Eduscience

Eduscience

Ślimak, który przekroczył barierę dzielącą świat zwierząt i roślin.

Zakwalifikowanie organizmu do domeny zwierząt lub grzybów czy roślin wydaje się być zadaniem łatwym i niewymagającym przy tym dużo czasu. Nie zawsze tak bywa.

Pierwszą trudniejszą próbą określenia przynależności organizmów jest spotkanie z porostami i koralowcami. W przypadku porostów mamy do czynienia z organizmami żyjącymi w symbiozie: grzyby i cyjanobakterie lub zielenice, zaś w przypadku koralowców utrudnieniem jest wygląd – oto mamy do czynienia ze zwierzęciem, które wygląda jak kwiat. Podobnie problem można mieć, kiedy pierwszy raz zobaczymy niektóre owady, np. liśćca olbrzymiego [fot. 1].

Współczesny świat nauki dostarcza znacznie bardziej intrygujących przykładów takich dylematów. Otóż przykładem niezwykłego wprost stworzenia, o którym można powiedzieć, że przekroczyło barierę dzielącą świat zwierząt i roślin jest pewien niewielkich rozmiarów ślimak – Elysia chlorotica [fot. 2] i jego krewniacy: Elysia timida [fot. 3], Elysia crispata [fot. 4], Plakobranchus ocellatus [fot. 5].

Ślimak – Elysia chlorotica – to gatunek morskiego ślimaka tyłoskrzelnego z rodziny Elysiidae. Ubarwieniem, kształtem ciała i sposobem odżywiania przypomina liść. Jest zwykle jaskrawozielony, czasem czerwonawy lub szary. Ciało miękkie, osiąga przeciętnie 20–30 mm, maksymalnie do 45 mm długości. Cykl życiowy rozpoczyna się złożeniem jaj przez około jedenastomiesięczne osobniki dorosłe. Do złożenia jaj dochodzi późną wiosną. Larwy wylęgają się po około 7–8 dniach i przez kolejne dwa tygodnie wymagają pokarmu w postaci glonów określonych gatunków. Przeobrażenie w formę dojrzałą ślimaka jest możliwe po wejściu w symbiozę z chloroplastami glonu. Ten malutki ślimak, który leży u podstaw rewolucji zoologicznej, zamieszkuje zachodnie wybrzeża Atlantyku oraz morza od Nowej Szkocji do Florydy. Odpowiednie są dla niego wody o zasoleniu od 3‰ do 32‰.

Do niedawna naukowcy przypuszczali, że ślimak bytuje w symbiozie z fotosyntetyzującym glonem. Stanowisko to zostało zweryfikowane po odkryciach Mary Rumpho, która odnalazła w ciele ślimaka chloroplasty, pozwalające roślinom na przechwytywanie energii słonecznej i przekształcanie jej w cukry, czyli innymi słowy pokarm. Niezwykłe jest nie tylko to, że ślimak w niebywały sposób umie przejąć chloroplasty, ale także potrafi je składować wzdłuż układu pokarmowego. Ustalono, że ślimak przechwytuje chloroplasty od swojej ulubionej algi woszeria Vaucheria litorea [fot. 6], którą żywi się przez pierwsze tygodnie swojego życia (drugim gatunkiem glonów wykorzystywanym przez tego ślimaka jest Vaucheria compacta). Chloroplasty zostają wbudowane w komórki nabłonka jelita i są włączane w skład cytoplazmy komórek nabłonkowych uchyłków układu pokarmowego. W ten sposób wchodzi w posiadanie niezwykłych struktur zwanych kleoplastami. Kleptoplasty umożliwiają przeprowadzanie fotosyntezy przez co najmniej 9 miesięcy. W tym czasie ślimak nie potrzebuje pokarmu, może korzystać jedynie ze światła i CO₂ asymilowanego przez symbiotyczne chloroplasty. Średnia długość życia tych niezwykłych stworzeń to 12 miesięcy.

Teoria mówi, że do przeprowadzenia procesu fotosyntezy, organizm potrzebuje specyficznych białek dla poszczególnych faz tego procesu. Białka te są kodowane aż przez około 3000 genów. A w samych chloroplastach znajduje się jedynie 200 do 300 tych genów (genom plastydowy koduje od 61 do 273 białek, a do prawidłowego działania organellum potrzebne jest od 1000 do 5000 białek; zsekwencjonowany genom chloroplastu Vaucheria litorea zawiera tylko 139 genów). A zatem czy jest to możliwe, by ślimak, korzystając tylko z przejętych organelli, mógł samodzielnie prowadzić proces fotosyntezy?

