Ανθεκτικότητα των εντόμων και ο ρόλος της τοπικής προσαρμογής πέρα ​​από τη γενετική

Η επιμονή της φύσης αποδεικνύεται από τα έντομα, ιδιαίτερα τις μέλισσες. Η αξιοσημείωτη ικανότητά τους να αντέχουν, να προσαρμόζονται και να ευδοκιμούν σε τόσο ποικίλα περιβάλλοντα δεν οφείλεται αποκλειστικά στη γενετική τους σύνθεση. Είναι ένας περίπλοκος χορός που περιλαμβάνει περιβαλλοντικούς παράγοντες μαζί με επιγενετικές αλλαγές. Παρόλο που έχουν γίνει πολλές έρευνες σε συγκεκριμένες γενετικές γραμμές, όπως οι ρωσικές μέλισσες,οι Varroa Sensitive Hygiene ή άλλες προσεκτικά εκτρεφόμενες ποικιλίες, αυτές οι προσπάθειες δεν αποτελούν εφαρμόσιμες απαντήσεις στα παγκόσμια προβλήματα , παρόλο που έχουν επιτύχει στη δημιουργία αντοχής ή ανοχής σε παράσιτα και ασθένειες. Πολλοί παράγοντες συνδυάζονται για να δώσουν στις μέλισσες και σε άλλα έντομα την ανθεκτικότητά τους. Εστιάζουμε στον τρόπο με τον οποίο εκφράζονται τα γονίδιά τους, στον τρόπο με τον οποίο το περιβάλλον τους τις επηρεάζει και στον τρόπο με τον οποίο η φυσική επιλογή διαμορφώνει συνεχώς τα χαρακτηριστικά τους με την πάροδο του χρόνου.

Οι πληθυσμοί των μελισσών προσαρμόζονται στις συγκεκριμένες συνθήκες κάθε περιοχής του κόσμου. Η φυσική επιλογή έχει οδηγήσει την εξέλιξη αυτών των περιφερειακά προσαρμοσμένων μελισσών κατά τη διάρκεια δεκαετιών ή και αιώνων. Έχουν αναπτύξει χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να αντιμετωπίζουν απειλές που αφορούν τις συγκεκριμένες περιοχές, όπως τοπικά παράσιτα, ασθένειες, ακραίες καιρικές συνθήκες και είδη φυτών που είναι διαθέσιμα σε αυτές. Η φυσική επιλογή επηρεάζει τη γενετική ποικιλομορφία που υπάρχει ήδη σε έναν πληθυσμό μελισσών όταν αντιμετωπίζει συνεχείς δυσκολίες. Ο πληθυσμός σταδιακά γίνεται πιο ανθεκτικός και πιο προσαρμοσμένος στο περιβάλλον του, ως αποτέλεσμα των ατόμων που διαθέτουν χαρακτηριστικά που τα βοηθούν να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι οι τοπικές φυλές μπορούν τελικά να αναπτύξουν αντοχή σε συγκεκριμένες ασθένειες ή παράσιτα μέσω διαδικασιών όπως η φυσική επιλογή και η επιγενετική, ακόμη και αν δεν την έχουν στην αρχή. Στην πραγματικότητα, αυτές οι διαδικασίες μπορούν να επιταχύνουν την προσαρμογή, συχνά πολύ πιο γρήγορα από ό,τι μπορούν να επιτύχουν οι άνθρωποι μέσω πρωτοβουλιών αναπαραγωγής. Παραδείγματα αυτού περιλαμβάνουν πληθυσμούς άγριων μελισσών που επιβιώνουν χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Χωρίς εξωτερική γενετική εισροή, χτίζουν φυσικά ισχυρές άμυνες έναντι τοπικών απειλών, δεδομένου επαρκούς χρόνου και σωστών περιβαλλοντικών πιέσεων.

Παρ' όλα αυτά, η μείωση των εξωτερικών επιρροών είναι συχνά απαραίτητη για τη δημιουργία ενός πληθυσμού μελισσών που είναι πραγματικά τοπικά προσαρμοσμένος. Η γενετική διείσδυση συμβαίνει όταν μέλισσες από ξένες πηγές, όπως εισαγόμενοι κηφήνες ή βασίλισσες, εισέρχονται σε μια τοπική περιοχή και αναμειγνύουν τα γονίδιά τους με αυτά του τοπικού πληθυσμού. Αυτή η ροή γονιδίων μπορεί να προκαλέσει διαταραχές, περιστασιακά αραιώνοντας πλεονεκτικά χαρακτηριστικά που έχουν προσαρμοστεί στο τοπικό περιβάλλον ή ακόμα και φέρνοντας δυσπροσαρμοστικά χαρακτηριστικά. Οι μελισσοκόμοι προσπαθούν συχνά να μειώσουν αυτές τις εξωτερικές γενετικές επιρροές προκειμένου να διατηρήσουν έναν σταθερό, τοπικά προσαρμοσμένο πληθυσμό, αφήνοντας τη φυσική επιλογή και τις επιγενετικές τροποποιήσεις να πάρουν το προβάδισμα στον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του πληθυσμού.

