박테리아와 다세포 유기체 사이의 공생 관계는 본질적으로 어디에나 있지만, 일부는 다른 곳보다 더 복잡하게 얽혀 있습니다. 예를 들어, 젖소와 목수 개미는 모두 소화 시스템의 박테리아 파트너에게 의존하여 음식을 최대한 활용할 수 있도록 도와줍니다. 그러나 젖소의 박테리아는 단지 동물의 위장에 서식하는 동안 개미의 박테리아는 장내 세포 내부에서 내장 세포로 산다.
내피 상징화를 이해하는 것은 생물 학자들에게 상을받는 상금입니다. 우리가 아는 것처럼 생명의 중심이기 때문입니다. 모든 복잡한 세포에 힘을주는 소기관 인 미토콘드리아는 매우 고대의 내 심각한 사건의 잔재입니다. 그러나 종들 사이의 그러한 강렬한 상호 의존성이 어떻게 진화하는지 설명하는 것은 항상 어려운 일입니다. 내배엽을 안정적으로 보장하는 메커니즘조차도 숙주의 올바른 세포에 들어가 한 세대에서 다음 세대로 전달 될 수 있습니다.
지난 주 자연 그러나 McGill University에서 일하는 과학자 트리오는 목수 개미의 필수 내 심상 증이 어떻게 진화하고 그들이 지구상에서 가장 성공적인 생물이되는지에 대한 발견을 발표했습니다. 연구자들이 함께 한 것은이 조화로운 파트너십이 세포 및 유전자 수준의 결투를 통해 진화했으며, 이는 개미 알을 스스로 실질적으로 불가능하게 남겼다는 것입니다. 박테리아는 개미의 초기 발달의 중요한 단계에 대한 유전자 조절을 압수하고 말 그대로 배아를 자신의 생존을 위해 용기로 재구성했습니다.
.Cornell University의 진화 생물 학자 인 Corrie Moreau는“이 경우 미생물은 본질적으로 호스트 자체의 세포 시스템의 측면을 구성했습니다.
곤충 사회의 진화를 연구하고 연구의 일부가 아닌 록펠러 대학교의 다니엘 크로 나우어 (Daniel Kronauer) . "이 연구는 다른 파트너들 사이의 복잡한 진화론 적 상호 작용이 어떻게 진화 시간에 걸쳐 분자와 발달 수준에서 어떻게 플레이 할 수 있는지에 대한 아름다운 통찰력을 제공합니다."
.성공을위한 파트너
세계에서 약 12,000 개의 알려진 개미의 개미 중 1,000 명 이상이 목수 개미입니다. . 그 속과 7 명의 다른 관련 살아있는 사람들은 camponotini를 구성합니다. 개미“부족”은 모두 장 세포 내부에 박테리아가 있습니다. 박테리아는 의무적 인 내피로 분류됩니다. 즉, 개미가 필요한만큼 호스트로 개미가 필요하다는 것을 의미합니다.
.이 내기성은 동물에서 최초의 묘사 된 것 중 하나였습니다. 1882 년 독일 동물 학자 Friedrich Blochmann은 목수 ANT 배아에서 미생물을 발견했습니다. 그는 실수로 그들을 곰팡이라고 불렀지 만 과학자들은 나중에 배아의 후방 극의 밝은 DNA 구름을 박테리아로 식별하고 그들을 Blochmannia 라고 명명했습니다. 그들의 발견 자 후. 성인 목수 개미에서 박테리아는 필수 아미노산을 생성하고 면역에 중요한 역할을합니다. 그 대가로 목수 개미는 blochmannia 에 대한 보호 세포 환경을 제공합니다. 박테리아의 생존을 보장하여 자손에게 전달하십시오.
내배엽이 개미에 들어간 방법은 불분명하지만, 유전학과 생태학의 증거는 endosymbiont가 수평으로 camponotus 의 조상으로 전달되었다는 힌트입니다. 약 5 천 5 백만 년 전에 수액 수유 곤충에서 개미가 설탕 분비물과 교환하여 보호를 받았다. 그런 다음 개미와 박테리아는 이제 단일 단위로 발전, 재생산 및 진화하는 파트너십을 위조했습니다. 그것이 어떻게 가능한지 배우려면 몬트리올의 맥길 대학교 (McGill University)에있는 Ehab Abouheif의 실험실의 연구원 팀이 처음부터 시작했습니다. 갓 배치 된 개미 알을 보면서 시작했습니다.
발달 체조
곤충 계란과 배아는 발달 초기 단계에서 닭 및 기타 척추 동물과 다르게 행동합니다. 활성화 된 핵은 반복적으로 복제되지만 단일 계란 세포는 꽤 오랫동안 분리되지 않습니다. 독특한 세포의 공이되는 대신, 곤충 달걀은 단일 거대한 다중 핵 세포 인 세미 혈관을 형성합니다. 배아의 구조는 핵 및 다른 세포 물질이 점차이 덩어리 안에 스스로를 배열함에 따라 나타납니다. 나중에야 세포질과 그 함량은 다른 세포로 분할되었습니다.
