Rock-Rotz: Woher es kommt und wie wird es gemacht

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Vielleicht haben Sie gehört, die alte Witz: was das Schlimmste ist, Sie tun können, um ein Boot?

Legen Sie es in das Wasser.

Sobald ein Boot das Wasser betritt, beginnen Mikroorganismen ansammeln auf den Oberflächen, eine erhebliche Menge an Drag- and -ein großes Durcheinander zu schaffen. Dies kann keine Rolle für ein kleines Fischerboot, aber für riesige Containerschiffe, das Ziehen von Mikroorganismen geschaffen — insbesondere einzellige, Silica-schalig Organismen Diatomeen bezeichnet – ergibt sich eine erhebliche Menge an Kraftstoff Verlust jedes Jahr.

Diatomeen sind eines der häufigsten Arten von Phytoplankton und eine große Gruppe von Algen. Sie bilden einen großen Prozentsatz aller lebenden Materie in Meeren, Flüssen und Seen. Eine Art, Didymosphenia Geminata, ist verantwortlich für die Erstellung von dicken Blüten in Bäche und Teiche. Es ist umgangssprachlich bekannt als Didymo oder Rock Rotz. Die Art ist eine Bedrohung für die Krankenhäuser sowie, wo es feuchte Oberflächen beschichten und Bakterien durch Sekretion von Schleim, der unterstützt alle Arten von Wachstum zu fördern.

Für die Forscher im Labor von Edward Theriot an der University of Texas at Austin sind Diatomeen (und ihre Rotze) reiche Objekte der biologischen Forschung.

"Es gibt Hunderte von Tausenden von Arten draußen in jedem Körper des Wassers können Sie in der Welt, denken", sagte Matt Ashworth, ein Forscher im Labor. "sie sind eine sehr erfolgreiche Gruppe, eine relativ junge Gruppe, und wir sind interessiert, wie sie sich entwickelt haben und kolonisierten verschiedene Ökosysteme zu verstehen."

Seit Jahrzehnten Widerstand Diatomeen Studie. Ihr Genom ist notorisch schwierig zu analysieren. Morphologische Studien, basierend auf der Form eine Art Schale oder andere Funktionen widersprach oft die Ergebnisse der molekularen Tests. Allerdings sind Next Generation Sequencing Methoden in Kombination mit Computertechniken und leistungsstarke Supercomputer Forscher besser zu verstehen, die Biologie, Evolution und Ausbreitung der Diatomee helfen.

Mit diesen neuen Werkzeugen Forscher versuchen, eine Reihe von grundlegenden Fragen über Diatomee Evolution zu beantworten: Was waren die frühesten Diatomeen wie? Wie hat der Organismus von einem einzigen Standort auf jeder Körper des Wassers in der Welt bewegt? Und wie haben sich einige Arten entwickelt die Fähigkeit, ungeheure Mengen von Rotz zu produzieren?

Die Suche nach die deine Diatomee

Forscher haben versucht, zu verstehen, was die Diatomee ursprünglichen Vorfahren ausgesehen haben mag. Obwohl Theriot und sein Team noch in den frühen Stadien ihrer Analyse sind, sind einige ihrer Ergebnisse konsequent genug, dass sie beginnen können, zeichnen ein Bild, wie die so genannte "your-Diatomee" erschienen sind.

"Es ist diese Idee, dass die frühen Diatomee eine kleine ist war, aber was wir an der Basis des Baumes Diatomee neue sind Dinge, die lange und röhrenförmigen, ähnlich wie die Röhre im Inneren ein Papierhandtuchrolle", sagte Edward Theriot, Professor für molekulare Evolution an der University of Texas at Austin und Direktor des Texas Natural Science Center. "Der Diatomee Welt, dies ist eine radikale Ansicht, aber es ist genau das, was der Baum uns sagen will."

Um zu diesem Ergebnis zu kommen, die Forscher analysierten ribosomalen und Chloroplasten Gene von mehr als 200 Kieselalgen und Bolidomonas (eine eng verwandte Gattung). Sie wollte testen, den vorherrschenden Verständnis von wo bestimmte Diatomeen fallen auf die evolutionären Baum und enthalten Arten, die als Modelle in genomischer Studien und Kieselalgen, deren Platzierung in der Diatomee Phylogenie problematisch oder umstritten gewesen ist.

