Andrew Alversonเป็นนักชีววิทยาและผู้เชี่ยวชาญด้านไดอะตอมที่มหาวิทยาลัยอาร์คันซอในฟาเยตต์วิลล์ เขามีส่วนร่วมในบทความนี้ให้กับ Live Science'sVoices Expert: Op-Ed & Insights-
คุณจะกินออกซิเจนประมาณ 2 ลิตร (มากกว่าครึ่งแกลลอน) ในเวลาที่คุณต้องอ่านโพสต์นี้ ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนนั้นมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยไดอะตอมทางทะเล - สิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ที่สำคัญที่สุดที่คนส่วนใหญ่ไม่เคยได้ยิน
ไดอะตอมมีขนาดเล็ก-ห้าถึง 10 ของพวกเขาสามารถพอดีกับหัวของพิน-แต่สาหร่ายเซลล์เดียวเหล่านี้มีบทบาทอันยิ่งใหญ่ในการรักษาระบบนิเวศของโลก พวกเขาเป็นผู้ไกล่เกลี่ยที่สำคัญของวงจรคาร์บอนและออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของใยอาหารทะเลและนักปั่นจักรยานหลักของซิลิกาซึ่งถือเป็นหนึ่งในสี่ของเปลือกโลก [ในรูป:ความหลากหลายของไดอะตอม-
ไดอะตอมรวมว่าซิลิกาลงในผนังเซลล์แก้วประดับสวยงามซึ่งมีรูปแบบที่ซับซ้อนได้ทำให้นักวิจัยหลงใหลมานานหลายศตวรรษ สปีชีส์ไดอะตอมมีความโดดเด่นเป็นส่วนใหญ่บนพื้นฐานของคุณสมบัติผนังเซลล์ของพวกเขาและความแตกต่างในลำดับดีเอ็นเอของพวกเขามากขึ้น ไม่มีใครรู้จริง ๆ ว่ามีไดอะตอมที่แตกต่างกันกี่ตัว แต่การประมาณการแบบอนุรักษ์นิยมแนะนำประมาณ 100,000 ถึง 200,000 สปีชีส์ ยูคาริโอตรวมถึงพืชสัตว์และทุกอย่างอื่น ๆ ที่เซลล์ถูกจัดระเบียบเป็นช่องที่มีเมมเบรนรวมถึงนิวเคลียสของเซลล์
พบในสภาพแวดล้อมตั้งแต่แนวเขตร้อนถึงน้ำแข็งทะเลและน้ำจืดถึงน้ำเค็มมาก - และทุกสถานที่ในระหว่าง - ไดอะตอมนั้นมีความหลากหลายทางนิเวศวิทยาและทางสรีรวิทยาเช่นกัน ทั้งหมดนี้มีแรงจูงใจในการวิจัยอย่างมากเกี่ยวกับการระบุปัจจัยที่นำไปสู่ความหลากหลายทางสัณฐานวิทยานิเวศวิทยาและความหลากหลายของสายพันธุ์
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการจัดลำดับดีเอ็นเอทำให้เป็นไปได้และใช้งานได้จริงเพื่อตอบคำถามประเภทนี้ด้วยการจัดลำดับจีโนมทั้งหมด จีโนมไดอะตอมเพียงไม่กี่ตัวได้รับการจัดลำดับมาแล้ว แต่ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าจีโนมของพวกเขามีแนวโน้มที่จะมีเบาะแสมากมายเกี่ยวกับที่มาและการกระจายความเสี่ยงของพวกเขา - วิวัฒนาการของพวกเขา "ความสำเร็จ"
ไดอะตอมดูเหมือนจะมีจีโนมโมเสกสูงโดยมียีนที่มาจากแหล่งต่าง ๆ มากมาย ที่สะดุดตาที่สุดคือสัดส่วนของยีนขนาดใหญ่อาจได้มาจากการถ่ายโอนยีนแนวนอน (HGT) จากแบคทีเรีย แม้ว่าข้อมูลจีโนมได้แสดงให้เห็นว่า HGT - การแลกเปลี่ยนยีนระหว่างสปีชีส์ที่ไม่ได้ทำซ้ำกัน - เป็นเรื่องธรรมดามากในยูคาริโอตมากกว่าที่คิดว่าการถ่ายโอนยีนระหว่างญาติที่ห่างไกลเช่นนี้
การพิจารณาว่ายีนไดอะตอมนั้นได้มาจากแบคทีเรียนั้นไม่ง่ายอย่างที่คิดและการตัดสินใจมีแนวโน้มที่จะแตกต่างกันไป - ไม่ว่าจะอย่างละเอียดหรืออย่างมาก - ขึ้นอยู่กับจำนวนจีโนมที่มีลำดับสำหรับการเปรียบเทียบ ในลักษณะเดียวกับที่ตำรวจไม่สามารถหาผู้กระทำความผิดได้หากลายนิ้วมือของเขาไม่ได้อยู่ในฐานข้อมูลของพวกเขามันคงเป็นเรื่องยากหากเป็นไปไม่ได้หากเป็นไปไม่ได้ที่จะคิดว่ายีนที่คล้ายกับแบคทีเรียเป็นยีนยูคาริโอตโบราณที่จัดตั้งขึ้นหากไม่มีจีโนมยูคาริโอตที่จะเปรียบเทียบและวิเคราะห์
