Drosophila: puuviljakärblaste perekond ja tuntud mudelorganism
Drosophila on väikeste kärbeste sugukond, mis kuulub perekonda Drosophilidae, mille liikmeid nimetatakse sageli "puuviljakärblasteks".
Selles perekonnas on palju liike. Mõned neist eelistavad kohti, kus on mädanevad viljad. Täiskasvanud isendid võivad toituda nektariga ja muneda mädanevate viljade peale või nende lähedusse. Üksikasjad on liigiti väga erinevad. Kõige rohkem liike on Hawaii saartel.
Eriti üks Drosophila liik, D. melanogaster, on leidnud laialdast kasutamist geneetilistes uuringutes ja on levinud mudelorganism arengubioloogias. Sugukonda kuulub üle 1500 liigi, mille välimus, käitumine ja kasvukohad on erinevad.
Täpsustus taksonoomiast: originaalteksti sõnastus võib jätta mulje, et Drosophila on sugukond; teaduslikult on aga Drosophila perekond (genus), mis kuulub suuremasse sugukonda (familiesse) Drosophilidae. Perekonna sees on palju eri liike, neist tuntum ja laborites levinum on D. melanogaster.
Liikide mitmekesisus ja levik
Drosophila-perekond sisaldab üle tuhande viiesaja liigi, mis elavad väga erinevates elupaikades: metsades, põldudel, niitudel ja inimasustuse lähedal. Paljud liigid on eristunud spetsiifiliselt teatud toidukihtide või kasvukohtadega ning mõnel saarel, eriti Hawaii saartel, on tekkinud suuri liigilisi radiatsioone ehk kiiret mitmekesistumist.
Elutsükkel ja bioloogia
Drosophila elutsükkel koosneb munast, vastsest (larva), nukkestaadiumist (pupa) ja täiskasvanust. Tüüpiline arenguaeg D. melanogaster puhul on 25 °C juures umbes 10 päeva (muna → adult), kuid see sõltub temperatuurist ja toitumisest. Vastsed toituvad peamiselt mikroorganismidest ja fermenteerunud ainest, mis tekib laguneva vilja või muu orgaanika pinnal. Täiskasvanud kärbsed elavad üldjuhul paarist nädalast kuni mõne kuu ning paljunemine on kiire, mistõttu liigid levivad vajadusel kiiresti.
D. melanogaster kui mudelorganism
D. melanogaster populaarsus laborites tuleneb mitmest praktilisest eelistest: lühike generatsiooniaeg, lihtne pidada suures arvus, madalad kulud ja rikkalik geneetiline mitmekesisus. Sellel liigile on täielikult järjestatud genoom (avalikud andmebaasid), ja sellel on välja töötatud arvukad geneetilised tööriistad, nagu taltelemendid (balancer-kromosoomid), P-elemendid, GAL4-UAS süsteem ja tänapäeval ka CRISPR-põhised vormid geeniredigeerimiseks.
- Olulised panused teaduses: pärilikkuse ja kromosoomiteooria arendamine (Thomas Hunt Morgan ja kaastöötajad), embrüogeneesi grammatikate avastused ja palju muid geneetilisi, neurobioloogilisi ja käitumisalaseid uurimusi.
- Uurimissuundadeks on arengubioloogia, geeniregulatsioon, närvisüsteemi areng ja käitumine, vananemine, immuunsus ja haigusmudelid (nt neurodegeneratiivsed haigused).
Praktiline kasvatamine ja kasutamine laboris
Drosophila kasvatamine on suhteliselt lihtne: laboris kasutatakse sageli agaripõhist või vedelat toitainemassiivi, mis sisaldab suhkrut, pärmi/kuivatatud piimapulbrit ja muid toitaineid. Sarnasest põhjusest on kärbsed sobivad kõrge reprodutseerimisvõime ja kontrollitavate tingimuste tõttu geneetiliste katsete läbiviimiseks ning suurte populatsioonide korraga uurimiseks. Eetiliselt nõuavad kärbsed vähem keerukat järelevalvet kui suuremad mudelorganismid, kuid nende uurimine peab siiski järgima asjakohaseid laboritavasid ja loomauurimise eetikapõhimõtteid.
Teaduslik ja majanduslik tähtsus
Lisaks põhiteadusele aitavad Drosophila uuringud mõista üldisemaid bioloogilisi protsesse, mis on sageli ülekantavad ka teistele organismidele, sealhulgas inimestele. Drosophila-põhised leiud on andnud aluse paljudele raviteooriatele ja geenitehnoloogia meetoditele. Samuti osalevad puuviljakärbsed looduslikus lagundamistsüklis, aidates orgaanilist ainet lagundada ja seeläbi ringlust toitaineid ökosüsteemis mõjutada.
Kokkuvõttes on Drosophila perekond bioloogiliselt ja teaduslikult väga oluline: see sisaldab suurt hulka liike erisuguste elupaikadega ning ühe liigi, D. melanogaster, tööriistakast on teinud sellest ühe kõige viljakama ja mõjukama mudelorganismi geneetika ja arengubioloogia ajaloos.
