piątek, 8 lutego 2013

Za co mały ślimaczek mógłby być wdzięczny swojej matce?

(Jest to pierwszy tekst autorstwa Poyu opublikowany z wielką przyjemnością na blogu. Inne teksty tego świetnego autora znajdziecie pod linkami: Skazani na wolne rodniki oraz Po co lunatykom Księżyc). Zachęcam do komentowania!  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook!
Rys 1. Błotniarka jajowata (Radix balthica)[1]

Większość z was ma w swoich domach okazy ślimaczych muszli. To w łazienkach, to na półkach, to jeszcze gdzie indziej– nie wnikam. Wspaniale zdobią one wystrój pomieszczeń, zachwycając różnorodnością kształtów oraz kolorów. Oczywiście, jeśli w odróżnieniu ode mnie, macie gust do dekorowania. Jeśli nawet takowych muszli nie posiadacie, to na pewno jakieś widzieliście. Gdyby im się bliżej przyjrzeć, można zauważyć pewną prawidłowość. Patrząc od wierzchołka, niemal wszystkie skręcają się w prawą stronę. Przypadek? Jakaś zmowa? Odpowiednia struktura krystaliczna? Izomeria optyczna związków chemicznych? Wina rządów Tuska? Nic z tych rzeczy. Hmm, chociaż może trochę to ostatnie... Nie, jednak raczej nie.

A wracając do pytania tytułowego - młody ślimaczek wdzięczny powinien być przede wszystkim właśnie za kierunek skrętu swojej muszli. A dlaczego matce, dowiemy się za chwilę... Mimo, że po połowie genów dziedziczy od obojga rodziców, geny ślimaka-ojca nie mają w tym wypadku (i w tym pokoleniu) nic do powiedzenia. Decyduje o tym jedynie ślimak-matka, która puszy się w tym momencie z dumy. No chyba, że uległa samozapłodnieniu... Cwana bestia.


Jako, że przyroda lubi wyjątki, znaleźć można też inne, choć rzadsze, okazy muszli lewoskrętnych. Odpowiedzialny jest za to gen, którego przekazuje zarówno mama, jak i tata małego ślimaka (lub samozapłodniona ślimaczyca-feministka). Gen prawoskrętności muszli jest genem dominującym, zaś gen lewoskrętności jest genem słabszym, czyli recesywnym. Przyjmijmy, że mały ślimaczek ma muszlę lewoskrętną. Zupełnie jak jego matka. Ojciec zaś ma muszlę prawoskrętną.

A to maminsynek z tego ślimaczka! Mięczak pewnie jakiś.


„Ale zaraz!” – krzyknąłby średnio rozgarnięty gimnazjalista po lekcji biologii. Zgodnie z prawami Mendla i prawami logiki, mały powinien mieć muszlę prawoskrętną, skoro jest to gen dominujący. Teoretycznie odziedziczyłby więc tą cechę po ojcu...


W praktyce jest jednak nieco inaczej. Nie mamy w tym wypadku do czynienia z tradycyjnym dziedziczeniem chromosomalnym. Można by powiedzieć, że „Junior” dostaje ten program genetyczny jedynie w wersji demo. Normalnie, zanim uwidoczni się jakaś cecha zewnętrzna (fenotypowa), najpierw gen zapisany na chromosomie musi zostać przepisany na mRNA (transkrypcja), zaś później na jego podstawie powstają białka (translacja), które odpowiedzialne są za różne cechy organizmu, lub uruchamiają jeszcze inne programy genetyczne (inne transkypcje). Zazwyczaj to wszystko dzieje się w obrębie jednego organizmu. Żeby się dowiedzieć na czym dokładnie polega ten typ dziedziczenia nie-mendlowskiego (pozachromosomalnego), powodujący tzw. efekt matczyny, musimy się cofnąć do momentu poczęcia małego ślimaczka. A nawet jeszcze wcześniej.

Tak więc, „how it’s made?”