Ωστόσο, μια μικρή ποσότητα ροής νέων γονιδίων δεν είναι πάντα επιβλαβής. Μπορεί περιστασιακά να είναι πλεονεκτική η εισαγωγή γενετικού υλικού από διαφορετικούς πληθυσμούς, ιδιαίτερα όταν αντιμετωπίζουμε περιβαλλοντικές αλλαγές όπως το μεταβαλλόμενο κλίμα. Εισάγοντας νέες παραλλαγές που βοηθούν τους πληθυσμούς να προσαρμοστούν ταχύτερα, η γενετική ποικιλομορφία μπορεί να χρησιμεύσει ως ρυθμιστικό, μειώνοντας τους κινδύνους ενδογαμίας ή γενετικών συμφορήσεων.

Σύμφωνα με την εξελικτική θεωρία, όλα τα είδη που έχουν επιβιώσει μέχρι σήμερα είναι ουσιαστικά επιζώντες, μαρτυρώντας μια αδιάσπαστη γενεαλογία που χρονολογείται από τις απαρχές της ζωής. Όταν αυτή η γενεαλογία διαταράσσεται, συμβαίνει εξαφάνιση. Γενικά, μόλις μερικών χιλιάδων ετών, οι οικόσιτες φυλές ζώων και φυτών είναι πολύ πιο πρόσφατες και έχουν διατηρηθεί κυρίως μέσω επιλεκτικής αναπαραγωγής και ανθρώπινης παρέμβασης. Αντίθετα, η γενετική διατήρηση προτιμάται γενικά στη φύση. Έντομα όπως οι μέλισσες, ακόμη και οι άνθρωποι, μοιράζονται έναν βασικό γενετικό κώδικα που είναι διατηρημένος σε όλα τα είδη.

Ο τρόπος με τον οποίο τα γονίδια ρυθμίζονται , ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται ως απόκριση σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα, είναι αυτό που πραγματικά διακρίνει ένα είδος ή μια φυλή. Ο Δαρβίνος εξήγησε περίφημα πώς, είτε σκόπιμα είτε ακούσια, οι άνθρωποι έχουν διαμορφώσει την εξέλιξη των οικόσιτων ζώων μέσω επιλεκτικής αναπαραγωγής. Οι άνθρωποι έχουν δημιουργήσει φυλές που είναι κατάλληλες για συγκεκριμένες απαιτήσεις ή γούστα επιλέγοντας επιθυμητά χαρακτηριστικά σε πολλές  διαδοχικές γενιές. Ωστόσο, η φυσική επιλογή στην άγρια ​​φύση, όπου το περιβάλλον λειτουργεί ως ο κύριος επιλογέας και ευνοεί χαρακτηριστικά που βελτιώνουν την επιβίωση και την αναπαραγωγική επιτυχία σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, είναι πολύ διαφορετική .

Θεωρήστε τους επιγενετικούς μηχανισμούς ως μοριακούς διακόπτες που ελέγχουν τη γονιδιακή δραστηριότητα χωρίς να αλλοιώνουν την υποκείμενη αλληλουχία DNA. Πρόσφατες επιστημονικές εξελίξεις έχουν επισημάνει τη σημασία αυτών των μηχανισμών. Ένας τέτοιος μηχανισμός που βοηθά έντομα όπως οι μέλισσες να αντιδρούν γρήγορα σε περιβαλλοντικούς στρεσογόνους παράγοντες είναι η μεθυλίωση του DNA. Οι επιγενετικές αλλαγές μπορούν να συμβούν γρήγορα ως απόκριση σε στρεσογόνους παράγοντες όπως η έκθεση σε φυτοφάρμακα, οι ακραίες θερμοκρασίες ή οι επιθέσεις παθογόνων, σε αντίθεση με τις γενετικές αλλαγές.

Αυτές οι αλλαγές μπορεί ακόμη και να κληρονομούνται, πράγμα που σημαίνει ότι οι εμπειρίες μιας γενιάς σε ένα δεδομένο περιβάλλον μπορεί να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο αντιδρά η επόμενη γενιά.

