og kan ikke reproducere. Billeder fra artiklen i diskussion PLoS Biology

Japanske biologer har studeret et usædvanligt symbiotisk system bestående af bugs fra familien Plataspidae og bakterier der lever i deres tarm. Bakterier, kaldet IshikawaellaDet er absolut nødvendigt for den normale udvikling og reproduktion af disse fejl. For at sikre deres afkom med symbionter, ligger kvinden sammen med ægens specielle kapsler indeholdende levende bakterier. Udviklingen af ​​bugs og deres symbionter fandt sted synkront: fremkomsten af ​​en ny type bug var altid ledsaget af udseendet af en ny bakterieart. Selv om ishikawaveller lever i tarmhulen og ikke indenfor celler, har de karakteristiske træk ved intracellulære symbioner: et fald i genomet, overvejelsen af ​​A og T nukleotider i genomet og en øget molekylær evolution.

Elementerne skrev allerede om den enorme rolle, som symbiose spiller i evolutionen (se symbiotiske bakterier, der erstatter fordøjelseskanalerne og sekret fra den marine orm, 19. september 2006). En artikel af japanske biologer, der for nylig blev offentliggjort i en journal PLoS Biology, tjener som en anden lyse bekræftelse af denne kendsgerning.

Bugs familie Plataspidae, eller halvkugleformede shiniki, som det viste sig, kan ikke leve uden de specielle symbiotiske bakterier, der lever i deres tarm – ligesom disse bakterier ikke forestiller sig livet for sig selv uden søvn. Skindplantens kvinde, der lægger æg, lægger i hver lægning en vis mængde "symbiotiske kapsler" – belagte kugler indeholdende symbiotiske bakterier i et næringsmedium. Første ruge larver spiser kapsler, og bakterier kommer ind i midterpartens bageste del.

Derefter sker der meget mærkelige ting: midguten er knust i midten, så fordøjelsessystemet forsvinder til en blindpose, der ikke har nogen udgang. Fødevarer ophører med at komme ind i tarmens del, hvor bakterierne er bosat. De foder på plantesapet, og alt spist absorberes uden rest, og affaldsprodukterne fjernes derefter fra kropshulen ved hjælp af specielle organer (malpighiske skibe) direkte ind i tyndtarmen.

Bagsiden af ​​skjoldets midtertarme omdannes til en inkubator for bakterier. Hos kvinder er denne del af tarmen opdelt i tre dele: bakterier lever i anterior, i midten er der et næringsstof "fyldstof" til symbiotiske kapsler,og i ryggen er deres skal formet. Hos mænd er de to sidste divisioner fraværende.

Forskerne fandt, at skjoldene ikke kan leve uden symbioter. Fjernelse af symbiotiske kapsler fra koblingen fører til en kraftig stigning i larvernes dødelighed og langsom vækst. I to arter af bugs (ud af fire undersøgte) døde alle larverne uden undtagelse. I de to andre arter voksede nogle af larverne alligevel til voksenstadiet, men de resulterende fejl var små i størrelse, bleg i farve og ude af stand til at mate.

Tilsyneladende giver bakterierne bugerne med essentielle næringsstoffer. Dyr, der kun fodrer på plantesaft, er i en ekstremt vanskelig position. Faktisk er der i deres mad praktisk talt ingen fedtstoffer, proteiner, aminosyrer og mange andre nødvendige stoffer. På nogle kulhydrater vil du ikke vare længe. Sandt nok har vegetabilsk juice alle de elementer, der er nødvendige for syntesen af ​​de manglende stoffer, men kun bakterier kan klare en så kompleks biokemisk opgave.

Andre insekter, der lever på plantesap, som bladlus, har også symbiotiske bakterier, der overføres vertikalt – fra mor til børn. Symbiont bladlus – bakterie BuchneraLigesom mange andre insekt symbionter lever det ikke i tarmen, men indeni specielle celler – bakterieocytter der danner et specielt organ – bakterien. Hovedtræk ved den bakterielle symbiont af skjoldbugten er, at den ikke lever indeni, men uden for værtscellerne.

Forskere isolerede symbiotiske bakterier fra symbiotiske bakterier fra symbiotiske kapsler af syv arter af bugs og identificerede en nukleotidsekvens i det ribosomale RNA-gen (16S rRNA). Dette gen er traditionelt brugt til at identificere slægtninge af bakterier. Det viste sig, at bugbird symbioten tilhører gamma-proteobacteria-gruppen, til undergruppen af ​​enterobakterier, det vil sige tarmbakterierne (det refererer også til E. coli), og dens nærmeste familie er den samme buchner-aphids symbiote. Dette i sig selv er ganske interessant, da bladlus og bedbugs er beslægtede grupper. Måske er historien om klopino-bakterie symbiose meget gammel og går tilbage til de dage, hvor de fælles forfædre af bladlus og bugs levede i verden.