Rys.2.- objaśnienie pod tekstem.
Po połączeniu się obu gamet – plemnika z komórką jajową – powstaje zygota. Następnie zygota dzieli się (bruzdkowanie). Na tym etapie geny ojcowskie są nieaktywne. Zygota dzieląc się, korzysta z białek, które otrzymała w cytoplazmie komórki jajowej oraz z zawartego tam nagromadzonego mRNA. Podczas powstawania komórki jajowej (oogeneza), komórki opiekuńcze dostarczały do wewnątrz odpowiednie białka oraz mRNA, potrzebne właśnie na tę okazję. Wystarcza to jedynie na kilka podziałów, po czym aktywowane są geny zygotyczne. Na podstawie dostarczonego przez komórki opiekuńcze („nurse cells”) mRNA, powstają po zapłodnieniu kolejne białka (translacja), które albo mogą wchodzić w skład komórek (funkcja budulcowa), albo powodują uaktywnienie się tzw. genów matczynych, które m.in.: decydują gdzie jest przód a gdzie tył zarodka (u muszki owocowej – Drosophila melanogaster), determinują obecność pigmentu w ciele i oczach w okresie larwalnym (mklik mączny - Ephestia kuehniella), decydują o wielkości ciała (rozwielitka – Daphnia sp.) lub jak w omawianym przypadku – skrętność muszli naszego małego ślimaczka.


Ponieważ ślimak-matka ma muszlę lewoskrętną i jak wszystkie ślimaki jest organizmem diploidalnym, możemy być pewni, że ma dwie recesywne kopie (allele) genu lewoskrętności muszli. Nasz ślimaczek niestety jest jedynakiem. Natomiast jeśli miałby rodzeństwo, wszyscy mieliby muszle lewoskrętne – po mamusi. Ojciec jest znacznie bardziej  tajemniczy, bo może być albo heterozygotą, albo homozygotą dominującą, lub ostatecznie (o dziwo) homozygotą recesywną. Możemy domniemywać, że matka ojca naszego ślimaczka, czyli jego babka, miała przynajmniej jeden dominujący allel prawoskrętności. Była więc albo homozygotą dominującą albo heterozygotą. Inaczej ojciec też miałby muszlę lewoskrętną.

Komórka jajowa jest wprawdzie haploidalna, czyli posiada jedną kopię tego genu, jednakże komórki opiekuńcze ponieważ są diploidalne, dostarczają do komórki jajowej produkty z obu alleli. Jeśli są heterozygotyczne, do komórki jajowej dostaje się mRNA odpowiedzialne zarówno za lewo- jak i prawoskrętność. Wtedy wygrywa dominujący gen na prawoskrętność.

Rys.3.- objaśnienie pod tekstem. 

Ów matczyny gen, odpowiedzialny za prawo- lub lewoskrętność, zawiaduje orientacją wrzeciona podziałowego podczas procesu bruzdkowania. Sposobów bruzdkowania u różnych grup organizmów jest kilka i różnią się między sobą płaszczyznami, w jakich zorientowane są komórki po podziałach. U ślimaków (Gastropoda) komórki dzielą się spiralnie, zgodnie z ruchem wskazówek zegara (komórki podzielone w płaszczyźnie poziomej pochylone są względem siebie o 45 stopni). Asymetrię budowy ślimaki zawdzięczają dwóm procesom. Pierwszy polega na przemieszczeniu się daleko do przodu po prawej stronie ciała tzw. płaszczowego zespołu narządów, co powoduje wzmożony rozwój narządów z jednej strony ciała, jednocześnie hamując rozwój tych samych narządów po stronie przeciwnej ciała osobnika. Drugi proces polega na spiralnym skręceniu się worka trzewiowego. Komórki nabłonka zewnętrznego płaszcza zaś wykorzystują węglan wapnia zawarty w wodzie - tworząc muszlę.


Zdarza się, że w pewnych siedliskach pojawiają się gatunki, których przeważająca część osobników ma muszlę lewoskrętną. Dlaczego tak się dzieje?


Presja środowiska... Gdy pojawia się drapieżnik, którego np. aparat gębowy jest lepiej przystosowany do zabijania i jedzenia ślimaków o muszli prawoskrętnej, to mutacja lewoskrętności utrzymuje się w środowisku jako lepsze przystosowanie. Jest to jednak zmiana wtórna, jak np. zanik oczu u ryb głębinowych. Nie wyjaśnia to nadal celu występowania prawoskrętności jako tej cechy pierwotnej.


