Слушания Национальной академии наук недавно издали его результаты онлайн. В газете, названной «Расширение генома разделением происхождения и сокращением генома эндосимбионта цикады Hodgkinia», Маккатчен и его команда нашли, что пищевые симбионты, живущие в долго живущих цикадах, стали намного более сложными. И это – не обязательно хорошая вещь для насекомого.
Лаборатория Маккатчена исследует симбиозы цикад, кормящего сок насекомого, которое зависит от двух бактерий, Sulcia и Hodgkinia, чтобы сделать аминокислоты – существенные питательные вещества, которые она должна пережить. В обмен бактерии живут удобно в цикаде. Так как все три разделили пищевые роли, каждый член симбиоза абсолютно зависит от других двух для выживания.
Итог: Если насекомое теряет свои бактерии, оно умирает.В прошлом году Маккатчен и его команда обнаружили, что у некоторых цикад, бактерия Hodgkinia разделилась на две новых разновидности. У этих насекомых Sulcia был все еще там, но они нашли два различных видов Hodgkinia. Таким образом, что ранее, как думали, было трехсторонним, или симбиоз с тремя путями, как теперь доказывают, на самом деле симбиоз с четырьмя путями.
Заинтригованный этим открытием, исследователи вырыли глубже.«Мы думали, что это странное бактериальное событие ‘видообразования’ могло бы быть связано с необычным жизненным циклом цикады, не самого Hodgkinia», сказал Маккатчен.
Цикады уникальны среди насекомых для их переменных и длинных жизненных циклов. У жившей самым коротким образом цикады есть двухлетняя продолжительность жизни, в то время как у живших самым длинным образом есть 17-летняя продолжительность жизни.«Мы предположили, что у Hodgkinia могла бы быть возможность разделиться на большее количество разновидностей, если бы это жило у дольше живших цикад», сказал Маккатчен.
Это точно, что они нашли. Исследователи начали, смотря на геном и структуру клетки Hodgkinia у живших самым длинным образом цикад – периодические цикады по имени Махисикада.
Это 13-и 17-летние цикады, которые иногда выходят в огромном количестве в Центральных и Восточных США – на самом деле, есть огромное появление, происходящее прямо сейчас.Они обнаружили, что, действительно, Hodgkinia фрагментировал в многочисленные новые разновидности, вероятно на заказе 20 – 50 или около этого.«Это так сложно, что трудно получить точное количество прямо сейчас», сказал Маккатчен.Hodgkinia, кажется, создал крупную и грязную beueaucracy геномов и клеток.
В то время как роль Hodgkinia не изменилась, это теперь берет коллектив, чтобы выполнить задачу того, что было когда-то закончено единственной клеткой. В Magicicada оригинальные функции Hodgkinia отгораживаются перегородкой на меньшие рабочие места и роли.
Однако многие или большинство этих новых геномов остаются в отдельных клетках.Что это означает для цикады? В то время как внутренняя бюрократия его бактерий вышла из-под контроля, это все еще уверено на симбиоз для выживания.
Теперь, этому, вероятно, нужен весь геном, коллективный, чтобы выжить. Это означает, что у цикад, симбиоз пошел от партнерства с тремя путями до того, которое включает десятки и десятки взаимодействия и созависимых разновидностей.«Мы думаем, что эта сложность – в основном результат неадаптивной эволюции, по крайней мере с точки зрения цикады хозяина», сказал Маккатчен. «Трудно вообразить ситуацию, где для цикады лучше должным быть управлять 50 версиями Hodgkinia вместо одного.
Мы думаем, что у долговечных цикад цикада не может мешать Hodgkinia разделиться, и это или должна справиться с изменениями или всем крахом симбиоза».Работа Маккатчена имеет последствия для способа, которым мы думаем о наших собственных симбионтах – таких как обеспечивающие власть митохондрии в наших камерах, которые являются результатом очень старого бактериального симбиоза – а также силы, которые диктуют структуру геномов в целом.
«Это дикое разнообразие в структуре генома распространено в митохондриях, и теперь мы видим его в бактериальных симбионтах, также», сказал Маккатчен.Именно другая особенность объединяет симбионты и органоиды и понимание, что развитие органоидов фундаментально для понимания развития жизни.
Поскольку органоиды возникли так давно, невозможно проследить до определенных событий, которые позволили органоиду становиться тем, что это сегодня. Исследуя эволюцию Ходгкинии, исследователи в лаборатории Маккатчена надеются получить сведения о легендарном прошлом органоидов, история которых была с тех пор стерта.