เนื่องจากจีโนมยูคาริโอตหลายร้อยตัวได้รับการจัดลำดับตั้งแต่การค้นพบ HGT ของแบคทีเรียไดอะตอมในปี 2551 เรื่องราวที่ได้รับการกลั่นกรองมากขึ้นมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงการที่ได้รับทุนจากมูลนิธิกอร์ดอนและเบ็ตตี้มัวร์และสหรัฐอเมริกามูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติจะผลิตจีโนมที่สมบูรณ์สำหรับไดอะตอมและ transcriptomes (ยีนของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่) สำหรับไดอะตอมหลายร้อยชนิด ข้อมูลเหล่านั้นจะทำให้เกิดแสงสว่างใหม่ที่มีค่าในขอบเขตที่ไดอะตอมได้รับประโยชน์จากสารพันธุกรรมที่ได้มาจากภายนอก
มันยังคงที่จะเห็นว่าบางส่วนที่เหมือนกันส่วนใหญ่เป็นจริงกระบวนการที่เกี่ยวข้องในการกระจายความหลากหลายของ "hyperdiverse" อื่น ๆ ยูคาริโอตก็มีการเล่นในช่วงของวิวัฒนาการไดอะตอม ยกตัวอย่างเช่นพืชดอกและสัตว์มีกระดูกสันหลังเช่นรอบซีเรียลที่มีชื่อเสียงของการทำซ้ำทั้งหมดของจีโนม แม้ว่ายีนที่ซ้ำกันส่วนใหญ่เกือบจะหายไปในถังขยะของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ แต่บางส่วนก็ยังคงมีอยู่การพัฒนาอย่างอิสระอย่างอิสระโดยอิสระจากต้นกำเนิดของพวกเขาเพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นใหม่หรือแก้ไข จีโนมไดอะตอมมียีนที่ซ้ำกันจำนวนมาก แต่ไม่ว่าจะเป็นทีละน้อยหรือในการระเบิดขนาดใหญ่ที่คั่นเป็นคำถามเปิด
แล้วอะไรที่ทำให้ไดอะตอมเป็นไดอะตอม? ปัจจัยใดที่ช่วยปูทางไปยังสถานที่ที่มีชื่อเสียงในปัจจุบันในมหาสมุทรของโลก? อะไรเป็นสาเหตุของเชื้อสายบางอย่างเช่นไดอะตอมเพื่อกระจายในขณะที่คนอื่นอ่อนลง? ยีนและจีโนมสามารถช่วยเราตอบคำถามเหล่านี้ได้หรือไม่?
เช่นเดียวกับพืชบกและสาหร่ายยูคาริโอตอื่น ๆ ไดอะตอมพลาสมิด-เครื่องยนต์ของการสังเคราะห์ด้วยแสง-ย้อนกลับไปยังแบคทีเรียที่มีชีวิตฟรีครั้งเดียว แต่ไดอะตอมเป็นหนี้แบคทีเรียพิเศษหรือไม่? การใช้ยีนแบคทีเรียเป็นแหล่งที่มาของลักษณะใหม่ที่สำคัญในไดอะตอม การกระจายความหลากหลายของไดอะตอมตามเส้นทางเดียวกันกับความหลากหลายอื่น ๆ แต่การศึกษาอย่างเข้มข้นยิ่งขึ้นยูคาริโอต? ด้วยเงินช่วยเหลือล่าสุดจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติเพื่อนร่วมงาน - Norm Wickett จากสวนพฤกษศาสตร์ชิคาโก - และฉันจะใช้และมีส่วนร่วมในการเพิ่มขึ้นของข้อมูลจีโนมที่กำลังจะมาถึงเพื่อช่วยตอบคำถามเหล่านี้
จีโนมจะไม่เติมเต็มช่องว่างทั้งหมด จากการประมาณการส่วนใหญ่พบว่าสายพันธุ์ไดอะตอมบางชนิดยังไม่ได้ค้นพบและตั้งชื่อดังนั้นแม้ในขณะที่เราเริ่มคลี่คลายเรื่องราวของการกระจายไดอะตอมผู้เล่นส่วนใหญ่จะยังคงไม่ระบุชื่อ
หมายเหตุบรรณาธิการ:คุณสามารถที่นี่กสัมภาษณ์วิทยุสาธารณะกับ Alversonคือ kuf
ติดตามปัญหาเสียงและการอภิปรายทั้งหมดของผู้เชี่ยวชาญ - และกลายเป็นส่วนหนึ่งของการสนทนา - บนFacebook-TwitterและGoogle +- มุมมองที่แสดงเป็นของผู้เขียนและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของสำนักพิมพ์หรือมหาวิทยาลัยอาร์คันซอ บทความฉบับนี้ได้รับการเผยแพร่ครั้งแรกเมื่อวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต
