Широта, регион океана и температура взаимодействуют, формируя соотношение размера генома и численности. Источник: PLOS Biology (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002733
Когда дело доходит до прогнозирования численности вида, размер тела оказывается фундаментальным и повторяемым показателем: более мелкие организмы встречаются в большем количестве, чем более крупные. Предостережение, известное как правило Бермана, заключается в том, что в полярных регионах преобладают более крупные организмы. Другие факторы, влияющие на численность видов, включают доступность света, наличие пищи, конкуренцию и хищничество.
Новые открытия группы исследователей биологических наук из Университета Арканзаса добавили генетический компонент к нашему пониманию видов. изобилие.
Размер генома, общее количество ДНК, содержащееся в одной копии одного полного генома, также может быть сильным предиктором численности видов. В статье рассматриваются диатомовые водоросли, одноклеточные водоросли, которые играют важную роль в пресноводных и морских пищевых цепях. Они создают длинноцепочечные жирные кислоты, такие как рыбий жир и другие липиды, которые служат источником энергии. Молекулы энергии, которые производят диатомовые водоросли, поднимаются по пищевой цепи от зоопланктона к водным насекомым, к рыбе и к человеку.
Диатомовые водоросли также играют важную роль в фотосинтезе, процессе, посредством которого углекислый газ преобразуется в кислород. По оценкам, 20%–25% кислорода Земли поступает из диатомовых водорослей — больше, чем из тропических лесов и наземных растений.
Ключевым открытием стало то, что температура и размер генома, а не размер тела, оказали наибольшее влияние на максимальную скорость роста популяции диатомовых водорослей. Тем не менее, размер тела все еще имел значение в более холодных широтах, сохраняя правило Бермана.
Статья «Распространенность диатомовых водорослей в полярных океанах предсказывается размером генома» была опубликована в PLOS Biologyтрио авторов с кафедры биологических наук: Уэйд Робертс, научный сотрудник-постдокторант в лаборатории Алверсона; Адам Сипиелски, доцент; и Эндрю Алверсон, профессор и директор лаборатории Алверсона.
Робертс отметил, что размер генома диатомовых водорослей имеет решающее значение для функционирования клетки и ее способности адаптироваться к изменяющейся среде.
«В фитопланктоне размер клетки тесно связан с размером генома», — объяснил Робертс. «Мы знали это уже некоторое время. Но мы не были уверены, влияет ли размер клетки на размер генома или наоборот. Мы смогли напрямую проверить это с помощью анализа пути, чтобы определить направленность. Мы обнаружили, что увеличение размера генома приводит к увеличению размера клетки. Таким образом, мы подтвердили, что размер генома влияет на размер клетки».
Размер генома диатомовых водорослей может различаться в 50 раз между видами, но большая часть различий в генетическом материале состоит из повторяющейся ДНК. ДНК кодирует белки, которые являются строительными блоками жизни, но неясно, как эта повторяющаяся ДНК используется клеткой. По оценкам, только около 2% генома человека кодирует гены.
В целом результаты статьи продвигают понимание численности видов, показывая, что один возникающий признак, основополагающий для всей жизни, размер генома, может предсказывать численность видов в глобальном масштабе.
«Более крупные организмы более многочисленны в полярных регионах», — сказал Робертс. «Это справедливо для млекопитающих и других многоклеточных организмов. Но мы не знали, справедливо ли это для фитопланктона. Теперь мы можем делать прогнозы о составе сообщества на основе температуры. Это поможет нам предсказать, смогут ли более крупные диатомовые водоросли выжить в теплеющих водах».
На теплеющей планете это может означать сокращение численности более крупноклеточных диатомовых водорослей и потенциальное снижение выработки кислорода.
Дополнительная информация: Уэйд Р. Робертс и др., Численность диатомовых водорослей в полярных океанах прогнозируется по размеру генома, PLOS Biology (2024). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002733
Информация о журнале: PLoS Biology
Предоставлено Университетом Арканзаса
