Próbując zrozumieć zawiłe szczegóły ewolucji genetycznej, przeprowadzono przełomowe badanie, które rzuca światło na złożoność ekspansji zasięgu gatunków i towarzyszące im obciążenie genetyczne. Badania, prowadzone pod kierunkiem dr Kimberly Gilbert, profesora Christiana Parisoda i Leo Zeitlera z Uniwersytetu we Fryburgu, badają genetyczne konsekwencje samozapłodnienia w kontekście rozprzestrzeniania się gatunków na nowe terytoria.
Wyniki badania są kluczowe, ponieważ podważają wcześniej utrzymywany pogląd, że samozapłodnienie może złagodzić akumulację szkodliwych mutacji – koncepcja, która była przedmiotem debaty wśród biologów ewolucyjnych. „Nasze badania wskazują, że oczyszczający efekt samozapłodnienia nie jest tak skuteczny, jak kiedyś sądzono” – wyjaśnia dr Gilbert. „Ma to głębokie implikacje dla tego, jak rozumiemy proces migracji i adaptacji gatunków”.
W badaniach zespołu wykorzystano Arabis alpina, roślinę znaną ze swojej niezwykłej zdolności do rozwoju w różnych klimatach, jako model do badania obciążenia genetycznego – zasadniczo obciążenia mutacjami, które mogą mieć szkodliwy wpływ na kondycję populacji. „Arabis alpina zapewniła nam wyjątkowy wgląd w dynamikę ewolucyjną zachodzącą podczas zwiększania zasięgu” – zauważa profesor Parisod. „To doskonały przykład tego, jak gatunek może przystosować się do nowego środowiska, ale nie bez kosztów genetycznych”.
Dzięki skrupulatnej analizie naukowcy odkryli, że pomimo wystąpienia samozapłodnienia, które teoretycznie powinno usunąć szkodliwe mutacje, w miarę zwiększania się zasięgu gatunku doszło do znacznej akumulacji szkodliwych alleli. „Ładunek genetyczny niesiony przez populację można porównać do plecaka wypełnionego kamieniami” – porównuje Zeitler. “Każdy kamień reprezentuje mutację, która może potencjalnie spowolnić postęp populacji. Nasze odkrycia sugerują, że samozapłodnienie nie zmniejsza tego obciążenia tak bardzo, jak się spodziewaliśmy.”
Konsekwencje tego badania są dalekosiężne i wpływają na strategie ochrony oraz zrozumienie procesów ewolucyjnych. „Ponieważ gatunki w dalszym ciągu zmieniają swoje zasięgi w odpowiedzi na zmianę klimatu i inne presje środowiskowe, zrozumienie zachodzących mechanizmów genetycznych jest niezwykle istotne” – twierdzi dr Gilbert. „Nasze badanie stanowi kluczowy element tej złożonej układanki”.
Oprócz znaczenia swojej pracy naukowcy podkreślają znaczenie różnorodności genetycznej w obliczu zmian środowiskowych. „Różnorodność populacji to paleta, z której korzysta adaptacja” – mówi dr Gilbert. „Nasze odkrycia podkreślają potrzebę ochrony różnorodności genetycznej, ponieważ wyposaża ona populacje w narzędzia umożliwiające przetrwanie i rozkwit”.
W uwagach końcowych zespół podkreślił oparty na współpracy charakter odkryć naukowych. „Nauka to przedsięwzięcie zbiorowe” – zastanawia się profesor Parisod. „Każde badanie opiera się na pracy niezliczonej liczby innych i mamy nadzieję, że nasz wkład posłuży jako odskocznia do przyszłych przełomów w tej dziedzinie”.
Podsumowując, badania przeprowadzone przez dr Gilberta i współpracowników oferują nowe spojrzenie na wyzwania ewolucyjne stojące przed przemieszczającymi się gatunkami. Podkreśla odporność życia w obliczu przeciwności genetycznych i otwiera nowe możliwości badań nad mechanizmami ewolucji i adaptacji.
Odniesienie: Gilbert KJ, Parisod C, Zeitler L. „Przeczyszczanie spowodowane samozapłodnieniem nie zapobiega akumulacji obciążenia rozszerzającego”. PLOS Genetics, 2023. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010883
O Autorach
Doktor Kimberly Julie Gilbertafiliowana przy Wydziale Biologii Uniwersytetu we Fryburgu, uzyskała stopień doktora. doktorat z zoologii na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej pod kierunkiem Mike’a Whitlocka. Jako genetyk populacyjny i biolog ewolucyjny zajmuje się zmianami adaptacyjnymi i dezadaptacyjnymi w populacjach, koncentrując się na tym, jak procesy demograficzne wpływają na interakcję między doborem naturalnym a dryfem genetycznym w czasie i przestrzeni. Przed objęciem obecnego stanowiska zajmowała stanowisko doktora habilitowanego na Wydziale Biologii Obliczeniowej Uniwersytetu w Lozannie, poszerzając swoje badania w ramach Grupy Dessimoz. Dzięki swoim wysiłkom akademickim dr Gilbert znacząco wzbogaca wiedzę na temat procesów ewolucyjnych i dynamiki populacji.
Profesor Christian Parisodstowarzyszony z Uniwersytetem we Fryburgu, bada związek między ewolucją genomu a adaptacjami środowiskowymi, koncentrując się na reorganizacji genów u roślin w różnorodnych krajobrazach. Jego badania łączą ewolucję genomu z reakcjami ekologicznymi roślin, śledząc procesy molekularne generujące różnorodność aż do jej adaptacyjnego rozproszenia w różnych skalach. Wcześniej na Uniwersytecie w Bernie zajmował się ewolucją genomu roślin i dywersyfikacją ekologiczną, wykorzystując diploidalną/poliploidalną dziką pszenicę i musztardę do badania zduplikowanych interakcji genów. Dzięki swoim badaniom Parisod pogłębia wiedzę na temat genomiki ekologicznej i niuansów adaptacyjnych ewolucji genomu.