Baseret på en sammenligning af nukleotidsekvenserne af rRNA-gener konstruerede forskere evolutionære træer – separat for bugs og for deres symbionter. Disse træer viste sig at være nøjagtigt de samme (se figur).

Figuren viser det fuldstændige tilfælde af bugsens evolutionære træer – halvkugleformede skjoldflyve (til venstre) og deres symbionter (til højre). I de øverste og nederste dele af figuren er positionen af ​​de "ydre grupper" – andre bugs og bakterier – symbioter af bladlus (Buchnera). Fig. fra artikel til PLoS Biology

Dette betyder, at udviklingen af ​​bugs og deres symbionter fortsatte helt synkront: fremkomsten af ​​en ny type bug var altid ledsaget af udseendet af en ny bakterieart. Eller måske tværtimod – ændrede bakterierne fremkomsten af ​​en ny type bug? Derudover betyder det, at forskellige typer bedbugs ikke udveksler symbioter med hinanden. Sidstnævnte omstændighed kan kun forklares af fysiologiske årsager, det vil sige ved, at hver type bakterie kun er tilpasset bugs af en bestemt art og omvendt. Faktum er, at forskellige typer af halvkugleformede skjold skjold ofte findes på samme plante, og larverne er slet ikke immune fra at spise "alien" kapsler ved et uheld. Det er klart, at sådanne fejl slutter dårligt for bedbugs og bakterier.

Forskere har kaldt en ny bakterie Ishikawella (Ishikawaella) – til ære for den berømte japanske forsker af insekt symbiose Hajime Ishikawa (Hajime Ishikawa). Bakteriens genom er endnu ikke læst, men det var muligt at bestemme dets størrelse – ca. 0,8 millioner basepar. Genomer af så lille størrelse er karakteristiske for intracellulære symbioner. I normale tarmbakterier, såsom E. coli E. coli, genomet er normalt flere gange større.

Andre genetiske egenskaber, som bringer den tættere på intracellulære bakterier, er også fundet i ishikavaella: et forøget indhold af nukleotiderne A og T (med hensyn til G og C) og accelererede molekylære evolutionstrin. Alle disse tegn indikerer en forenkling og nedbrydning af genomet. Årsagen til dette ses normalt i funktionerne i en symbiotisk, især intracellulær livsstil. Den relative uforanderlighed af eksistensbetingelserne og tilgængeligheden af ​​mange væsentlige stoffer (som kan tages fra ejeren og ikke syntetiseres uafhængigt) gør mange gener unødvendige.

Stærkt lodret transmission af bakterier fra moderen til hendes børn, et lavt antal mikrobielle populationer, hyppige "flaskehalse" (kun en meget lille del af bakterier kan overføres til næste generation af insekter,sandsynligheden for succes afhænger næsten ikke af egenskaberne af en bestemt bakterie). Alle disse funktioner i Ishikavaella (såvel som intracellulære symbionter) reducerer effektiviteten af ​​det såkaldte rensende (stabiliserende) valg, som fjerner mislykkede genetiske variationer fra befolkningen og forhindrer eventuelle afvigelser fra normen.

Svagheden ved stabiliserende udvælgelse forklarer normalt den høje molekylære evolution af intracellulære bakterier. Det er nu blevet klart, at denne forklaring også kan anvendes på visse intestinale bakterier.

Det symbiotiske system, der studeres af japanske forskere, er et yderst bekvemt objekt, der gør det muligt for en at sætte mange interessante eksperimenter uden nogen indsats. For eksempel, hvad vil der ske, hvis symbiotiske bakterier fra forskellige arter af bugs byttes? Det er nemt at finde ud af det – bare fodre de fremmede symbiotiske kapsler til larverne. Med intracellulære bakterier, såsom Buchner, er det ekstremt svært eller endog umuligt at gennemføre et sådant forsøg. Denne og mange andre eksperimenter vil sikkert blive udført i den nærmeste fremtid, og vi vil lære mange mere fascinerende detaljer om livet af de seksbenede symbiotiske "superorganismer".

Kilde: Takahiro Hosokawa, Yoshitomo Kikuchi, Naruo Nikoh, Masakazu Shimada, Takema Fukatsu. Stærkt Host-Symbiont Kosmetisk og Reduktive Genome Evolution Insekt Gut Bakterier // PLoS Biology. 2006. Volumen 4. Udgave 10.

Se også:
1) Symbiotiske bakterier erstattede den marine orm med fordøjelseskanaler og ekskreta, Elements, 19 september, 2006.
2) Den intestinale mikroflora gør en person til en superorganisme, "Elements", 9.06.2006.
3) For at leve bliver dybhavsormme inficeret med gavnlige bakterier, "Elements", 23.05.2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: