Tardigrader er dyr som trives i ytterpunktene. Også kjent som vannbjørn eller mosegris, kan vannlevende, mikroskopiske virvelløse dyr overleve frysepunktet og koketemperatur, så vel som de tøffe forholdene i det ytre rom. En uttørket tardigrade kan reanimeres bare ved å tilsette vann - også tiår senere. De finnes på hvert kontinent inkludert Antarktis, og de lever i miljøer som spenner fra de dypeste havgravene til de hotteste ørkenene til toppen av Himalaya.
Relatert innhold
- Kromosomer av menneskelig sex er slurvete DNA-byttere
- Hvordan overlever den lille vannbæreren i det ytre rom?
Nå har forskere oppdaget at tardigrader har enda en ekstrem påstand om berømmelse: Genomet deres inneholder det mest utenlandske DNAet fra noen kjente dyrearter.
I stedet for å arve alle genene fra sine forfedre, får tardigrader en kjempesjededel av genetisk sammensetning fra urelaterte planter, bakterier, sopp og arkaeaner, melder forskere i dag i PNAS . Den bisarre mashupen fremhever det faktum at arter kan ta form på mye mindre lineære måter som ofte forestilte seg.
"Når folk flest tenker på mangfoldet i liv og flyt av genetisk informasjon, ser de et tre med store grener som genererer mindre, men uten noen sammenheng mellom lemmene, " sier studieleder Thomas Boothby, en postdoktor ved Life Sciences Research Foundation University of North Carolina, Chapel Hill. "Vi begynner å innse at i stedet for livets tre, kan det være mer passende å tenke på livets nett."
Boothby vendte seg mot tardigrade-genomet i håp om å avdekke de mest grunnleggende underlag for skapningenes ekstreme overlevelsesstrategier. For å katalogisere hvert gen, ekstraherte han og kollegene først mange korte biter med DNA fra tusenvis av tardigrader. Ved hjelp av et dataprogram sydde de sekvensene sammen for å produsere koden i sin helhet.
"Da vi gjorde det, så vi opprinnelig at det var mange gener som så ut som om de ikke kom fra dyr, " sier Boothby. "Tarmreaksjonen vår var at vi rotet noe og må ha forurenset prøven vår."
For å dobbeltsjekke, vendte teamet seg til polymerasekjedereaksjonen, en metode som forsterker målrettede regioner av genetisk materiale bare hvis de stemmer overens med spesifikke primere. I dette tilfellet ønsket de å se om de kunne forsterke dyre- og bakteriegener som enkeltenheter, noe som bare ville være mulig hvis de var fysisk knyttet innenfor samme genom. "Vi gjorde det for over 100 gener, med 98 prosent suksess, " sier Boothby.
Overbevist om at lesningen av genomet var korrekt, rekonstruerte teamet deretter evolusjonsstammen til spesifikke gensekvenser. Dette bekreftet at det som så ut som utenlandske gener faktisk bare var det, snarere enn look-a-likes utviklet av tardigrades selv.
"Resultatene fortalte oss ganske entydig at gener som ser fremmed ut kommer fra ikke-dyr, " sier Boothby.
Alt i alt er tardigradegenene laget av 17, 5 prosent utenlandsk materiale. De fleste av disse rare genene har bakteriell opprinnelse - tusenvis av arter er representert i tardigrades genetiske sammensetning. Mange av genene er kjent eller mistenkt for å spille roller i stresstoleranse for sine opprinnelige eiere.
"Jeg synes funnene er ekstremt overraskende, " sier Andrew Roger, biolog ved Dalhousie University i Canada. At et dyr kan skaffe seg en så stor andel av genene sine fra utenlandske kilder, er "fantastisk og enestående."
I noen tilfeller har fremmede gener faktisk erstattet tardigrade, mens i andre har tardigrader holdt sine egne versjoner, men inkorporert en eller flere eksemplarer fra en eller flere bakterier. "Vi spekulerer i at dette ikke var en engangshendelse, men sannsynligvis var i gang og kan fremdeles skje i dag, " sier Boothby.
Tardigrades får opptil 17, 5 prosent av genene sine fra ikke-relaterte organismer. (STEVE GSCHMEISSNER / Science Photo Library / Corbis) Forskere har visst i årevis at bakterier og andre mikrober kan delta i horisontal genoverføring - bytte av genetisk materiale mellom ikke-relaterte arter. Men først i det siste har forskere begynt å innse at denne metoden for genetisk utvikling også kan forekomme hos dyr.
Sammenlignet med tardigrader inneholder andre dyrs genomer, inkludert mennesker, svært lite fremmed materiale. Inntil nå holdt rotatorer - et annet mikroskopisk vannlevende dyr - rekorden på 8 til 9 prosent. For tardigrader og rotatorer spiller sannsynligvis den tunge dosen av fremmede gener en betydelig rolle i å gi dem overlegne overlevelsesevner.
"Hvis de kan skaffe DNA fra organismer som allerede lever i belastende miljøer, kan de kanskje plukke opp noen av de samme triksene, " sier Boothby. Men nøyaktig hvordan tardigrader klarte å broste sammen så mye fremmed genetisk materiale, forblir ukjent.
Boothby og kollegene mistenker at dyrenes evne til å tørke ut og reanimate kan spille en rolle. Når tardigrader tørker, fragmenter deres genom. Etter at livgivende væske gjenoppretter dem, forblir membranene som omgir cellene, en stund, og når cellene raskt jobber for å reparere sine egne genomer, kan de ved et uhell arbeide i noe DNA fra miljøet.
"Denne artikkelen bekrefter viktigheten av studiet av hele genomet, her brukt på en uvanlig, men veldig interessant og ofte forsømt dyremodell, " sier Roberto Bertolani, en evolusjonær zoolog ved University of Modena og Reggio Emilia i Italia.
"Et interessant poeng som forfatterne gjør, er det mulige forholdet mellom uttørking, membranlekkhet og DNA-brudd som kan disponere disse dyrene for å innlemme og integrere mange fremmede gener."
For nå er det bare en hypotese, så Boothby planlegger å undersøke dette og andre dvelende spørsmål. Hans arbeid med denne ekstreme skapningen kan til og med gi mennesker et bedre skudd mot overlevelse: Å studere tardigradegener kan en dag hjelpe til med utvikling av legemidler og vaksiner som ikke lenger trenger å holdes på is, og i stedet kan tørkes ut og reanimeres på stedet i et landlig klinikk eller krisesone.
