טרדיגרדים עשויים להיות השורדים האולטימטיביים של הטבע. בעוד שבעלי חיים זעירים, כמעט שקופים, מתעלמים בקלות, הם מייצגים קבוצה מגוונת שהתיישבה בהצלחה סביבות מים מתוקים, ימיים ויבשתיים בכל יבשת, כולל אנטארקטיקה. יצורים יוצאי דופן אלה, הידועים בדרך כלל כ"דובי מים", עשויים להיות בין האורגניזמים הגמישים ביותר על פני כדור הארץ הודות ליכולתם שאין שני להם לשרוד בתנאים קיצוניים, כאשר מינים שונים עמידים לבצורת, מינונים גבוהים של קרינה, סביבות חמצן נמוכות, ושניהם. טמפרטורות ולחצים גבוהים ונמוכים. בעוד שגנים רבים הוצעו לתרום לסובלנות קיצונית זו, הבנה מקיפה של המקורות וההיסטוריה של ההתאמות הייחודיות הללו נותרה חמקמקה. במחקר חדש שפורסם ב ביולוגיה ואבולוציה של הגנוםמדענים ממכון Keio University for Advanced Biosciences, מוזיאון הטבע של אוניברסיטת אוסלו ואוניברסיטת בריסטול חושפים רשת מורכבת להפתיע של כפילויות והפסדים של גנים הקשורים לסובלנות קיצונית של טארדיגרד, המדגישים את הנוף הגנטי המורכב שמניע את האקולוגיה המודרנית הטרדיגרדית.
כצורה אחת של סובלנות קיצונית, טרדיגרדים יכולים לשרוד ייבוש כמעט מוחלט על ידי כניסה למצב רדום הנקרא אנהידרוביוזיס (כְּלוֹמַר, חיים ללא מים), מה שמאפשר להם לעצור באופן הפיך את חילוף החומרים שלהם. משפחות גנים מרובות ספציפיות לטרדיגרד נמצאו בעבר כקשורות לאנהידוביוזיס. שלוש ממשפחות הגנים הללו מכונות חלבונים מסיסים בחום ציטוסוליים, מיטוכונדריאליים וחלבונים בשפע (CAHS, MAHS ו-SAHS, בהתאמה) בהתבסס על המיקום התאי בו מתבטאים החלבונים. נראה כי לחלק מהגרדים יש מסלול שונה הכולל שתי משפחות של חלבונים מסיסים בשפע זוהה לראשונה בטרדיגראד אכיניסקוס טסטודו ו מכונה בדרך כלל EtAHS אלפא ובטא. לטרדיגרדים יש גם גנים של עמידות ללחץ שניתן למצוא בבעלי חיים בצורה רחבה יותר, כמו הגן המיווטי רקומבינציה 11 (MRE11), אשר היה מעורב בסובלנות לייבוש בבעלי חיים אחרים. למרבה הצער, מאז זיהוי משפחות הגנים הללו, מידע מוגבל היה זמין מרוב השושלות הטרדגרדיות, מה שמקשה על הסקת מסקנות על מקורותיהן, ההיסטוריה וההשלכות האקולוגיות שלהן.
כדי לשפוך אור טוב יותר על האבולוציה של סובלנות קיצונית בטרדיגרד, מחברי המחקר החדש – ג'יימס פלמינג, דייוויד פיסאני וקזוהארו ארקאווה – זיהו רצפים משש משפחות הגנים הללו על פני 13 סוגים טרדיגרדים, כולל נציגים משתי השושלות העיקריות של טארדיגרד. , האוטרדיגרדים וההטרוטרדיגרדים. הניתוח שלהם גילה 74 CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alpha, 18 EtAHS בטא ו-21 MRE11 רצפים, מה שאיפשר להם לבנות את הפילוגניות הטרדגרדיות הראשונות עבור משפחות הגנים הללו.