어머니 (모체 mRNA)로부터 통과 된 메신저 RNA 분자는 배아의 끝에 위치하며 신체 계획의 축을 확립하는 데 사용됩니다. 그런 다음 배아가 인계되고 엄격한 배아 유전자가 시작되어 더 많은 기능을 설정합니다. 그 체인의 끝에서 hox 유전자는 곤충의 머리, 흉부 및 복부를 지정하기 위해 켜집니다.
그러나 맥길 연구원들이 목수 ANT 배아의 발달을 면밀히 조사했을 때, 그들은 일정보다 훨씬 앞서 Hox 단백질이 첫 번째 핵 분열 동안 나타나고 있다는 것을 놀라게했다. 단백질은 세포질에서 모체 mRNA로 만들어졌으며,“우리가 다른 곤충들로부터 알지 못했던 어떤 데이터도 기대하지 않았던 것”이라고 Abouheif의 실험실의 대학원생 인 Arjuna Rajakumar는 말했다.
.31 개 종의 배아를 비교함으로써 과학자들은 모성 hox를 발현하는이 기발한 개발 초기에 MRNA는 Camponotini의 조상에서 진화해야합니다. Ant Tribe - 그리고 내 endosymbionts가 개미 안에서 살기 시작하기 오래 전에.
그 조상들이 이런 식으로 발전하기 시작한 이유는 알려져 있지 않지만 중요한 결과를 가져 왔습니다. 결국 camponotini의 조상을 가능하게했습니다. 엔도 상징 파트너를 데리러 개미. Moreau는“이 논문의 주요 발견은이 곤충 이이 endosymbiosis에 관여하기 위해서는 이미 기존의 발달 시스템을 갖추어야한다는 것입니다.
그리고 일단 엔도 족이 개미 안에 있으면 곤충의 배아 발달의 주요 특징은 두 종에 의한 일련의 움직임과 반대를 통해 분명히 변화했다. 연구원들이 목수 개미의 생식선, 성적으로 성숙한 성인의 계란과 정자를 생산하는 조직의 생식선에 어떤 일이 일어나는지 더 자세히 살펴 보았을 때 이것은 분명해졌습니다.
일반적으로 개미 알은 생식선 유전자를 발현하는 후방 극에서 단일 영역을 갖는다. 그러나 과학자들은 목수의 계란에서 그것을 보았습니다. Floridanus
이 납치는 박테리아가 생식선에 들어가서 수직 투과를 보장한다는 점을 감안할 때 진화론 적 의미가 있습니다. 그러나 너무 많은 박테리아가 생식선 세포에서 끝나면 개미 자신의 유전 적 완전성을 훼손 할 수 있습니다. 라자 쿠마르 (Rajakumar)는 개미들이 조상 생식선을“미끼”로 남겨두고 박테리아를 유치하기 위해 진화했다고 말했다. 생식선에 들어가는 대신 blochmannia 박테리아 세포 (Spaghettilike 박테리아로 가득한 벌집 모양의 개미 세포)라고 불리는 특수 구조로 둘러싸여 있으며 애벌레 장으로 운송되어 개미의 소화 요구를 도울 수 있습니다.
개미는 또한 두 개의 추가 생식선 구역을 만들었습니다. 하나는 생식선 조직을 생성하고 하나는 세균 세포 패키지를 장으로 안내하는 데 도움이됩니다. 박테리아가 소수만에만 진정한 생식선으로 만들지 만 차세대 개미로의 전염을 보장하기에 충분합니다.
Abouheif는“내가 보는 방식은 박테리아가 호스트에게 회비를 지불하고 있다는 것입니다.
그러나 박테리아는 결국 마지막 웃음을 가질 수 있습니다. .
움직임과 반대
내각이 없으면 배아의 절반 이상이 전혀 발달하지 못했습니다. 해치를 한 사람들에게는 결함이있는 생식 세포가있었습니다. 배아로서, 그들은 여전히 4 개의 생식선 유전자 발현 영역을 가졌지 만, 각 영역에서 발현 된 유전자의 서브 세트는 변했다. 배아를 개발하는 사람들은 고대 내각이없는 조상처럼 보이는 개미로 되돌아 가고있었습니다.
연구원들은 엔도 족이 ANT 배아에게 그 자체를 조립하는 방법을 지시하는 일을 인수했다고 결론 지었다. Rajakumar는“우리가 발견 한 것은 박테리아가 특정 mRNA와 단백질의 발현을 선택적으로 조절할 수 있다는 것입니다. "마치 마치 전사 인자처럼 작용하는 것처럼 보입니다."
