Mravenci žijící na akátu ji chrání před býložravci tím, že se zaměřují na vibrace, které cítí, když se zvíře přiblíží nebo začne jíst větve. Mravenci jsou nejen v pohotovosti, ale také běží směrem ke zdroji vibrací z celého stromu. Zároveň nereagují na vibrace větví od větru. Studie byla zveřejněna v Současná biologie.
Vztah akácií a mravenců je klasickým příkladem symbiózy. V savaně žije mnoho býložravců, obratlovců a bezobratlých, divokých i domácích, kteří si chtějí pochutnávat na listech a větvích akátu. Mravenci žijící na stromech chrání svůj domov před útoky býložravců, akát jim zase poskytuje výživný nektar a úkryt v dutých trnech. Jakmile si mravenci všimnou býložravce, vyběhnou z úkrytu, agresivně na něj zaútočí a koušou ho, dokud neustoupí, ale až dosud nebylo jasné, jak mravenci chápou, kam se mají utéct, aby se bránili. Někteří býložravci jsou aktivní v noci a mravenci se často schovávají v dutých páteřích, takže vizuální signály nemusí být spolehlivé. Věřilo se, že mravenci se řídí pachem mízy z poškozených listů rostlin, ale chemické signály se šíří spíše pomalu a silně závisí na směru větru.
Němečtí badatelé Felix Hager (Felix A. Hager) a Katrin Kraus (Kathryn Krausa) z Ruhrské univerzity v Bochumi (Německo) si při práci v keňské savaně všimli, že když se dotkli větví akátu, okamžitě je napadli agresivní mravenci. Vědci mají podezření, že mravenci mohou reagovat na vibrace. Rozhodli se tento předpoklad otestovat na mravencích. Crematogaster mimózyžijící na akátu Akát zanzibarický.
Pro začátek autoři pozorovali aktivitu mravenců v závislosti na síle větru a ukázalo se, že se sílícím větrem aktivita hlídkování větví klesá. Pomocí akcelerometru vědci měřili a porovnávali vibrace akátu způsobené větrem a kozou požírající listy. Vibrace z poryvů větru více než čtyři metry za sekundu se vyznačovaly nízkými frekvencemi, většinou pod dvěma kilohertz. V okamžiku, kdy koza utrhla list z akátu, frekvence vibrací na větvích akátu dosáhla šesti kilohertzů, při měření blíže k vrcholu stromu se amplituda zvýšila. Pro simulaci dopadu býložravce autoři použili zařízení, které vytváří vibrace o dané intenzitě, podobné intenzitě vibrací způsobených kozou.
Dříve byli na ostrově Fidži objeveni mravenci, kteří nejen žijí na rostlině a živí se jejím nektarem, ale také tyto rostliny sami vysazují. Přečtěte si o tom, jak mohou rostliny ovlivnit své symbionty, a o chování rostlin obecně v našem materiálu „Kdyby stromy mohly mluvit“.
