Исследователи совершили прорыв в понимании численности видов
Когда дело доходит до прогнозирования численности вида, размер тела, по-видимому, является фундаментальным и повторяющимся предиктором, при этом 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 вида, включают доступность света, доступность пищи, конкуренцию и хищничество.
Новые результаты исследований группы исследователей в области биологических наук из Университета Арканзаса добавили генетический компонент к нашему пониманию численности видов.
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 энергией. Молекулы энергии, которые производят диатомовые водоросли, поднимаются по пищевой цепи от зоопланктона к водным насекомым, к рыбам и к людям.
Диатомовые водоросли также играют важную роль в фотосинтезе — процессе, в ходе которого углекислый газ преобразуется в кислород. По оценкам, 20–25 % кислорода на Земле поступает из диатомовых водорослей — больше, чем из тропических лесов и наземных растений.
Ключевым открытием было 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 прогнозируется по размеру генома» была опубликована в журнале PLOS Biology тремя авторами с кафедры биологических наук: Уэйдом Робертсом, научным сотрудником-постдоком в лаборатории Алверсона; Адамом Сипельски, доцентом; и Эндрю Алверсоном, профессором и директором 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 клеток тесно связан с размером генома», — объяснил Робертс. «Мы знали это уже некоторое время. Но мы не были уверены, влияет ли размер клеток 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 клеток. Таким образом, мы подтвердили, что размер генома влияет на размер клеток».
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% человеческого генома кодирует гены.
В целом результаты статьи расширяют понимание численности видов, показывая, что один-единственный возникающий признак, являющийся основополагающим для всей жизни, а именно размер генома, может предсказать численность видов в глобальном масштабе.
«Более крупные организмы более распространены в полярных регионах», — сказал Робертс. «Это касается млекопитающих и других многоклеточных организмов. Но мы не знали, касается ли это 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 нагревающейся планете это может означать сокращение численности крупноклеточных диатомовых водорослей и потенциальное снижение выработки кислорода.