Drosophila: hedelmäkärpäset, lajit ja merkitys genetiikan malliorganismina
Drosophila — hedelmäkärpäset, yli 1 500 lajia ja niiden monimuotoisuus. D. melanogaster genetiikan ja kehitysbiologian keskeinen malliorganismi.
Drosophila on Drosophilidae-heimoon kuuluva pienten kärpästen suku, jonka jäseniä kutsutaan usein "hedelmäkärpäsiksi". Monet lajit ovat pieniä (yleensä noin 2–4 mm pitkiä) ja niille on ominaista pyöreä pää, isot silmät ja siivet, jotka mahdollistavat ketterän lennon lyhyillä etäisyyksillä.
Monimuotoisuus ja levinneisyys
Tässä suvussa on monia lajeja — kuvauksia on yli 1 500:sta, ja uusia lajeja kuvataan edelleen. Jotkut suosivat paikkoja, joissa on mätäneviä hedelmiä, toiset elävät etäisillä luonnonympäristöillä tai ovat erikoistuneet tiettyihin ravinnonlähteisiin. Aikuiset voivat syödä nektaria ja munia mätäneviin hedelmiin tai niiden läheisyyteen. Yksityiskohdat vaihtelevat suuresti lajeittain; esimerkiksi elämäntavat, lisääntymispaikat ja käyttäytyminen ovat lajirikkaita. Eniten lajeja on Havaijin saarilla, missä erilaistuminen ja saariston ikä ovat synnyttäneet laajoja lajiradiatsioita.
Ulkonäkö ja elinkaari
Drosophila-lajien elinkaari on selkeä: muna → toukka (kolme toukkavaihetta, eli instaaria) → kotelo (pupa) → aikuinen. Elinkaari voi olla hyvin lyhyt lämpimissä olosuhteissa; tavallisesti D. melanogasteria kehittyy täydelliseksi aikuiseksi muutamassa päivässä tai noin 10 päivässä 25 °C:ssa. Toukkavaiheessa ravintona on yleensä käymässä oleva orgaaninen aines, kuten mädäntyvä hedelmä tai hapanta ainetta sisältävä kasvillisuus.
- Munat: pienet ja vaaleat, kuoriutuvat muutamassa tunnissa–päivässä lämpötilasta riippuen.
- Toukat: kasvavat nopeasti, käyvät läpi kolme instaariaa ja syövät suuria määriä ravintoa.
- Kotelo: metamorfosoinnin vaihe, jossa tapahtuu aikuismuodon muodostuminen.
- Aikuinen: lisääntyy nopeasti; yksilöt elävät yleensä viikkoja olosuhteista riippuen.
Ekologia ja rooli ekosysteemissä
Drosophilat ovat tärkeä osa hajottajakuntia: ne kierrättävät orgaanista ainesta, edistävät mädäntymisprosessia ja palvelevat ravintona useille petoeläimille kuten kärpäshyönteisille, hämähäkeille ja lintuisille. Monet lajit voivat myös levittää mikro-organismeja ja vaikuttaa bakteeriyhteisöihin, joihin ne liittyvät.
Merkitys genetiikan ja kehitysbiologian malliorganismina
Erityisesti yhtä Drosophila-lajia, D. melanogasteria, on käytetty paljon genetiikan tutkimuksessa, ja se on yleinen malliorganismi kehitysbiologiassa. Lajin käyttö perustuu useisiin etuihin:
- Helppo ja halpa kasvatus laboratorio-olosuhteissa
- Nopea sukupolviaika ja runsas jälkeläistuotto
- Runsaasti saatavilla olevia mutaatioita ja perinnöllisiä työkaluja (esim. balansoivat kromosomit)
- Edistynyt molekyylibiologinen työkaluvalikoima: transgeenitekniikat, GAL4/UAS-ilmentämisjärjestelmä, CRISPR/Cas9 ym.
Varhaiset tutkimukset, kuten Thomas Hunt Morganin työ, osoittivat, että geenit sijaitsevat kromosomeissa ja että jotkin ominaisuudet periytyvät sukupuoleen liittyen — nämä löydöt tekivät Drosophila-lajista keskeisen tutkimusorganismin perinnöllisyyden ymmärtämisessä. Myöhemmin laji on tarjonnut keskeisen aineiston geenikartoitukseen, kehitysgeenien toiminnan paljastamiseen ja solujen erilaistumisen mekanismien tutkimukseen. D. melanogasterin genomin sekvenssi julkaistiin tietokirjallisuudessa 2000-luvun alussa, mikä laajensi entisestään sen käyttöä modernissa genomitutkimuksessa.
Tieteelliset sovellukset ja terveystutkimus
Drosophila-malleilla tutkitaan monia biologisia ilmiöitä, kuten solujen jakautumista, hermoston kehitystä, käyttäytymisen perusta ja aineenvaihduntaa. Lisäksi niitä käytetään malli- eli eläinmalleina ihmissairauksille: neurodegeneratiiviset sairaudet (esim. Parkinsonin ja Alzheimerin taudin mallintaminen), syöpäbiologia, ikääntymistutkimus ja lääkeainetestaukset ovat esimerkkejä. Koska perustavatbiologiset reitit ovat monilta osin säilyneet eläinlajien välillä, Drosophila tarjoaa tehokkaan väylän geenien funktionaaliseen tutkimukseen.
Muita lajeja ja evoluutio
Suvussa on useita muita tutkimuksessa käytettyjä lajeja, kuten D. pseudoobscura ja D. virilis, jotka tarjoavat vertailumateriaalia evoluutio-, populaatio- ja lajistumistutkimuksille. Erityisesti saaristojen (esim. Havaiji) lajiradiatsiot ovat tarjonneet mahdollisuuden tutkia nopeaa erilaistumista ja sopeutumista erilaisiin ekologisiin lokeroihin.
Vaikutus ihmisiin ja käytännön huomiot
Useimmat Drosophila-lajit eivät ole ihmiselle haitallisia, mutta ne voivat olla ärsyttäviä kotitalouksissa, joissa on kypsymiä hedelmiä tai avointa ruokaa. Laboratorioissa työskentely vaatii hyviä hygieeniakäytäntöjä viljelmien ja ristikontaminaation estämiseksi. Tutkimuksen kautta saatavat löydökset ovat laajentaneet ymmärrystämme perinnöllisyydestä, kehityksestä ja sairauksista, joten hedelmäkärpäset ovat yksi biotieteiden arvostetuimmista malliorganismeista.
Muna
Toukka
Poikaset (ruskeat yksilöt ovat vanhempia kuin valkoiset).
Aikuinen Drosophila melanogaster
Elinkaari
Drosofilalajeja tavataan kaikkialla maailmassa, mutta trooppisilla alueilla lajeja on enemmän. Drosofilat löysivät tiensä Havaijisaarille ja säteilivät siellä yli 800 lajia. Niitä tavataan aavikoilla, trooppisissa sademetsissä, kaupungeissa, soilla ja alppialueilla. Jotkin pohjoiset lajit talvehtivat. Useimmat lajit lisääntyvät erilaisissa mätänevissä kasveissa ja sienissä, kuten hedelmissä, kuoressa, limaliejuissa, kukissa ja sienissä. Ainakin yhden lajin, D. suzukii, toukat voivat elää myös tuoreissa hedelmissä, ja ne voivat joskus olla tuholaisia.
Kosiskelukäyttäytyminen
Seuraava jakso perustuu seuraaviin Drosophila-lajeihin: Drosophila simulans ja Drosophila melanogaster.
Drosophila melanogasterin seurustelukäyttäytymistä on arvioitu myös sukupuoleen liittyvien geenien osalta, joiden on todettu vaikuttavan sekä uroksen että naaraan seurustelukäyttäytymiseen. Viimeaikaisissa kokeissa on tutkittu fruitless- (fru) ja doublesex-geenien (dsx) roolia, jotka ovat ryhmä sukupuolikäyttäytymiseen liittyviä geenejä.
Lisääntyminen
Tämän suvun uroksilla tiedetään olevan maapallon kaikista eliöistä pisimmät siittiösolut. Erään lajin, Drosophila bifurcan, siittiöt ovat 58 mm pitkiä. Solut ovat enimmäkseen pyrstöisiä, ja ne toimitetaan naaraille kietoutuneina kierteinä. Ne Drosophila-lajit, joilla on hyvin pitkät siittiöt, tuottavat suhteellisen vähän siittiösoluja. D. melanogasterin siittiösolut ovat vaatimattomammat 1,8 mm pitkät, vaikka se on silti noin 300 kertaa pidempi kuin ihmisen sperma.
Useiden D. melanogaster -lajiryhmän lajien tiedetään parittelevan traumaattisella keinosiemennyksellä, jossa uros lävistää peniksellään naaraan vatsan ja ruiskuttaa siittiöitään haavan kautta naaraan vatsaonteloon (hemocoeliin).
Drosofiloiden lisääntymiskyky vaihtelee suuresti. Niillä, kuten D. melanogasterilla, jotka lisääntyvät suurissa, niukoissa resursseissa, on munasarjat, joissa kypsyy 10-20 munaa kerrallaan, ja ne voidaan munia yhdessä paikassa. Toiset, jotka lisääntyvät yleisissä mutta vähemmän ravinteikkaissa paikoissa (kuten lehdissä), saattavat munia vain yhden munan päivässä.
Munissa on yksi tai useampi hengityssäie lähellä etupäätä; niiden kärjet ulottuvat pinnan yläpuolelle ja mahdollistavat hapen pääsyn alkioon. Toukat eivät syö kasviperäistä ainetta vaan lehtien tai hedelmien mätänevällä pinnalla olevia hiivoja ja mikro-organismeja. Kehitysaika vaihtelee suuresti eri lajien välillä (seitsemästä yli 60 päivään) ja riippuu muun muassa lämpötilasta, kasvualustasta ja tungoksesta.
Sukulaisuussuvut ja -lajit
Drosofilalla on useita lähisukulaisia, ja jotkut niistä saattavat jopa olla sen suvun sisällä.
- Lordiphosa on suku, joka on hyvin samankaltainen kuin Drosophila.
- Scaptomyza on suku, joka on todennäköisesti kehittynyt Drosophilasta Havaijin saarilla.
Nämä ovat vain esimerkkejä. "Havaijin Drosophilidae-heimo on monofyleettinen".
Aiheeseen liittyvät sivut
- D. melanogaster
- D. pseudoobscura
- D. persimilis
- D. subobscura
- D. simulans
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on Drosophila?
V: Drosophila on pienten kärpästen suku, joita kutsutaan usein hedelmäkärpäsiksi, etikkakärpäsiksi tai viinikärpäsiksi ja jotka kuuluvat Drosophilidae-heimoon.
K: Missä monet Drosophila-lajit oleskelevat?
V: Monet Drosophila-lajit oleskelevat ylikypsien tai mätänevien hedelmien ympärillä.
K: Miten Drosophilan suku on jaettu?
V: Drosophila-suku on jaettu alasukuihin.
K: Mitä Drosophilan aikuiset eläimet syövät?
V: Drosophilan aikuiset voivat syödä nektaria.
K: Mihin Drosophila munii munansa?
V: Drosofilat voivat munia mätäneviin hedelmiin tai niiden läheisyyteen.
K: Onko kaikilla Drosophila-lajeilla samat yksityiskohdat?
V: Ei, Drosophilan yksityiskohdat vaihtelevat suuresti lajeittain.
K: Kuinka monta lajia Drosophila-suvussa on?
V: Drosophilan suvussa on monia lajeja.
Etsiä