특히, 박테리아는 개미 발달과 생리학의 조향 측면이 그들의 내피 상징적 존재에 결정적인 것으로 보인다. 예를 들어, 많은 곤충이 hox를 사용합니다 공생 파트너를 위해 박테리아 세포를 개발하는 유전자. 그러나 camponotini 에서만 개미 부족은 내배엽이 hox 을 켜는다 배아의 생식선에서 유전자는 계란과 정자 세포가 될 자체를 만들어야하기 때문입니다. Rajakumar는“박테리아는 실제로 자체 운명을 제어하고 있습니다. 자체 수직 전송을 유도하고 있습니다. "박테리아를 잃으면 실제로 소설 생식선을 완전히 잃어 버립니다."
.파트너에게 적합한 배아 발달을 재정렬함으로써 개미에게도 이점이있을 수 있습니다. 해당 단계에서 박테리아를 세포에 포장하는 것이 나중에 더 쉬울 수 있습니다. "박테리아가 너무 많은 장 셀을 어떻게 포장 할 수 있습니까?" Abouheif가 물었다. "박테리아가 어디로 갈지 조정할 수 있기 때문에"시전기 단계에서 물건을 땜질해야합니다. "
.그는 다음과 같이 덧붙였습니다.“동물과 함께 박테리아 내 endosymbioses에 대한 보편적 인 제약이 있다는 직감이 있습니다. 그들은이 단계에서 그것을해야합니다.”
이러한 발견은 호스트가 둘 이상의 파트너가있는 경우 훨씬 더 복잡한 엔도 상징에서 호스트 개발이 변경 될 수있는 방법에 대한 의문을 제기합니다. 예를 들어, 오스틴 텍사스 대학교 (University of Texas)의 곤충 내 endosymbioses를 연구하는 낸시 모란 (Nancy Moran)에 따르면, 예를 들어, 여러마다마다와 잎사귀의 다양한 계보가 여러 번의 엔도 대상자를 여러 번 얻거나 분실하거나 교체했다고한다. 그러나“배아 생성과 공생체가 어떻게 포장되는지, 그리고 발달 조절이 어떻게 이동했는지에 대한 연구는 거의 없다”고 말했다.
Abouheif는 목수 개미에서 일어나는 일이 공생과 진화와 관련된 더 넓은 원칙을 설명 할 수 있다고 생각합니다. 세포 내 국소화 메커니즘의 조정과 다른 발달 운명을 가진 새로운 배아 구역을 생성하기 위해 유전자 발현의 조합은“사람들이 실제로 생각하지 않는 진화의 모든 종류의 메커니즘”이라고 그는 말했다.
점진적인 전환, 진화론 적 도약
내 심 대상증에 대한 이전의 연구는 숙주와 기관지 상대방 사이에 상보적인 유전자 손실이있을 수 있으며, 대사 상호 의존성을 생성한다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 애리조나 주립대 학교의 존 맥 슈치온 (John McCutcheon)은 Mealybugs의 복잡한 예를 살펴 보았습니다. 지난 1 억 년 동안, 각각의 내 endosymbiont는 파트너의 게놈에서 효소에 대한 유전자에 의존하도록 진화했습니다. 결과적으로 파트너 중 어느 누구도 다른 사람 없이는 대사 경로를 완료 할 수 없습니다.
그러나 Abouheif의 실험실의 연구는“유전자 규제 네트워크가 발달 적으로 얽혀 있고”라는 것을 보여 주었다. "합병이 완료된 것처럼."
연구원들은이 합병이 단세포에서 다세포 유기체로의 전이, 사회 곤충의 유사성으로의 전이 또는 진핵 생물 세포에서 미토콘드리아의 기원과 같은“개성의 주요 진화 전이”의 예라고 생각합니다. 이러한 전환은 일반적으로 진화에서 개별적인 "도약"으로 나타나며, 그것들을 생성하는 메커니즘은 거의 이해되지 않습니다.
그러나이 연구는 계통 발생 학적 비교를 통해 내성 상징적 인이 발생한 후 ANT 계통에서의 단계적 변화를 해결할 수 있었다. Rajakumar는“그 사이의 모든 종을 살펴보면 이런 일이 어떻게 발생하는지에 대한 점진적인 그림을 얻기 시작합니다.”라고 Rajakumar는 말했습니다.
McCutcheon은“비교 작업은 내피 상징화에서 매우 중요합니다. “당신은 그것이 특정한 방식으로 발생한다고 생각하고, 당신은 자매 그룹을보고 그렇게 작동하지 않습니다. 여기서의 비교 접근법은 정말 강력하며 연구원들이 blochmannia 이전에 기존의 시간을 시간에 돕습니다. 그리고 무엇 blochmannia 변경. 정말 흥미 롭습니다.”
단계별 재건은 또한 내성 상징적 인이 발생하기 위해 여러 조건이 수렴되어야한다고 밝혔다. 이러한 사건은 일반적으로 드문 것으로 간주됩니다. 그러나 Rajakumar는“endosymbiosis와 같은 개성의 완전한 전환을 진화시킬 때,“그것은 전체에 큰 영향을 미칩니다”라고 Rajakumar는 말했습니다. "그들은 진화론 적 운전자,이 박테리아가 될 수 있습니다."
이 기사는 Lescienze.it 에서 이탈리아어로 재 인쇄되었습니다 .