Alexandra Kochetková
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Umělé buňky s minimálním genomem se během evoluce rychle adaptovaly
Ale nepodařilo se jim zvětšit velikost
Američtí a brazilští vědci prezentovali výsledky pozorování evoluce buněk s uměle syntetizovaným minimálním genomem. Přes dva tisíce generací znovu získali adaptabilitu na vnější podmínky, ale nebyli schopni zvětšit svou velikost. Článek o tom vyšel v časopise Nature. V roce 2010 pracovníci ústavu J. Craig Venter obdržel první buňku se zcela umělým genomem. K tomu odstranili vlastní DNA z bakterie Mycoplasma mycoides a nahradili ji mírně upravenou syntetizovanou v laboratoři. Skládal se z přibližně milionu párů dusíkatých bází a obsahoval 901 genů. Buňka byla pojmenována JCVI-syn1.0. Poté se vydali zjistit, jakou minimální sadu genů buňka potřebuje pro samostatné přežití a reprodukci, a začali buňkám dodávat stále zkrácenější genomy. Jak k tomu došlo, je podrobně popsáno v materiálu „Životní mzda“, publikovaném v roce 2016, kdy byla vytvořena verze JCVI-syn3.0 s minimálním genomem, který se skládal pouze z 473 genů. To se ukázalo jako nedostatečné pro udržitelnou reprodukci a pohodlí experimentů a bylo nutné přidat několik genů. Aktuální verze JCVI-syn3B, o které se v nové práci pojednává, obsahuje 493 genů. Dnes je to organismus s nejmenším známým genomem, který může růst v čisté laboratorní kultuře. JT Lennon (J. T. Lennon) z Indiana University s kolegy z J. Craig Venter a další vědecká centra v Brazílii a USA porovnávali úroveň akumulace mutací v organismech s minimálními a neminimálními genomy – JCVI-syn3B a JCVI-syn1.0. Aby se minimalizoval vliv přirozeného výběru, byly předtím aklimatizovány ve standardním tekutém živném médiu a z jedné vybrané buňky bylo postupně vypěstováno několik monoklonálních populací. Ukázalo se, že průměrný počet mutací na nukleotid za generaci je mezi nimi prakticky nerozeznatelný: 3,25 × 10−8 versus 3,13 × 10−8 (p = 0,667). Jedná se o nejvyšší úroveň akumulace mutací, která byla kdy zaznamenána v buněčných organismech, což odpovídá existujícím představám, že s menším genomem je rychlost mutace vyšší (a u M. mycoides je zpočátku vysoká). Celková distribuce mutací podle typu (inzerce, delece, jednonukleotidové substituce) se také ukázala být podobná (χ22 = 4,16; p = 0,125). Složení jednotlivých nukleotidových mutací, které tvořily 88 procent z celkového počtu, se však u JCVI-syn3B a JCVI-syn1.0 lišilo. U obou typů buněk docházelo k náhradě guaninu nebo cytosinu adeninem nebo thyminem výrazně častěji než naopak, ale míra této nerovnováhy byla různá: 30krát v případě neminimálního genomu a 100krát v případě minimálního genomu. To je pravděpodobně způsobeno absencí genu ung v posledně jmenovaném, který je zodpovědný za excizi uracilu nesprávně integrovaného do DNA. Když to vědci zjistili, zahájili evoluční experiment, který sledoval 2000 generací v populaci více než 10 milionů buněk. Za takovou dobu musel každý nukleotid jejich genomu zmutovat více než 250krát, což vytváří neomezenou genetickou rozmanitost pro adaptaci na prostředí. Za jinak stejných okolností je potenciální rozdíl v drahách přirozeného výběru mezi populacemi JCVI-syn3B a JCVI-syn1.0 způsoben pouze umělým ořezáváním genomu. Ukázalo se, že zpočátku vede ke snížení maximálního tempa růstu zhruba o polovinu. Tento ukazatel však roste lineárně s časem a na konci experimentu byla adaptabilita buněk v obou skupinách téměř stejná, a pokud to zhodnotíme relativně, pak se buňky s minimálním genomem vyvíjely o 39 procent rychleji a jejich genetická vzorce evolučních cest byly různé. Nejvýraznějším rysem JCVI-syn3B bylo, že během procesu evoluce se jejich buňky nezvětšovaly, k čemuž obvykle dochází, když je dostatek živin (buňky JCVI-syn1.0 se během této doby zvýšily v průměru o 85 procent v průměru a desetinásobek objemu). To bylo způsobeno epistatickými účinky mutací v genu ftsZ, prokaryotickém homologu tubulinu, který reguluje buněčné dělení a morfologii. Výsledky ukazují, že přirozený výběr může rychle zvýšit adaptabilitu nejjednodušších autonomně rostoucích organismů a minimalizace genomu otevírá možnost zapojení klíčových genů do evolučního procesu, které se obvykle vyvíjejí pomalu, píší autoři práce. V roce 2022 představil výzkumný projekt LTEE výsledky evolučního experimentu s 2000 generacemi E. coli s různými sadami počátečních znaků.
