Epigenetyka dosłownie odnosi się do tego, co nakłada się na genetykę. Procesy epigenetyczne wyjaśniają, w jaki sposób ciągła ekspozycja na czynniki środowiskowe kształtuje szybkie reakcje adaptacyjne.
Te procesy adaptacyjne są kluczowe dla przetrwania wszystkich gatunków, zwłaszcza w coraz szybciej zmieniającym się środowisku. Jeśli chcesz poznać specyfikę tej gałęzi nauki, czytaj dalej.
Nie całe dziedzictwo genetyczne jest uzyskiwane przez geny
Od szkoły uczymy się, że takie cechy jak kolor oczu i struktura włosów są regulowane przez geny, części DNA kodujące białka, które są dziedziczone, ale to tylko część procesu.Prawda jest taka, że geny kodowane przez zasady azotowe stanowią zaledwie 1,5% całkowitego DNA.
Co się dzieje z tymi ogromnymi pozostałymi 98,5%? Cóż, nie do końca wiadomo. Te niekodujące części można uznać za podobne do Deep Web. Posługując się analogią, informacji tam zawartych nie można uzyskać za pomocą tradycyjnej przeglądarki.
Epigenom też jest dziedziczony
Do tej pory znane są sekwencje, które nie kodują białek, ale są celem procesów regulacji genów. Tak więc opisano, że te niekodujące sekwencje mogą być „oznaczone” i że te znaczniki tworzą system, który reguluje ekspresję genów. To właśnie zostało nazwane epigenomem.
Epigenetyka działa poprzez znaczniki chemiczne lub znaki, które dodane do chromosomów lub histonów włączają lub wyłączają geny.
Powstały nowy fenotyp jest przekazywany z komórki do jej komórek potomnych podczas podziału komórki, ale jest również dziedziczony z żywej istoty na jej potomstwo. Cechy te można zachować przez kilka pokoleń. Oto kilka przykładów zmian epigenetycznych w królestwie zwierząt.
Obronna skorupa pchły wodnej
Pchły słodkowodne należą do rodzaju planktonowych skorupiaków zwanych rozwielitkami. Te maluchy potrafią wykryć substancje chemiczne wytwarzane przez ich drapieżniki, gdy są w pobliżu.
Tak więc, po dostrzeżeniu tego zagrożenia, wyrasta rodzaj muru obronnego. W szczególności zwierzę przechodzi zmiany w architekturze pancerza, co zwiększa grubość i sztywność prążka.
Dodatkowo te bezkręgowce wykazują również bardziej wyrafinowane zmiany, które dostosowują się do strategii łowieckiej każdego drapieżnika. Na przykład D. pulex rozwija „kły”, które przeciwdziałają uściskowi larw karłowatego ducha Chaoborus (Diptera).
Wręcz przeciwnie, w obecności drapieżnika Notonecta glauca gatunek Dapnia longicephala wykształca grzebienie, które utrudniają penetrację pyska drapieżnika. Te przemiany pcheł wodnych są spowodowane epigenetyką.
Niesamowite, ale jeszcze bardziej uderzające jest to, że ich potomstwo również będzie rodzić się z takimi hełmami, a często zjawisko to utrzymuje się nawet u ich wnuków. Tak więc obrona jest dziedziczona między pokoleniami.
Epigenetyka i adaptacja do zmian klimatu
W 2016 roku kanadyjscy naukowcy wykazali, że populacja płaszczki (Leucoraja ocellata), która zamieszkuje południową część Zatoki Świętego Wawrzyńca, zmniejszyła się w odpowiedzi na cieplejsze wody. Zmniejszyli rozmiar ciała o 45% w porównaniu z innymi populacjami.
Naukowcy poinformowali, że te łyżwy przystosowały się do temperatury ciepłej wody, która jest o około 10°C wyższa niż w innych miejscach w zatoce.Jest to ważna adaptacja, ponieważ gdy ocean się ociepla, zawartość tlenu spada, utrudniając odpowiednie natlenienie większych ryb.
W badaniu wykryto 3653 zmiany w ekspresji ich genów, które odzwierciedlały, oprócz zmiany wielkości ciała, inne związane z procesami fizjologicznymi. Poza wykrytymi zmianami epigenetycznymi, sekwencja jego genów była identyczna z sekwencją innej populacji łyżew atlantyckich.
Badanie zmian epigenetycznych powodowanych przez insektycydy
Ekspozycja na insektycydy wywiera silną presję na gatunki owadów, ponieważ bez jakichkolwiek mechanizmów oporności nie przeżyją. Stosowanie insektycydów w programach zwalczania wektorów i szkodników jest nieuniknione ze względów zdrowia publicznego oraz w rolnictwie przemysłowym.
Dowody sugerują, że oprócz znanych mechanizmów oporności, ważną rolę mogą odgrywać procesy epigenetyczne.Zmiany epigenetyczne w DNA w odpowiedzi na ekspozycję na insektycydy mogą stworzyć czuły sposób działania w celu wzmocnienia wczesnej adaptacji. Z tego powodu jest to pole intensywnych badań naukowych.