Die Luft atmest du? Eine Diatomee gemacht, dass

Andrew Alverson ist ein Biologe und Experte für Kieselalgen an der University of Arkansas in Fayetteville. Er trug diesen Artikel, um Live Science Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Sie werden ca. 2 Liter (knapp über eine halbe Gallone) von Sauerstoff in der Zeit verbrauchen dauert es Sie zu diesem Beitrag zu lesen. Etwa 20 Prozent, dass Sauerstoff stammt aus der Photosynthese von marinen Diatomeen – die wichtigsten kleine Organismen, die meisten Menschen noch nie gehört haben.

Diatomeen sind winzig – fünf bis 10 davon auf einen Stecknadelkopf passen könnte – aber diese einzelligen Algen eine immense Rolle im Ökosystem des Planeten zu halten arbeiten. Sie sind wichtige Vermittler von Kohlenstoff und Sauerstoff Zyklen, ein integraler Bestandteil der marinen Nahrungsnetze und die wichtigsten Cyclers an Kieselsäure, die etwa ein Viertel der Erdkruste darstellt. [Fotos: die Vielfalt der Diatomeen]

Diatomeen integrieren, dass Kieselsäure in ihrer wunderschön verzierten Glas Zellwände, deren komplizierte Muster Forscher seit Jahrhunderten fasziniert haben. Diatomee Arten unterscheiden sich vor allem auf der Grundlage ihrer Zellwand Funktionen und zunehmend auch Unterschiede in ihrer DNA-Sequenzen. Niemand weiß wirklich, wie viele verschiedene Diatomeen sind da draußen, aber vorsichtigen Schätzungen zufolge rund 100.000 bis 200.000 Arten, so dass sie zu den artenreichsten Abstammungen der Eukaryoten. Eukaryonten gehören Pflanzen, Tiere und alles andere, deren Zellen in Membrane-springen Fächer, darunter einen Zellkern organisiert sind.

Gefunden in Umgebungen von tropischen Riffen bis hin zu Meereis und Süßwasser zu sehr salzigen Gewässer – und so ziemlich jeden Ort dazwischen — Diatomeen sind auch ökologisch und physiologisch verschieden. All dies hat motiviert viel Forschung auf die Ermittlung der Faktoren, die für ihre außergewöhnliche Spezies-Ebene, morphologische und ökologische Vielfalt geführt.

Fortschritte in der DNA-Sequenzierung Technologien machten es möglich und sinnvoll, um diese Art von Fragen mit der Sequenzierung des gesamten Genoms anzugehen. Nur wenige Diatomee Genome haben bisher sequenziert worden, aber die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ihre Genome wahrscheinlich viele Hinweise auf ihre Herkunft und Diversifikation zu halten — ihre evolutionäre "Erfolg".

Kieselalgen scheinen eine sehr Mosaik Genom mit Genen aus vielen verschiedenen Quellen haben. Vor allem kann ein großer Teil der Gene durch horizontalen Gentransfer (HGT) von Bakterien erworben worden sein. Obwohl Genomdaten gezeigt haben, dass HGT – der Austausch von Genen zwischen den Arten, die mit einander zu reproduzieren nicht — ist sehr viel häufiger in den Eukaryotes als einmal dachte, Gentransfer zwischen solchen entfernte Verwandte (Kieselalgen und Bakterien zuletzt gemeinsam einen gemeinsamen Vorfahren vor einigen Milliarden Jahren) ist selten.

Feststellend, dass eine Diatomee gen von Bakterien erworben wurde, ist nicht so einfach, wie es mag, und die Bestimmung wird voraussichtlich variieren – subtil oder drastisch – je nachdem, wie viele sequenzierten Genome sind zum Vergleich zur Verfügung. Viel in der gleichen Weise, die Polizei einen Täter finden kann, wenn seine Fingerabdrücke sind nicht in ihrer Datenbank, es wäre schwierig, wenn nicht gar unmöglich ist, herauszufinden, dass ein Gen ähnelt einer von Bakterien ist ein altes gegründet eukaryotischen Gens gibt es keine eukaryotische Genome zu vergleichen und zu analysieren.

Angesichts der Tatsache, dass seit der Diatomee-bakterielle HGT Entdeckung im Jahr 2008 Hunderte von eukaryotic Genome sequenziert haben, wird eine viel feinere Geschichte wohl in den kommenden Jahren entstehen. Insbesondere werden die Gordon und Betty Moore Foundation und der US National Science Foundation geförderten Projekte produzieren komplette Genome für mehrere weitere Diatomeen und Transkriptom (die meisten der Organismus Gene) für Hunderte von zusätzlichen Diatomee Arten. Diese Daten beleuchten wertvolle neue soweit die Kieselalgen extrinsisch abgeleiteten genetischen Materials profitiert haben.

Es bleibt abzuwarten, ob einige der gleichen, meist intrinsische Prozesse verwickelt in der Diversifizierung der anderen Eukaryoten "Hyperdiverse" im Laufe der Evolution Diatomee auch im Spiel gewesen sein. Blühende Pflanzen und Wirbeltiere, erlebt zum Beispiel bekanntlich serielle runden Vollständiggenom Überschneidungen. Obwohl die meisten von den duplizierten Genen fast sofort in den Mülleimer der Evolutionsgeschichte verloren waren, blieben einige der Duplikate, frei entwickelnden unabhängig von ihren Vorfahren zu neue oder geänderte Funktionen erwerben. Diatomee Genome enthalten viele duplizierte Gene, aber ob diese stückweise oder in großen, interpunktiert platzt entstanden ist eine offene Frage.

Also, was macht eine Diatomee eine Diatomee? Welche Faktoren ebnete den Weg zu ihrem aktuellen Prominenz in den Weltmeeren? Was sind die Ursachen einige Linien, wie Kieselalgen, während andere schmachten zu diversifizieren? Können Genen und Genomen helfen uns diese Fragen beantworten?

Wie Landpflanzen und anderen eukaryotischen Algen, Diatomee Plastiden – die Motoren der Photosynthese – zurück auf einmal frei lebende Bakterien. Aber Schulden Kieselalgen eine besondere Schuld auf Bakterien? In welchem Umfang wurden angenommenen bakteriellen Gene eine Quelle von wichtigen neuen Eigenschaften in Kieselalgen? In welchem Ausmaß hat folgte Diatomee Diversifizierung die gleichen Routen wie andere vielfältig, aber studiert mehr intensiv, Eukaryoten? Mit einem letzten Stipendium der National Science Foundation, ein Kollege – Norm Wickett aus Chicago Botanic Garden- und ich verwende, und dazu beitragen, die kommenden Welle von genomischen Daten zu helfen, einige dieser Fragen zu beantworten.

Genome werden nicht alle Lücken, aber füllen. Durch die meisten Schätzungen schon rund 90 Prozent der Diatomee Arten entdeckt und benannt, so dass selbst wenn wir beginnen, die Geschichte der Diatomee Diversifikation zu entwirren, die überwiegende Mehrheit der Spieler anonym bleiben.

Anmerkung der Redaktion: Sie können hier eine öffentlichen Radio interview mit Alverson auf KUAF.

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