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Studi i suggerimenti un collegamento meccanicistico fra il sesso e la risposta di sforzo in microbi

Perché è il sesso così popolare? La domanda di perché tanti organismi si riproducono sessualmente ha mistificato i biologi evolutivi da prima del Darwin, che ha scritto che “l'intero oggetto finora è nascosto nell'oscurità.„ In un articolo recente nella biologia e nell'evoluzione del genoma ha intitolato “che cosa è la variazione genetica messa a fare con? da autofecondazione indotta da inedia migliora la sopravvivenza in paramecio,„ gli autori suggeriscono che i meccanismi molecolari che sono alla base del sesso e della risposta di sforzo possano essere più raccordati strettamente precedentemente dell'apprezzati di, fornendo una nuova spiegazione per la prevalenza diffusa del sesso in natura.

L'esistenza del sesso ha imbarazzato i biologi per più un secolo. Confrontato alla riproduzione asessuale, il sesso presenta parecchi svantaggi. Il primo di questi è che ogni organismo sessuale produce soltanto la metà di altrettanta prole come persone asessuali. Per esempio, se ogni adulto ha due bambini, due persone asessuali possono produrre la prole quattro, mentre due persone sessuali--un maschio ed una femmina--prole soltanto due dei prodotti fra loro. Da una prospettiva evolutiva, questo è un costo vacillante, anche senza considerare altri svantaggi del sesso, quale la necessità di trovare un compagno ed i pericoli potenziali di agire in tal modo (particolarmente se siete un ragno del mantide pregante del maschio o della vedova nera).

Malgrado questi costi, il sesso è diffuso, con un 99% stimato degli eucarioti (celle con i nuclei) che riproducono sessualmente almeno alcuno del tempo. Questo paradosso ha provocato una serie di ipotesi che tentano di spiegare l'ubiquità vicina del sesso. Secondo Francesco Catania, l'autore principale di nuovo studio e una guida del gruppo di ricerca all'università di Münster, una spiegazione popolare è che il sesso produce la diversità genetica--ecco perché voi ed i vostri fratelli germani non sono identici ai vostri genitori. L'argomento è che questa diversità genetica può produrre alcune persone che si adattano meglio al cambiamento o agli ambienti duri. Al contrario, la riproduzione asessuale produce generalmente la prole che è ciascuno identico al genitore.

Il tetraurelia ciliate unicellulare di paramecio fornisce un contrappunto affascinante a questo argomento, poichè può subire sia la riproduzione asessuale che una versione della riproduzione sessuale che non produce considerevolmente la diversità genetica (cioè un genere di selfing). Per la maggior parte del loro ciclo di vita, i parameci si riproducono asessuale, con ogni cella che divide in due. Quando una cella raggiunge la scadenza sessuale tuttavia, ogni paramecio può produrre due nuclei sessuali identici--simile ai nuclei che sono presenti in celle dell'uovo e dello sperma. Se un altro paramecio non è intorno di accoppiare e scambiare i nuclei con, questi due nuclei fondono a vicenda. Il risultato è un tipo di autofecondazione sessuale che può provocare le cellule figlie che sono geneticamente identiche ai loro genitori. Quindi, in paramecio, la riproduzione sessuale può essere disgiunta dalla generazione di diversità genetica, suggerente che ci siano altri vantaggi potenziali al sesso in questo organismo. Catania ed i suoi co-author hanno rend contoere che questa rende a paramecio un modello unico in cui studiare e potenzialmente identificare questi altri vantaggi.

Per identificare altre ragioni per cui il tetraurelia del P. può impegnare nel sesso, i ricercatori hanno seguito le culture dei parameci nel corso degli otto giorni, comincianti subito dopo dell'autofecondazione (giorno 0) e continuanti dopo il punto a cui le celle sono diventato ancora capaci della riproduzione sessuale (il giorno 6). Ogni giorno, hanno sottoposto un sottoinsieme delle celle allo sforzo riscaldandole ad una temperatura elevata per appena durante un minuto. Interessante, hanno trovato che celle che avevano subito appena l'autofecondazione o che stavano preparando per la riproduzione sessuale (celle di giorno 0 e di giorno 6) hanno sopravvissuto spesso alla scossa del calore di quelle che stavano riproducendo rapido asessuale. Questo vantaggio di sopravvivenza potrebbe spiegare perché i parameci continuano a impegnarsi nel sesso malgrado il fatto che nessuna nuova diversità fosse generata e suggerisse un vantaggio poco apprezzato del sesso: sopravvivenza migliorata di fronte allo sforzo.

Ciò che trova suggerisce un collegamento meccanicistico fra il sesso e la risposta di sforzo. Gli autori precisano che molti riscaldano le proteine di scossa, che sono le più ben note per il loro ruolo nella protezione contro lo sforzo, egualmente sono coinvolgere nei trattamenti cellulari connessi con lo sviluppo ed il sesso riproduttivi. Può quindi essere che l'espressione aumentata di tali proteine durante la riproduzione sessuale assicuri la protezione aggiunta dai fattori di sforzo.

Quanto il terreno comunale è questa relazione fra il sesso e lo sforzo? Mentre alcuni aspetti di biologia di paramecio sono unici, Catania nota che molti unicellulari e organismi multicellulari si impegnano nell'autofecondazione e, dopo che parecchie generazioni di questo trattamento, possono produrre la prole che sono copie dei loro genitori. Inoltre, molte proteine in questione nella riproduzione e nella risposta di sforzo sono antiche ed altamente conservate attraverso gli eucarioti. Quindi, una connessione fra il sesso e lo sforzo può essere diffusa, un'individuazione che potrebbe avere implicazioni ampie. Secondo Catania, i risultati del loro studio piombo a parecchie nuove ipotesi circa l'origine ed il mantenimento del sesso: “In primo luogo, l'associazione intima fra la risposta di sforzo ed il sesso possono contribuire alla persistenza del sesso in natura. Ancora, queste due vie, trattate spesso come indipendenti, hanno potuto in effetti dividere un'origine evolutiva comune.„

Catania nota che gli studi supplementari in altri organismi saranno necessari verificare queste idee. Tuttavia, c'è ragione che i loro risultati possono essere generalizzabili ad altre specie.

Nel corso degli anni, la ricerca sul paramecio ha reso le comprensioni importanti in molte aree di biologia. Questo modello ha molto più offrire malgrado la sua biologia insolita e sosteniamo che può essere usata con successo per guadagnare le nuove comprensioni in molti fenomeni biologici.„

Francesco Catania, autore principale di nuovo studio e una guida del gruppo di ricerca all'università di Münster

Source:
Journal reference:

Thind, A.S., et al. (2020) What’s Genetic Variation Got to Do with It? Starvation-Induced Self-Fertilization Enhances Survival in Paramecium. Genome Biology and Evolution. doi.org/10.1093/gbe/evaa052.