מכיוון שסביר להניח שההתנגדות לייבוש הופיעה כהתאמה לסביבות יבשתיות, הכותבים הניחו שהם ימצאו קשר בין כפילויות גנים לאובדן במשפחות הגנים הללו לבין שינויים בבתי גידול בתוך טארדיגרדים. "כשהתחלנו את העבודה, ציפינו לגלות שכל קליד יקובץ בבירור סביב כפילויות עתיקות, עם מעט אובדנים עצמאיים. זה יעזור לנו לקשור אותם בקלות להבנה של בתי גידול מודרניים ואקולוגיה", אומר המחבר הראשי של המחקר. ג'יימס פלמינג. "זו השערה אינטואיטיבית", הוא ממשיך, "שאבולוציה של הכפילויות של הגנים הקשורים לייבוש צריכה, בתיאוריה, להכיל שרידים מההיסטוריה האקולוגית של האורגניזמים הללו, אם כי, במציאות, זה התברר כפשטני מדי. ."
במקום זאת, המחברים הופתעו מהמספר העצום של כפילויות עצמאיות של גנים מסיסים בחום, שציירו תמונה הרבה יותר מורכבת של אבולוציה של גנים הקשורים לאנהידרוביוזה. עם זאת, יש לציין כי לא היה קשר ברור בין מינים אנהידרוביוטיים חזקים לבין מספר הגנים הקשורים לאנהידרוביוזיס שבמין נמצא. "מה שמצאנו היה הרבה יותר מרגש", אומר פלמינג, "רשת מורכבת של רווחים והפסדים עצמאיים שאינם בהכרח מתואמים לאקולוגיות של מינים יבשתיים מודרניים".
למרות היעדר הקשר בין כפילויות גנים לאקולוגיה טארדיגרדית, המחקר אכן סיפק תובנה מכרעת לגבי המעברים העיקריים שהובילו לרכישת אנהידרוביוזיס. ההתפלגות המובהקת של משפחות גנים על פני שתי הקבוצות העיקריות של טארדיגרדים-;CAHS, MAHS ו-SAHS ב-Eutardrigrades ו-EtAHS alpha ובטא ב-Heterotardigrades-; מצביעות על כך ששני מעברים עצמאיים מסביבות ימיות ללימנו-יבשתיות התרחשו בתוך טרדיגרדות, פעם אחת באב הקדמון של Eutardigrade ופעם אחת בתוך ההטרוטרדיגרדות.
מחקר זה מסמן צעד משמעותי קדימה בהבנתנו את האבולוציה של אנהידרוביוזיס בטרדיגרדים. זה גם מספק בסיס למחקרים עתידיים על סובלנות קיצונית של טרדיגרד, אשר ידרוש המשך פיתוח של משאבים גנומיים משושלות טרדיגרד מגוונות יותר.
למרבה הצער אין לנו נציגים מכמה משפחות חשובות, כמו ה-Isohypsibiidae, וזה כן מגביל את מידת האיתנות שאנו יכולים לעמוד במסקנות שלנו. עם יותר דגימות מים מתוקים וטרדיגרד ימיים, נוכל להעריך טוב יותר את ההסתגלות של חברי הקבוצה היבשתיים".
ג'יימס פלמינג, המחבר הראשי של המחקר
למרבה הצער, חלק מהתאריכים יכולים להיות חמקמקים במיוחד, ולהוות מכשול עיקרי למחקרים כאלה. לדוגמא, Tanarctus bubulubusאחד הטרדיגרדים האהובים על פלמינג, קטן מכדי לראות בעין בלתי מזוינת ונמצא רק במשקעים בצפון האוקיינוס האטלנטי בעומקים של כ-150 מ'.
"אני מקווה", אומר פלמינג, "יוזמות רצף בקנה מידה גדול באמצעות פרויקט הביוגנום של כדור הארץ יגשרו בהתמדה על הפער הזה בהבנה שלנו, וזה מאמץ שאני נרגש לראות ממשיך".
