Lernen Sie die winzigen Tardigraden kennen, die größten DNA-Diebe der Welt
Tardigraden sind Tiere, die unter extremen Bedingungen leben. Diese mikroskopisch kleinen wirbellosen Wassertiere, die auch als Wasserbären bezeichnet werden, können die Kälte und extreme Hitze sowie die rauen Bedingungen im Weltraum überstehen. Wenn sie dehydriert sind, können sie nur mit Wasser wiederbelebt werden, auch wenn sie Jahrzehnte so verbracht haben. Sie kommen auf allen Kontinenten, einschließlich der Antarktis, vor und leben in Umgebungen, die von Meeresgräben über Wüsten bis zum Gipfel des Himalaya reichen.
Jetzt hat ein Wissenschaftlerteam herausgefunden, dass diese Wesen eine andere einzigartige Erkrankung haben: Ihr Genom enthält die am meisten „veredelte“ DNA aller bekannten Tierarten. Die Forscher stellten fest, dass Tardigraden nicht alle Gene ihrer Vorfahren erbten, sondern ein Sechstel ihres Erbguts aus Pflanzen, Bakterien, Pilzen und Archaeen stammten. Diese ganze Mischung hat gezeigt, dass sich Arten auf viel weniger lineare Weise bilden können, als wir uns vorgestellt haben.
"Wenn die Menschen an die Vielfalt des Lebens und den Fluss genetischer Informationen denken, stellen sie sich einen Baum mit großen Ästen vor, die kleinere Äste hervorbringen, ohne dass eine Verbindung zwischen ihnen besteht", sagt Thomas Boothby. Er ist Postdoc-Stipendiat der Foundation for Life Scientific Research an der Universität von North Carolina in Chapel Hill. "Wir beginnen zu begreifen, dass es sinnvoller ist, anstelle des Baumes des Lebens über das Netz des Lebens nachzudenken", fährt er fort.
Boothby begann, das Genom der Tardigraden zu untersuchen, in der Hoffnung, die grundlegendsten Grundlagen der Strategie des extremen Überlebens von Kreaturen zu entdecken. Um jedes Gen zu katalogisieren, extrahierten er und seine Kollegen zunächst einige kurze DNA-Stücke von Tausenden dieser Wesen und sequenzierten sie. Sie verwendeten dann ein Computerprogramm, um alle Teile zusammenzunähen und den Code in seiner Gesamtheit zu enthüllen.
"Als wir das taten, sahen wir zunächst, dass es viele Gene gab, die nicht von Tieren zu stammen schienen", sagt der Wissenschaftler. "Unsere instinktive Reaktion war zu denken, dass wir einen Fehler gemacht haben oder dass etwas unsere Probe kontaminiert haben sollte", sagte er. Um das Ergebnis erneut zu überprüfen, testete das Team die Polymerasekettenreaktion, eine Methode, die Zielregionen des genetischen Materials nur dann verstärkt, wenn sie mit bestimmten "Auslösern" übereinstimmen.
In diesem Fall wollten sie herausfinden, ob sie tierische und bakterielle Gene als einzelne Einheiten amplifizieren können, was nur möglich wäre, wenn sie physikalisch im selben Genom verknüpft wären. "Wir haben es für über 100 Gene getan, mit 98% Erfolg", sagte Boothby.
In der Überzeugung, dass die Genomwerte korrekt waren, rekonstruierte das Team die evolutionären Vorfahren spezifischer Gensequenzen, was bestätigte, dass es sich bei den scheinbar fremden Genen um genau das handelte, und nicht um etwas Ähnliches, das von den Tardigraden selbst entwickelt wurde. "Die Ergebnisse zeigten eindeutig, dass Gene, die fremd aussehen, tatsächlich aus nicht-tierischen Lebensformen stammen", sagte der Forscher.
Das Team kam zu dem Schluss, dass 17, 5% der Wasserbärengene aus fremdem Material bestehen. Die meisten dieser externen Gene haben einen bakteriellen Ursprung, wobei Tausende von Arten innerhalb der genetischen Zusammensetzung einer Tardigrade vertreten sind. Wissenschaftler glauben, dass viele dieser Gene für die gleiche Rolle bei der Stresstoleranz verantwortlich sind wie ihre "ursprünglichen Besitzer".
In einigen Fällen ersetzten fremde Elemente die von Tardigraden, während diese Tiere in anderen Fällen ihre eigenen Strukturen behielten, jedoch einzelne oder mehrere Kopien einer oder mehrerer Bakterienarten in sie integrierten. Forscher spekulieren, dass dies kein einmaliges Ereignis war und auch heute noch passieren könnte. Was jedoch noch nicht entdeckt wurde, ist, wie diese Kreaturen ihre eigene DNA mit fremdem genetischem Material reparieren können.
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