Zikade Geheimnis der Fülle: Bakterien

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

John McCutcheon merkt sich das Lied der Zikade, die den lautesten Song in der Welt der Insekten, als den Soundtrack zu unzähligen Sommer verbrachte Stunden spielt vor seinem Elternhaus in Rockford, Illinois

So als McCutcheon, ein Molekular-Biologe an der University of Arizona vor kurzem Zikaden außerhalb seines Amtes Tucson singen hörte, er wieder Ankündigung nahm – aber dieses Mal als neugierige Wissenschaftler und nicht als eine verspielte junge.

In Zusammenarbeit mit seinem doctoral Research Advisor Nancy Moran – Wer hat NSF Unterstützung um Insekten zu studieren – McCutcheon begann die Beziehung zwischen Zikaden und die symbiotischen Bakterien, die in ihnen Leben zu beobachten.

"Dieses Projekt bietet ein Beispiel für wie interessant Wissenschaft direkt vor der Haustür passieren könnte", sagt McCutcheon. Er und Moran veröffentlichten ihre Ergebnisse in der 17. Juli 2009 Ausgabe von PLoS Genetics.

McCutcheon bewundert Zikaden für ihren Erfolg. "Bestimmte Arten der Zikade in überwältigende Zahl auftreten", sagt er. "Und sie werden voraussichtlich die am häufigsten vorkommende Pflanzenfresser in Bezug auf deren Gesamtgewicht und die Gesamtzahl der Individuen in einigen nordamerikanischen Wälder."

Aber noch erstaunlicher ist, Zikaden solche Erfolge trotz ihrer Abhängigkeit von einer nährstoffarmen Ernährung erzielen. Die meisten Arten von Zikade verbringen den Großteil ihrer Leben (von zwei bis 17 Jahre) u-Bahn vor massenhaft in regelmäßigen Abständen. Während u, Zikaden, die ausschließlich auf dem Sap von Pflanzenwurzeln, der nährstoffarmen und unausgewogene Teil von Pflanzen ernähren.

So wie erfassen Zikaden die Nährstoffe, die sie benötigen, um zu überleben, trotz ihrer nährstoffarme Ernährung? McCutcheon, sagt, dass Zikaden ergänzen Sie ihre Ernährung durch komplizierte Beziehungen zu zwei Arten von speziellen Bakterien, die in ihren Zellen Leben. Die Bakterien produzieren essentielle Nährstoffe für die Zikaden, die die Tiere erhalten von ihren SAP-Diäten weder selbst zu produzieren.

McCutcheon die Studie baut auf Morans Vorarbeiten durch die Charakterisierung des gesamte Genoms eines der Bakterienarten Leben innen Zikaden. Seine Ergebnisse zeigen, dass diese Bakterien extreme und einzigartige Eigenschaften haben.

Für eine Sache, hat dieses Organismus das kleinste bakterielle Genom bekannt für die Wissenschaft. Das heißt, hat es weniger genetische Material als jeder andere Organismus, die bisher identifiziert worden ist.

Was mehr ist, das Genom des Bakteriums Zikade hat einen hohen durchschnittlichen Gehalt von Guanin und Cytosin – zwei der vier chemischen Basen der DNA. Dieser Befund ist überraschend, weil Wissenschaftler bisher angenommen, dass je kleiner ein Bakteriengenom ist, die weniger Guanin und Cytosin ist in der Regel in seiner DNA.

"Wir noch die Bedeutung dieser Ausnahme nicht verstehen", sagt McCutcheon. "Aber es geht gegen alles, was wir dachten, dass wir über das Verhältnis zwischen Größe und Guanin und Cytosin Inhalt Bakteriengenom verstanden."

Darüber hinaus ist der genetische Code, mit denen die Bakterien produzieren Proteine untypisch. Andere genetische Codes mit ähnlichen atypische Eigenschaften in bestimmten Bakterien und Mitochondrien gefunden worden – alle haben kleine Genome und der erwarteten niedrigen Konzentrationen von Guanin und Cytosin.

Daher zeigen McCutcheon es Erkenntnisse, dass die Reduzierung Guanin und Cytosin Inhalt nicht unbedingt Voraussetzung für die atypischen Codierung oder die Ursache davon ist.

Die Forscher glauben, dass ihre neuen Erkenntnisse empfehlen gemeinsamen Lebensformen, wie Zikaden, komplexe Symbiosen mit spezialisierten, extreme Mikroben abhängen können.

"Solche Symbionten ein Aspekt der mikrobiellen Welt hinauskamen," sagt McCutcheon, "eine Welt mit ungewöhnlichen Lebensformen, die erst jetzt entdeckt werden."

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.