Z odpowiedzią przyszli genetycy, sekwencjonując DNA Elysia chlorotica. Wyniki sekwencjonowania dowodzą, że ślimak przechwytuje nie tylko chloroplasty, ale także niemal w inżynieryjny sposób wchodzi w posiadanie genów brakujących do przeprowadzenia procesu fotosyntezy. A zatem nasz mały kolega jest wykwalifikowanym biotechnologiem.

W związku z tym opracowano hipotezy, pomocne w rozwiązaniu niezwykle zagadkowego przejęcia genów:

• pierwsza – geny przemieszczają się do DNA ślimaka podczas trawienia przez niego glonu, pokonując tę samą drogę, co chloroplasty – dalszych badań wymaga próba znalezienia przyczyn takiego nietypowego przekazu genów i sposobu, w jaki może się on dokonywać,

• druga – sprawcą całego zamieszania, czyli wektorem zmienności jest niezidentyfikowany wirus – u wszystkich ślimaków regularnie znajdowane są wirusy, które mogą być retrowirusami zdolnymi do transportu genów pomiędzy gatunkami,

• trzecia – teoria skaczących genów.

Co prawda powyższe hipotezy tłumaczą pokonanie bariery międzygatunkowej, lecz dotąd nie ma żadnego przykładu podobnego procesu w przyrodzie zachodzącego na podobną skalę.

Zielony ślimak Elysia chlorotica jest jednocześnie rośliną i zwierzęciem. Uczeni jak dotąd zdołali skonstruować jedynie hipotezy wyjaśniające nieprawdopodobne zdolności tego mięczaka – przed nimi zatem jeszcze długa praca badawcza.

Tekst: dr inż. Ewa Zaraś-Januszkiewicz

Źródła:

http://animalia.pl/artykuly.php?id=1058&page=1, dostęp 22.11.2013

http://www.itis.gov/servlet/SingleRpt/SingleRpt?search_topic=TSN&search_value=77940 dostęp 22.11.2013

http://www.malacolog.org/search.php?nameid=8136 dostęp 22.11.2013

http://www.malacolog.org/search.php?nameid=8136 dostęp 22.11.2013

http://www.newscientist.com/article/dn16124-solarpowered-sea-slug-harnesses-stolen-plant-genes-.html#.Uo9DuIYq_1I dostęp 22.11.2013

http://www.plantphysiol.org/content/124/1/331.full dostęp 22.11.2013

http://www.pnas.org/content/105/46/17867.abstract dostęp 22.11.2013

http://www.wired.com/wiredscience/2010/01/green-sea-slug/ dostęp 22.11.2013

Galeria zdjęć

2 Krajowa Konferencja Scientix "Dobre praktyki STEM"

Serdecznie zapraszamy na 2. Krajową Konferencję Scientix „Dobre Praktyki STEM” dla nauczycieli przedmiotów matematyczno-przyrodniczych, która odbędzie się w dn. 23-24.11.2018 r. w Warszawie. Zapisy właśnie ruszyły, a organizatorzy jak zwykle…

Czytaj więcej

Webinaria Scientix dla nauczycieli

Serdecznie zapraszamy na webinaria dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych. W cztery kolejne środy o godzinie 15.00 zabierzemy Państwa w podróż do świata nauki. Pokażemy ciekawe materiały do pracy z uczniami i zaprezentujemy różne sposoby…

Czytaj więcej

Zdrowe opalanie, czyli jakie?

Jak długo mogę się dziś opalać? To pytanie zadajemy sobie szczególnie w bardzo słoneczne dni. Czy możliwe jest wyznaczenie czasu opalania, w którym naszemu organizmowi dostarczymy dawkę promieniowania potrzebną do wytworzenia witaminy D3, a jednocześnie…

Czytaj więcej

Wakacyjna lektura dla nauczycieli

Zachęcamy do wpisania na swoją wakacyjną listę lektur dwóch nowych raportów dotyczących edukacji przyrodniczej. To idealne lektury letnie dla tych wszystkich, którzy zainteresowani są nauczaniem STEM oraz wykorzystaniem gier w nauczaniu!

Czytaj więcej