Tardigrade-genen onthullen een vreemd verhaal over hun waanzinnige overlevingsvaardigheden: ScienceAlert

By | February 4, 2024

Beerdiertjes onderscheiden zich van het grootste deel van het dierenrijk door hun extreme veerkracht, waarvan bekend is dat het de kleine dieren helpt overleven door onder andere gekookt, ingevroren, bestraald en afgevuurd met een wapen.

In de hoop deze superkrachten beter te begrijpen, hebben wetenschappers veel individuele genen geïdentificeerd die kunnen bijdragen aan de overleving van tardigrades. Wat echter minder duidelijk is, is het grotere plaatje: waar, hoe en waarom zijn al deze verbazingwekkende aanpassingen geëvolueerd?

In een nieuwe studie werpen onderzoekers wat meer licht op deze verrassend complexe geschiedenis, wat suggereert dat oude tardigrades tweemaal de overgang maakten van een mariene naar een landomgeving, gevolgd door “talrijke onafhankelijke aanpassingen om met droogte om te gaan” op het land.

Tegenwoordig worden tardigrades over de hele wereld aangetroffen en gedijen ze in verschillende omgevingen op zee en op het land, van diepzeemodder en Antarctische rotsen tot bergen, regenwouden en tuinen.

Beerdiertjes, ook bekend als ‘waterberen’ en ‘mosvarkens’, worden beschouwd als enkele van de meest veerkrachtige dieren die de wetenschap kent en hebben zelfs aangetoond dat ze in het vacuüm van de ruimte kunnen overleven.

De sleutel tot veel van hun overlevingskunsten is anhydrobiose, een slapende toestand waarin tardigrades hun metabolisme omkeerbaar kunnen stoppen, waardoor ze bijna totale uitdroging kunnen overleven.

Eerder onderzoek heeft verschillende genfamilies geïdentificeerd die uniek zijn voor tardigrades en die een verband vertonen met extreme metabolische stilstand als reactie op watertekort, bekend als anhydrobiose, waaronder verschillende gerelateerd aan warmte-oplosbare eiwitten, evenals enkele stressresistentiegenen die ook bij andere dieren voorkomen. .

Ondanks deze bevindingen heeft onderzoek tot nu toe echter weinig gegevens opgeleverd over de meeste beerdiersoorten, zeggen de auteurs van de nieuwe studie, waardoor er grote hiaten ontstaan ​​in onze kennis van de evolutie en ecologie van beerdiertjes.

Om dit probleem aan te pakken, identificeerden de auteurs sequenties van zes genfamilies in 13 tardigrade-geslachten, waaronder leden van beide belangrijke clades – eutardigrades en heterotardigrades – waardoor onderzoekers de eerste evolutionaire bomen voor deze tardigrade-groepen konden bouwen.

Omdat anhydrobiose waarschijnlijk nuttiger zou zijn voor terrestrische beerdiertjes dan voor hun mariene verwanten, verwachtten de onderzoekers een verband te vinden tussen genduplicaties in deze families en habitatveranderingen in beerdiertjes.

“Toen we aan het werk gingen, gingen we ervan uit dat elke groep duidelijk geclusterd zou zijn rond oude duplicaten en weinig onafhankelijke verliezen zou lijden.” Keio University biologische wetenschapper James Fleming vertelde de bioloog Casey McGrath van de Universiteit van Indiana in een commentaar op het artikel. “Dit zou ons helpen ze gemakkelijk te koppelen aan een goed begrip van moderne habitats en ecologie.”

(Kazuharu Arakawa, Keio Instituut voor Geavanceerde Biowetenschappen)

“Het is een intuïtieve hypothese”, voegt Fleming eraan toe, “dat de evolutie van de duplicaties van deze uitdrogingsgerelateerde genen theoretisch overblijfselen zou moeten bevatten van de ecologische geschiedenis van deze organismen, hoewel dit in werkelijkheid te simpel bleek te zijn.”

Fleming en zijn collega’s zeiden dat ze verbaasd waren over het aantal onafhankelijke duplicaties dat ze in deze genfamilies vonden, wat suggereert dat de evolutie van genen gerelateerd aan anhydrobiose aanzienlijk gecompliceerder was dan eerder werd gedacht.

“Wat we ontdekten was veel spannender: een complex netwerk van onafhankelijke winsten en verliezen dat niet noodzakelijkerwijs correleert met de ecologieën van moderne terrestrische soorten”, zegt Fleming.

Gebaseerd op de verdeling van genfamilies over de twee belangrijkste klassen van tardigrades, nemen de onderzoekers aan dat er twee afzonderlijke overgangen zijn geweest van mariene naar terrestrische habitats in de geschiedenis van tardigrades, één keer bij de voorouder van de eutardigrades en één keer bij de heterotardigrades.

Hoewel deze studie onze kennis over de geschiedenis van anhydrobiose bij beerdiertjes helpt vergroten, is er nog steeds veel dat we niet begrijpen, zeggen de onderzoekers. Er is een gebrek aan duidelijkheid, deels als gevolg van slechte of niet-bestaande gegevens over enkele belangrijke tardigrade-lijnen, voegen ze eraan toe.

“Helaas hebben we geen vertegenwoordigers van een aantal belangrijke families, zoals: Isohypsibiidae“En dat beperkt hoe stevig we aan onze conclusies kunnen vasthouden”, zegt Fleming. “Met meer zoetwater- en mariene tardigrade-monsters zullen we de aanpassingen van de terrestrische leden van de groep beter kunnen beoordelen.”

Dit is echter gemakkelijker gezegd dan gedaan, vooral gezien de moeilijkheid om beerdiersoorten te volgen. Tanarctus bubulubusHij is bijvoorbeeld te klein om zonder vergroting gezien te kunnen worden en leeft alleen in de modder diep onder de Noord-Atlantische Oceaan.

“Hopelijk zullen grootschalige sequencing-initiatieven via het Earth Biogenome Project deze leemte in ons begrip blijven dichten, en ik ben blij dat deze inspanningen worden voortgezet”, zegt Fleming.

Het onderzoek is gepubliceerd in Genoombiologie en evolutie.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *