หนอนกัดเผยให้เห็น "การใช้งานครั้งที่สอง" ของธรรมชาติ

ห่วงโซ่สัญญาณที่มีฟังก์ชั่นหลากหลายช่วยให้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้อย่างเหมาะสมที่สุด

พยาธิตัวกลม Pristionchus pacificus ฉีกขาด C. elegans ขนาดเล็กที่ด้านข้างและกินเนื้อหาที่รั่วไหล © MPI สำหรับชีววิทยาเพื่อการพัฒนา
อ่านออกเสียง

นักชีววิทยาได้ติดตามหลักการสำคัญของการวิวัฒนาการในส่วนของไส้เดือนฝอยที่กินสัตว์เป็นอาหาร ท้ายที่สุดพวกเขาค้นพบว่าเส้นทางสัญญาณที่รับผิดชอบต่อความรุนแรงของพวกเขาถูกนำมาใช้อย่างที่สอง: มันเป็นความรับผิดชอบในการปรับสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ขณะที่พวกเขารายงานใน "ธรรมชาติ" เวลาและความเข้มข้นของทริกเกอร์บางตัวจะกำหนดว่าฟังก์ชั่นใดที่ห่วงโซ่สัญญาณกำลังใช้งานอยู่

ฉากละครเกิดขึ้นภายใต้กล้องจุลทรรศน์ของ Ralf Sommer: วัตถุวิจัยของเขาพยาธิตัวกลม Pristionchus pacificus กัดเข้าไปในหนอนตัวอื่นฉีกหลุมในปีกของมันแล้วเลียเนื้อหาของมัน เหยื่อที่ดิ้นรนไม่มีโอกาสในการต่อสู้ครั้งนี้: Caenorhabditis elegans เป็นญาติสนิทของ Pristionchus แต่ไม่ได้มี "ฟัน" ที่แข็งแรงเหมือนกัน จุดเน้นของนักชีววิทยาที่สถาบันTübingen Max Planck เพื่อการพัฒนาทางชีววิทยาไม่ใช่เทคนิคการล่าสัตว์ของ Pristionchus แต่เป็นการพัฒนาปากของเขา

สภาพแวดล้อมเป็นเรื่องเกี่ยวกับรูปแบบของปาก

Gilberto Bento ของทีมของ Sommer และ Akira Ogawa ได้ค้นพบกลไกการควบคุมที่อยู่เบื้องหลังการพัฒนาของปาก: เมื่อหนอนเจริญเติบโตในอาหารที่มีแบคทีเรียจำนวนมากในเวลาต่อมามันมีฟันเล็ก ๆ ในช่องปากแคบ อย่างไรก็ตามหากเขาประสบปัญหาการขาดแคลนอาหารหรือความหนาแน่นของประชากรสูงเป็นตัวอ่อนเขาจะพัฒนาปากกว้างที่มีเนื้อฟันที่เหมือนฟันแข็งแรง บุคคลปากกว้างและแคบไม่ได้แตกต่างทางพันธุกรรมจากกันและกัน “ แต่ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเป็นตัวกำหนดว่ารถไฟสายไส้หนอนตัวไหนจะเป็นส่วนไหน” ราล์ฟซอมเมอร์ผู้อำนวยการของภาควิชาชีววิทยาวิวัฒนาการที่ Max Planck Institute ในTübingenอธิบาย

ไส้เดือนฝอย Pristionchus pacificus ขนาดเพียงหนึ่งมิลลิเมตรเป็นสิ่งมีชีวิตที่เป็นที่นิยมในรูปแบบทางชีววิทยา© MPI for Biology

เส้นทางสัญญาณ "ใช้แล้วสอง"

ผลเช่นเดียวกับการขาดอาหารมีตามที่นักวิจัยพบว่าฟีโรโมนของหนอนเช่นกัน มันส่งสัญญาณความหนาแน่นของประชากรสูงเมื่อมีความเข้มข้นสูง ในทั้งสองกรณี ในกรณีที่ไม่มีอาหารและในกรณีที่แออัดยัดเยียด - มีการเปิดใช้งานสัญญาณของร่างกายซึ่งนำไปสู่การพัฒนาของฟันที่แข็งแรง พฤติกรรม ubericช่วยให้ ทางเดินสัญญาณนั้นเป็นที่รู้จักกันดีในหมู่นักวิจัย: กรดฮอร์โมน dafachronic และตัวรับมันยังทำให้แน่ใจได้ว่าหนอนไม่พัฒนาไปสู่บุคคลที่เป็นผู้ใหญ่ในเวลาที่ขาด แต่ยังคงอยู่ในระยะตัวอ่อนถาวรจนกว่าสภาพแวดล้อมจะดีขึ้นอีกครั้ง

วิวัฒนาการมีความประหยัด

“ ความแปรปรวนแบบปากต่อปากของ Pristionchus แสดงให้เห็นถึงหลักการที่น่าสนใจสองประการของการวิวัฒนาการ” Sommer กล่าว ในอีกด้านหนึ่งก็แสดงให้เห็นว่าการทำงานของวิวัฒนาการประหยัด: เส้นทางการส่งสัญญาณที่จัดตั้งขึ้นแล้วจะถูกนำมาใช้ซ้ำในบริบทใหม่ - กระบวนการที่นักชีววิทยาเรียกตัวเลือกร่วม เพื่อพิสูจน์สัญญาณโซ่ที่มีความหมายใหม่มันก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นมันในเวลาที่ต่างกันหรือด้วยความเข้มข้นที่แตกต่างกันของโมเลกุลสัญญาณเรียกเช่นในกรณีนี้ ในทางตรงกันข้ามการดำรงอยู่ของโครงสร้างร่างกายทางเลือกในฐานะผู้บุกเบิกการวิวัฒนาการใช้: dauerhaft เพื่อที่จะเปลี่ยนโครงสร้างในช่องปากอย่างถาวรการควบคุมทางพันธุกรรมจะต้องถูกแยกออกจากการพึ่งพาสิ่งแวดล้อม ซัมเมอร์ฤดูร้อน แสดงผล

ไม่ว่ารูปร่างปากของ Pristionchus จะแข็งแกร่งกว่าเหมาะสำหรับการล่าหนอนตัวอื่นหรือกินเห็ดนักชีววิทยาของT bingerสามารถคาดเดาได้เท่านั้น “ ความจริงที่ว่าพฟิสซึ่มปากได้รับการยอมรับอย่างมั่นคงตลอดวิวัฒนาการแสดงให้เห็นว่ามันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในป่า” ซอมเมอร์กล่าว

(Max Planck Institute สำหรับชีววิทยาพัฒนาการ, 01.07.2010 - NPO)