Newswise — LOGAN, UTAH, USA —Różnorodność genetyczna jest główną siłą stojącą za ewolucją, twierdzi Zachariah Gompert, genetyk ewolucyjny z Utah State University. Jednak z biegiem czasu ta różnorodność zmniejsza się z powodu skutków doboru naturalnego i losowego dryfu genetycznego.

Ciągłe istnienie i mechanizmy długoterminowej zmienności genetycznej stanowią ważne pytanie dla naukowców. W internetowym wydaniu Proceedings of the National Academy of Sciences z 12 czerwca 2023 r. Gompert i jego koledzy z Uniwersytetu Montpellier we Francji, John Innes Centre w Wielkiej Brytanii, National Autonomous University of México w Querétaro, University of Nevada, Reno i University of Notre Dame przedstawiają swoje dochodzenie w tej sprawie. Badanie otrzymało wsparcie od Gompert’s 2019 National Science Foundation CAREER Award, a także finansowanie z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych.

Gompert, profesor nadzwyczajny na Wydziale Biologii USU i Centrum Ekologii USU, wyjaśnia: „Nasze badania koncentrowały się na mechanizmach zachowania zmienności genetycznej w obrębie gatunku i późniejszym wpływie takiej zmienności na adaptację”.

Aby przeprowadzić badanie, zespół specjalnie zbadał patyczaki z rodzaju Timema, znane ze swojej zróżnicowanej diety, która obejmuje szeroką gamę gatunków roślin.

Gompert rozwija, stwierdzając: „W zachodniej Ameryce Północnej istnieje kilkanaście gatunków Timema. Gatunki te są uniwersalne i mogą spożywać różne rodzaje roślin. Jednak Timema knulli jest wyjątkowa, ponieważ żywi się wyłącznie sekwojami, które są nie jest w stanie utrzymać innych gatunków Timema w takim samym stopniu lub wcale”.

Według Gomperta charakterystyczne zdolności T. knulli przypisuje się inwersji chromosomów, która odnosi się do zmian strukturalnych w jego genomie. W przeciwieństwie do mutacji genu, która obejmuje zmiany w sekwencji DNA, inwersja chromosomalna występuje, gdy segment chromosomu ulega dwóm pęknięciom, po których następuje obrót o 180 stopni, zanim zostanie ponownie wstawiony w początkowych punktach przerwania.

Gompert dalej wyjaśnia: „W przypadku inwersji znaczące segmenty chromosomu, w tym przypadku około 30 milionów zasad DNA, ulegają odwróceniu, skutecznie cofając się”.

Zespół ustalił, że ta inwersja u T. knulli jest starożytna.

Gompert ujawnia: „Na podstawie naszej analizy szacujemy, że inwersja chromosomów prawdopodobnie nastąpiła około 7,5 miliona lat temu. Fascynujące jest to, że populacje T. knulli nadal zachowują obie wersje alleli. Jedna wersja umożliwia im żerowanie i rozwój na sekwojach jako rośliny żywicielskiej, podczas gdy oryginalna wersja zwiększa przeżywalność pradawnej rośliny żywicielskiej, rośliny kwitnącej. Wydaje się, że forma heterozygotyczna, posiadająca obie wersje, może zapewniać dodatkowe korzyści”.

Gompert wyjaśnia, że ​​na utrzymywanie się zarówno nowych, jak i przodków wariantów lub polimorfizmów chromosomalnych u patyczaków wpływa heterogeniczność środowiska i wymiana genów między migrującymi populacjami. Zjawisko to odgrywa kluczową rolę w ułatwianiu trwającej ewolucji i adaptacji, zapewniając tym organizmom przewagę w dynamicznym i zmieniającym się świecie. Utrzymując różnorodność genetyczną dzięki tym mechanizmom, patyczaki mogą nadal ewoluować i dostosowywać się do otoczenia.

Gompert sugeruje, że skomplikowane procesy ewolucyjne związane z tą inwersją chromosomów, bynajmniej nie wadą, w rzeczywistości przyczyniają się do odporności gatunku poprzez ochronę przed utratą zmienności genetycznej. Ta złożoność może ostatecznie sprzyjać długoterminowemu przetrwaniu gatunku, zapewniając jego zdolność do adaptacji i przetrwania w zmieniających się środowiskach.