Muna
Larva
Kutsikad (pruunid eksemplarid on vanemad kui valged)
Täiskasvanud Drosophila melanogaster
Elutsükkel
Drosofila liike leidub kogu maailmas, kusjuures troopilistes piirkondades on neid rohkem. Drosofilad jõudsid Hawaii saartele ja kiirgasid üle 800 liigi. Neid võib leida kõrbetes, troopilistes vihmametsades, linnades, soodes ja alpistes vööndites. Mõned põhjapoolsed liigid talvituvad. Enamik liike pesitseb mitmesuguses lagunevas taime- ja seenematerjalis, sealhulgas puuviljades, koores, limaskestades, lilledes ja seentes. Vähemalt ühe liigi, D. suzukii, vastsed võivad toituda ka värsketest puuviljadest ja olla mõnikord kahjuriks.
Kurameerimine
Järgnev osa põhineb järgmistel Drosophila liikidel: Drosophila simulans ja Drosophila melanogaster.
Drosophila melanogasteri kurameerimiskäitumist on hinnatud ka sooga seotud geenide suhtes, mis on seotud nii isas- kui ka emasloomade kurameerimiskäitumisega. Hiljutised katsed uurivad suguliku käitumisega seotud geenide rühma fruitless (fru) ja doublesex (dsx) rolli.
Reproduktsioon
Selle perekonna isastel on teadaolevalt kõige pikemad seemnerakud kui ühelgi teisel organismil Maal. Ühe liigi, Drosophila bifurca, spermatosoidid on 58 mm (2,3 tolli) pikad. Need rakud on enamasti sabas ja toimetatakse emasloomadele kobaras mähistes. Need Drosophila liigid, millel on väga pikad spermad, toodavad suhteliselt vähe seemnerakke. D. melanogasteri seemnerakkude pikkus on tagasihoidlikum 1,8 mm, kuigi see on siiski umbes 300 korda pikem kui inimese spermatosoidi pikkus.
On teada, et mitmed D. melanogaster'i liigirühma kuuluvad liigid paarituvad traumaatilise seemendamise teel, mille puhul isane läbistab oma peenisega emase kõhu ja süstib oma sperma läbi haava emase kõhuõõnde (hemocoel).
Drosophila paljunemisvõime on väga erinev. Nendel, nagu D. melanogaster, kes paljunevad suurtes, nappides ressurssides, on munasarjad, mis küpsevad korraga 10-20 muna ja mida saab üheskoos ühte kohta muneda. Teised, kes paljunevad tavalistes, kuid vähem toitevates kohtades (näiteks lehtedes), võivad muneda vaid ühe muna päevas.
Munadel on eesmise otsa lähedal üks või mitu hingamisniiti, mille otsad ulatuvad pinnast kõrgemale ja võimaldavad hapniku jõudmist embrüosse. Vastsed ei toitu mitte taimsetest ainetest, vaid lehtede või viljade laguneva pinna pärmidest ja mikroorganismidest. Arenguaeg varieerub liigiti suuresti (seitsmest kuni enam kui 60 päevani) ja sõltub sellistest teguritest nagu temperatuur, kasvusubstraat ja rahvastikutahe.
Seotud perekonnad ja liigid
Drosophilal on mitmeid lähisugulasi, ja mõned neist võivad tegelikult olla oma perekonna sees.
- Lordiphosa on perekond, mis on väga sarnane Drosophila perekonnale.
- Scaptomyza on perekond, mis on Hawaii saartel arvatavasti arenenud Drosophilast.
Need on vaid näited. "Hawaii Drosophilidae on monofüleetilised".
Seotud leheküljed
- D. melanogaster
- D. pseudoobscura
- D. persimilis
- D. subobscura
- D. simulans
Küsimused ja vastused
K: Mis on Drosophila?
V: Drosophila on väikeste kärbeste sugukond, mida sageli nimetatakse puuviljakärbesteks, äädikakärbesteks või veinikärbesteks ja mis kuuluvad perekonda Drosophilidae.
K: Kus viibivad paljud Drosophila liigid?
V: Paljud Drosophila liigid viibivad üleküpsenud või mädanevate puuviljade ümber.
K: Kuidas jaguneb perekond Drosophila?
V: Sugukond Drosophila jaguneb alamsugukondadeks.
K: Millest toituvad Drosophila täiskasvanud isendid?
V: Drosophila täiskasvanud isendid võivad toituda nektariga.
K: Kuhu munevad Drosophila munad?
V: Drosofila võib muneda mädanevate viljade peale või nende lähedusse.
K: Kas kõigil Drosophila liikidel on samad üksikasjad?
V: Ei, Drosophila üksikasjad erinevad liikide lõikes suuresti.
K: Mitu liiki on Drosophila perekonnas?
V: Drosophila perekonnas on palju liike.