Σύμφωνα με μελέτες, τα έντομα που εκτίθενται συχνά σε στρεσογόνους παράγοντες όπως τα φυτοφάρμακα ή τα ακάρεα Varroa μπορούν να σχηματίσουν μια επιγενετική «μνήμη» που προετοιμάζει τους απογόνους τους για να αντιμετωπίσουν παρόμοια προβλήματα πιο αποτελεσματικά. Η διακύμανση στα χαρακτηριστικά αντοχής που παρατηρούμε μεταξύ των πληθυσμών εντόμων είναι αποτέλεσμα αυτής της κληρονομικότητας επιγενετικών σημαδιών, γνωστής και ως επιγενετική κληρονομικότητα. Λόγω της επιγενετικής τους κατάστασης, ορισμένοι οργανισμοί αντιδρούν στους περιβαλλοντικούς στρεσογόνους παράγοντες πιο γρήγορα από κάποιους  άλλους. Αυτή η προσαρμοστικότητα δίνει στους πληθυσμούς έναν γρήγορο, μη γενετικό τρόπο προσαρμογής, ιδιαίτερα σε καταστάσεις όπου η γενετική αλλαγή είναι περιορισμένη ή αργή. Ωστόσο, απαιτείται προσπάθεια και πόροι για να διατηρηθούν αυτές οι επιγενετικές καταστάσεις. Επιπλέον, απαιτούνται συχνά ισχυρές επιλεκτικές πιέσεις για να μεταβιβαστούν αυτές οι τροποποιήσεις από γενιά σε γενιά.

Εάν όχι, οι επιγενετικοί δείκτες μπορεί τελικά να εξαφανιστούν, ιδιαίτερα εάν οι περιβαλλοντικοί παράγοντες σταθεροποιηθούν ή κυμαίνονται ασταθώς. Επιπλέον, η διατήρηση αυτών των αλλαγών μπορεί να έχει κάποιο κόστος φυσικής κατάστασης και δεν θα είναι όλες οι επιγενετικές τροποποιήσεις μακροχρόνιες, επομένως πρέπει να επιτευχθεί μια ισορροπία. Συνολικά, η ιστορία της ανθεκτικότητας των μελισσών και άλλων εντόμων είναι περίπλοκη. Αν και η γενετική χρησιμεύει ως βάση, η φυσική επιλογή σε τοπικά περιβάλλοντα και οι επιγενετικοί μηχανισμοί είναι επίσης πολύ σημαντικοί. Η ταχεία προσαρμογή των εντόμων στο περιβαλλοντικό στρες καταδεικνύει την εφευρετικότητα της φύσης, αξιοποιώντας τόσο τη γενετική ποικιλομορφία όσο και την επιγενετική πλαστικότητα για να ξεπεράσουν τα εμπόδια. Η αξιοσημείωτη προσαρμοστικότητα που είναι υφασμένη στον ιστό της ζωής αποδεικνύεται από την ανθεκτικότητα, η οποία δεν βασίζεται αποκλειστικά στα γονίδια, αλλά προκύπτει μάλλον από τη δυναμική αλληλεπίδραση της γενετικής, της επιγενετικής και του περιβάλλοντος.

Ευαγγελία Μαυριδου

Δεν επιτρέπεται η αναδημοσίευση του άρθρου (reblogging κτλ), η αναπαραγωγή του (ολική/μερική) χωρίς την άδεια του συντάκτη.Επιτρέπεται η κοινοποίηση του συνδέσμου/link στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης.

Παραπομπές:

1. Άρθρο του NCIB PMC για την επιγενετική στα έντομα. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9368798/

2. Τοπικά Προσαρμοσμένες Μέλισσες: Οι Ανθεκτικές Μέλισσες της Φύσης. https://wbka.com/wp-content/uploads/2021/12/Locally-Adapted-Bees.pdf

3. Darwin, C. (1868). Η Ποικιλομορφία των Ζώων και των Φυτών υπό Εξημέρωση. John Murray.

4. Müller, J., & Schulz, S. (2020). Επιγενετικοί μηχανισμοί στην προσαρμογή και την ανθεκτικότητα των εντόμων. Insect Molecular Biology

5. Oldroyd, B. P., & Nanork, U. (2009). Απλοδιπλοειδία, κοινωνικά έντομα και η εξέλιξη του αλτρουισμού. The American Naturalist

6. Kucharski, R. L., et al. (2015). Διατροφικός έλεγχος της αναπαραγωγικής κατάστασης στις μέλισσες μέσω μεθυλίωσης του DNA. Science

7. Gunderson, J., & Holliday, R. (1988). Επιγενετική κληρονομικότητα: μηχανισμοί και εξέλιξη. Trends in Genetics

8. Menzel, R. (2012). Η μέλισσα ως μοντέλο για την κατανόηση της βάσης της νόησης. Nature Reviews Neuroscience

9. Roberts, S. P., & Roberts, J. M. (2018). Ο ρόλος των περιβαλλοντικών παραγόντων στρες στην επιγενετική ρύθμιση της συμπεριφοράς και της ανθεκτικότητας των μελισσών. Environmental Epigenetics

10. Szyf, M. (2015). Επιγενετική, μεθυλίωση DNA και το περιβάλλον. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology