Drosophilidae (hedelmäkärpäset) — lajit, biologia ja mallieläin D. melanogaster
Artikkeli: Drosophilidae — hedelmäkärpäset, lajit, biologia ja mallieläin D. melanogaster. Genetiikka, elinkaari, tutkimushistoria ja laboratoriokäyttö kattavasti.
Drosophilidae on monimuotoinen, kosmopoliittinen kärpäsperhe, johon kuuluvat yleisesti hedelmäkärpäset. Perheeseen kuuluu yli 4000 lajia noin 75 suvussa, ja lajit vaihtelevat sekä ekologiassa että morfologiassa.
Taksonomia ja alaryhmät
Drosophilidae-heimossa erotetaan pääsääntöisesti kaksi alahaaraa: Drosophilinae ja Steganinae. Taksonominen tutkimus perustuu perinteisesti morfologiaan mutta myös nykyään laajasti molekyylisiin menetelmiin, mikä on paljastanut heimossa runsaasti vielä kuvaamattomia lajeja ja sukulinjoja.
Ulkonäkö ja elintoiminnot
Hedelmähärpäset ovat yleensä pieniä (useimmiten muutamien millimetrien pituisia), niillä on suhteellisen suuri pää ja usein kirkkaat silmät. Lajit eroavat toisistaan värityksessä, siipien kuviollisuudessa ja sukupuolten ulkoisissa tunnusmerkeissä. Monet lajit käyttävät luonnollisena ravintonaan fermentoituvia hedelmiä ja niihin liittyvää hiivaa.
Elinkaari ja lisääntyminen
Hedelmähärpästen elinkaari sisältää munan, toukan, kotelon ja aikuisen (imago) vaiheet. Kehityksen nopeus riippuu vahvasti lämpötilasta: esimerkiksi laboratoriossa Drosophila melanogaster voi käydä läpi sukupolven noin 10 päivän kuluessa optimaalisissa lämpötiloissa (n. 25 °C), mutta kylmemmässä kehitys hidastuu ja elinikä pitenee.
- Useimpien lajien aikuiset solut ovat pääosin postmitoottisia eli eivät jakaudu kuoriutumisen jälkeen.
- Aikuiset yksilöt elävät suhteellisen lyhyen aikaa, ja niiden vanheneminen etenee asteittain. Lämpötila, ravinto ja geneettiset tekijät säätelevät elinikää.
- Useita geenejä ja säätelyreittejä voidaan manipuloida eliniän pidentämiseksi; tutkimuksissa on erityisesti korostunut esimerkiksi insuliini/IGF‑signaalointi- ja TOR‑reittien sekä kalvorakenteisiin liittyvien tekijöiden merkitys.
Ekologia ja levinneisyys
Drosophilidae-lajit ovat yleisiä sekä kaupunkiympäristöissä että luonnossa, missä ne käyttävät ravintonaan mädäntyviä kasvimateriaaleja, hiivaa ja sieniä. Joillakin lajeilla on erikoistuneita elintapoja ja isäntäkasveja; toiset ovat hyvin yleiskäyttöisiä. Perheen lajit esiintyvät maailmanlaajuisesti mutta lajikoostumuksessa on alueellisia eroja.
Drosophila melanogaster — mallieläin
Heimon tunnetuin laji on Drosophila melanogaster. Tätä lajia käytetään laajalti genetiikan, kehityksen, fysiologian ja käyttäytymisen tutkimukseen. D. melanogasterin eduiksi laskettavat ominaisuudet ovat lyhyt sukupolvikierros, pieni koko, edullinen pitäminen laboratorio-olosuhteissa ja verrattain helppo geneettinen manipulointi.
- Tutkimusmenetelmiin kuuluvat perinteiset ristikokeet, balancer-kromosomit, GAL4/UAS-järjestelmä geeni-ilmaisun ohjaukseen, RNA‑interferenssi ja nykyaikaiset geenieditointitekniikat kuten CRISPR‑Cas9.
- Lajista on saatavilla laajoja geneettisiä resursseja: mutantti- ja transgeenikantoja sekä täysin sekvensoitu genomitieto.
- Laboratoriotutkimus on antanut perustan lukuisille biologian peruskäsitteille (esim. kymmenet geenit ja kehityspolut on alun perin hahmoteltu Drosophilassa).
D. melanogasteria ei tutkita kuitenkaan pelkästään laboratoriossa: merkittäviä luonnossa tehtyjä tutkimuksia suorittivat mm. Dobzhansky ja kollegat käyttäen muun muassa Drosophilapseudoobscuralla tehtyjä kenttätutkimuksia 1930-luvun alusta 1970-luvulle. Näiden tutkimusten tuloksia ja niiden tulkintaa on käsitelty mm. teoksessa Lewontin ym. 2003, ja teoreettisia keskusteluja löytyy Dobzhanskyn 1970 julkaisuista.
Tutkimuksen sovelluksia ja löydökset
Drosophilan avulla on selkeytetty muun muassa kromosomien käyttäytymistä, homeoottisten geenien roolia kehityksessä, geenien säätelyn periaatteita ja vanhenemisen molekyylimekanismeja. Tutkimus yhdistää perinteisiä geneettisiä lähestymistapoja ja moderneja -omiksiikan menetelmiä (transkriptomi, proteomi, metabolomi).
Erot Tephritidae‑heimoon
On olemassa toinen, rakenteeltaan ja ekologiassaan toisistaan erillinen kärpäsperhe, Tephritidae, johon kuuluu myös lajeja, joita kansankielessä kutsutaan "pieniksi hedelmäkärpäsiksi". Tephritidae-lajeilla on usein erilainen elintapa ja ne sisältävät useita maataloudelle haitallisia lajeja, kun taas Drosophilidae ovat pääosin mädäntyvän orgaanisen aineksen hyödyntäjiä eivätkä yleensä aiheuta samanlaista suoraa tuhoa viljelyksille.
Yhteenveto
Drosophilidae on biologisesti rikas ja tieteellisesti arvokas kärpäsperhe, jonka lajit toimivat sekä luonnollisina osina ekosysteemejä että tehokkaina mallijärjestelminä perustutkimuksessa. Perheen laaja lajisto, monipuoliset elintavat ja Drosophila-mallien tarjoamat tutkimusmenetelmät tekevät siitä keskeisen kohteen evoluution, kehityksen ja genetiikan tutkimuksessa.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Drosophilidae-heimo?
V: Drosophilidae on valtava, laajalle levinnyt kärpäsperhe, johon kuuluvat kuuluisat hedelmäkärpäset. Siihen kuuluu yli 4000 lajia 75 suvussa.
K: Mikä laji tunnetaan parhaiten tästä suvusta?
V: Drosophilidae-heimon tunnetuin laji on Drosophila melanogaster.
K: Miten näitä hyönteisiä tutkitaan?
V: Näitä lajeja ja niiden sukulaisia käytetään usein genetiikan, kehityksen, fysiologian ja käyttäytymisen tutkimiseen. Niitä tutkitaan useimmiten laboratorioissa eikä luonnollisissa ympäristöissä.
K: Kuka tutki Drosophila pseudoobscuraa luonnollisessa ympäristössä?
V: Tunnetuimpia Drosofilaa luonnollisessa ympäristössä koskevia tutkimuksia tekivät Dobzhansky ja kollegat 1930-luvun alusta vuoteen 1970. Jäljennökset ja keskustelut ovat Lewontin et al. 2003 ja teoreettiset keskustelut Dobzhanskyn 1970 julkaisussa.
Kysymys: Kuinka kauan hedelmäkärpäsen solut yleensä jakautuvat kuoriutumisen jälkeen?
V: Hedelmäkärpäsen solut eivät yleensä jakaudu imagon (aikuisen) kuoriutumisen jälkeen; ne koostuvat enimmäkseen postmitoottisista soluista.
K: Mikä vaikuttaa näiden eläinten elämänhistoriaan?
V: Lämpötila vaikuttaa hedelmäkärpästen elämänhistoriaan; ne elävät pidempään kylmemmällä säällä. Myös useita geenejä voidaan manipuloida niiden eliniän pidentämiseksi.
K: Kuinka monta alahaaraa Drosophilidae-heimolla on?
V: Drosophilidae-heimossa on kaksi alahaaraa - Drosophilinae- ja Steganinae-heimot.
Etsiä