Nach dem generieren große Mengen an Daten, die mit der nächsten Generation gen Sequenzern, benutzten sie die Ranger -Supercomputer am Texas Advanced Computing Center ausrichten, organisieren und analysieren die DNA-Daten und phylogenetische Programme ausführen, die die Evolution von Kieselalgen als Ganzes skizziert.

"Es gibt eine Reihe von Programmen, die DNA zu vergleichen-Sequenzen und schätzen, wie die DNA-Sequenzen von einander entwickelt, und einige von Ihnen haben sehr komplexer Algorithmen," sagte Ashworth. "Bevor wir Zugang zum Ranger hatte es Wochen und Monate laufen dauern würde. Ranger hat die gleichen Analysen in Stunden. So war es ein sehr mächtiges Werkzeug zu geben, sind uns schnelle Ideen über wie verschiedene Stämme miteinander verbunden."

Die Zeit, die Ranger die Forscher spart bekommen nicht nur zu einer Antwort schneller. Es ermöglicht auch ihnen viele alternative Hypothesen zu testen.

"Manchmal, der beste Baum aus molekularen Daten sieht völlig anders als was Morphologie uns sagt zu erwarten," Theriot erklärt. "Mit Ranger, können wir leiten unsere Zeit weg von der Suche nach den besten Baum für ein Dataset zu Fragen, wie unterschiedlich das beste Baum aus was Gelehrte Diatomee Entwicklung sagen, vor 100 Jahren gedacht."

Mit einem statistischen vergleichende Ansatz, kamen die Forscher in einer anderen Struktur der Diatomee Evolution als traditionell konzipiert und einen anderen Punkt von Ursprung. Sie berichteten einige ihrer frühen Entdeckungen auf dem XXII International Diatomee Kolloquium im August 2012 und sie weiterhin die Ergebnisse der Sequenzierung im Lichte der bisherigen Forschung zu untersuchen.

Also, wie macht der Didymo diesem Schleim?

Für einige der konzentrierteren Laborstudien wie die Entwicklung von den Felsen Rotz Schleim produzierenden Fähigkeit sequenziert die Forscher das Transkriptom (alle die Boten-RNA-Moleküle, die von einem Organismus Gene ausgedrückt) ein halbes Dutzend Arten, die Schlüsselgene für die molekulare Herstellung von dem Schleim zu identifizieren.

"Menschen haben versucht, diesen Schleim chemisch seit 20 Jahren prägen und noch nicht viele Informationen einfallen," sagte Ashworth. "Transkriptom handeln kann ich sehr schnell große Datenmengen erzeugen und lösen das Problem nicht auf die Endergebnisse – das ist der Zucker, der abgesondert wird – aber ganz am Anfang, zum Zeitpunkt der molekularen Maschinerie, die zusammengebaut und in erster Linie für die Sekretion von diesen Zucker erlaubt."

Vier der Taxa, die sie sequenziert sichtbaren Schleim produzieren, und die anderen drei Taxa nicht, sondern sind eng mit den Schleim-Produzenten. Sie glauben, die eng verwandt, dass Kieselalgen ähnliche Transkriptom, mit Ausnahme der Schleim-Genen teilen sollte.

In der Montage, Verpackung und Sekretion von diesen Produkten gibt es Hunderte von Genen, sagte Ashworth. Wenn er 10 Gene, die definitiv an diesem Prozess beteiligt sind finden kann, dann er 10 Gene näher ist zu verstehen, wie diese Funktion auftritt.

"Erzeugung von DNA-Sequenzen an sich ist nicht besonders aufregend, aber die Art und Weise die Sequenzen zusammen passen, oder die Existenz von bestimmten Sequenzen überhaupt, sagt viel über die Biologie dieser Organismen."

Theriot nutzt TACC ein Webportal zu hosten, die die Forschung im Labor, genannt protiste zentrale unterstützt. Er und sein Team nutzen das Portal verwalten, Bilder und Informationen über alle Kieselalgen, denen sie gerade arbeiten. Sie auch verwenden, um Informationen über ihre Zusammenarbeit mit Forschern in Guam auf die Diatomee Flora der Korallenriffe des Pazifiks zu verwalten. Die schöne und mikroskopische Welt von Kieselalgen erkunden wollen? Schauen Sie sich die Bildergalerie Kieselalgen an der Golfküste von Texas.

Anmerkung der Redaktion: Die Forscher in Behind the Scenes Artikel dargestellt wurden unterstützt durch die National Science Foundation , die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen, die seinHirschkuh Szenen Archiv.