No i na koniec nasz mały ślimaczek zadumał się nad jeszcze jedną rzeczą: „dlaczego u nas ślimaków w ogóle
faworyzowana jest prawoskrętność?”

Rys. 4. Ślimak winniczek (Helix pomatia) [2]

Żeby odpowiedzieć na to pytanie, najpierw trzeba się bliżej przyjrzeć pochodzeniu asymetrii. Hipotez było wiele, ale najbardziej udokumentowaną oraz najbardziej prawdopodobną, jest teoria Naefa (1913 r.). Za przodków Gastropoda uznaje się ślimaki o muszli całkowicie dwubocznie symetrycznej. Takiej jaka występuje np. u łodzika (Nautilus). Uznaje się, że ów przodek podobnie jak łodzik, prowadził pływający tryb życia. Według Naefa przyczyną specyficznej cechy budowy współczesnych Gastropoda, była stopniowa zmiana z pływającego na pełzający tryb życia. Pomijając już fakt, że w toku ewolucji, ślimak w muszli na początkowych etapach rozwoju, nagle obraca się o 180 stopni – stworzonka te nadal były dwubocznie symetryczne. Dalsze przemiany ewolucyjne doprowadziły do powiększenia się nogi. Proporcjonalnie do niej powinna też wzrosnąć objętość muszli, która w razie niebezpieczeństwa powinna pomieścić zarówno nogę, jak i głowę ślimaka. Powiększenie objętości muszli, przy zachowaniu jej dotychczasowej średnicy, było zatem możliwe tylko przy jednoczesnym rozmieszczeniu jej skrętów w różnych płaszczyznach. Muszla przybrała więc kształt stożka, zaś jej wierzchołek coraz bardziej wysuwał się w prawo. Ponieważ powodowało to, że muszla znajdowała się w chwiejnym położeniu, w związku z czym coraz bardziej odchylała się ona do tyłu i ku górze, a jej ujście obracało się w prawo. Tak w ogromnym skrócie ewoluowały ślimaki do obecnej budowy anatomicznej.

Ale dlaczego stożek wysuwał się w prawo, a nie w lewo? Tego akurat (jeszcze) nie wiadomo. Przykro mi ślimaczku...

Autor tekstu: Poyu.

Objaśnienia rysunków 2 i 3:

Rys.2.- Transfer produktów genów z organizmu ślimaka heterozygotycznego (Dd), z komórek opiekuńczych "nurse cells") do przyszłej komórki jajowej. Dostarczane są zarówno mRNA, jak i gotowe białka. Produkty alleli d (kolor czerwony), zaś produkty alleli D - niebieskie.
Źródło: Concepts of Genetics, 1st Edition; Robert J Brooker

Rys.3.- Eksperyment pokazujący schemat dziedziczenia skrętności muszli. D – allel dominujący („dextral”, prawoskrętności muszli) oraz d – allel recesywny („sinistral” – lewoskrętności muszli).
Źródło: Concepts of Genetics, 1st Edition; Robert J Brooker
_________________________________________________________________________________

Źródła, z których korzystałem:

[1]-  http://www.crustahunter.com/radix-balthica-linnaeus-1758radix-labiata-rossmassler-1835/
[2]- http://www.naturephoto-cz.com/slimak-winniczek-picture_pl-1159.html

http://www.eplantscience.com/botanical_biotechnology_biology_chemistry/genetics/maternal_effects_and_cytoplasmic_inheritance/maternal_effects_and_cytoplasmic_inheritance.php

http://www.eplantscience.com/botanical_biotechnology_biology_chemistry/genetics/maternal_effects_and_cytoplasmic_inheritance/maternal_effects.php

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0073525286/892647/sample_chapter.pdf

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10074/#A1735

http://download.cell.com/pdf/PIIS0092867405012237.pdf?intermediate=true

http://books.google.pl/books?id=aKjlimevJxMC&printsec=frontcover&hl=pl#v=onepage&q&f=false

"Biologia rozwoju" - R.M. Twyman

"Zoologia bezkręgowców" - W. Dogiel



Pamiętajcie o naszym zaprzyjaźnionym Antykwariacie!


Zachęcam do komentowania!  Zapraszam również na naszą stronę na Facebook!  








Brak komentarzy:

Prześlij komentarz