Rock Snot: De Dónde Viene Y Cómo Se Hace

{h1}

Investigadores de la universidad de texas utilizan secuenciación avanzada y la supercomputadora ranger de tacc para descubrir el origen de las algas comunes.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

Tal vez has escuchado el viejo chiste: ¿Qué es lo peor que puedes hacer con un bote?

Ponlo en el agua.

Una vez que un barco ingresa al agua, los microorganismos comienzan a acumularse en sus superficies, creando una cantidad significativa de arrastre y un gran desorden. Es posible que esto no importe para un barco de pesca pequeño, pero para buques portacontenedores gigantes, el arrastre creado por microorganismos, en particular organismos unicelulares con cubierta de sílice, llamados diatomeas - resulta en una cantidad significativa de pérdida de combustible cada año.

Las diatomeas son uno de los tipos más comunes de fitoplancton y un grupo importante de algas. Constituyen un gran porcentaje de toda la materia viva en los océanos, ríos y lagos. Una especie, Didymosphenia geminata, es responsable de crear flores gruesas en arroyos de montaña y estanques. Es conocido coloquialmente como didymo o moco de roca. La especie también es una amenaza para los hospitales, ya que puede cubrir superficies húmedas y promover bacterias mediante la secreción de mucílago que soporta todos los tipos de crecimiento.

Para los investigadores en el laboratorio de Edward Theriot en la Universidad de Texas en Austin, las diatomeas (y sus mocos) son objetos ricos de investigación biológica.

"Hay cientos de miles de especies en cada cuerpo de agua que se pueda imaginar en el mundo", dijo Matt Ashworth, un investigador del laboratorio. "Son un grupo muy exitoso, un grupo relativamente joven, y estamos interesados ​​en comprender cómo han evolucionado y colonizado los diferentes ecosistemas".

Micrografia ligera de live. Cyclophora tenuis Células. Estas diatomeas marinas forman colonias unidas por almohadillas de mucílago producidas en los extremos de cada célula. Las colonias también suelen estar ancladas a las rocas o macroalgas por estas almohadillas.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

Durante décadas, las diatomeas se resistieron al estudio. Su genoma es notoriamente difícil de analizar. Los estudios morfológicos, basados ​​en la forma de la concha de una especie u otras características, a menudo contradecían los resultados de las pruebas moleculares. Sin embargo, los métodos de secuenciación de próxima generación, en combinación con técnicas computacionales y poderosas supercomputadoras, ayudan a los investigadores a comprender mejor la biología, la evolución y la dispersión de la diatomea.

Usando estas nuevas herramientas, los investigadores están tratando de responder una serie de preguntas básicas sobre la evolución de la diatomea: ¿Cómo fueron las primeras diatomeas? ¿Cómo se ha movido el organismo de un solo sitio a cada cuerpo de agua en el mundo? ¿Y cómo algunas especies han desarrollado la capacidad de producir prodigiosas cantidades de moco?

Micrografia de luz de un live. Striatella unipunctata célula. Esta diatomea marina utiliza un tallo mucilaginoso (abajo a la derecha en la imagen) para anclar a sustratos como rocas, muelles o cascos de barcos.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

La búsqueda del Ur-Diatom

Los investigadores han tratado de entender cómo podría ser el ancestro original de la diatomea. Aunque Theriot y su equipo aún se encuentran en las primeras etapas de su análisis, algunos de sus resultados son lo suficientemente consistentes como para que puedan comenzar a dibujar una imagen de cómo pudo haber aparecido la llamada "diatomea ur".

"Hay una idea de que la primera diatomea era un pequeño flagelado, pero lo que estamos encontrando en la base del árbol de diatomeas son cosas largas y tubulares, muy parecidas al tubo dentro de un rollo de papel de cocina", dijo Edward Theriot. profesor de evolución molecular en la Universidad de Texas en Austin y director de su Centro de Ciencias Naturales de Texas. "En el mundo de las diatomeas, esta es una visión radical, pero es exactamente lo que el árbol nos está diciendo".

Micrografía ligera de una colonia de Parlibellus sp. diatomeas Estas diatomeas marinas viven y se dividen en tubos mucilaginosos que segregan. Estos tubos pueden ser altamente organizados y lo suficientemente grandes como para confundirlos con algas pardas.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

Para llegar a esta conclusión, los investigadores analizaron los genes ribosomal y cloroplasto de más de 200 diatomeas y Bolidomonas (un género estrechamente relacionado). Querían probar la comprensión predominante de dónde caen ciertas diatomeas en el árbol evolutivo, e incluyeron especies utilizadas como modelos en estudios genómicos y diatomeas cuya colocación en la filogenia de diatomeas ha sido problemática o controvertida.

Después de generar grandes cantidades de datos utilizando secuenciadores de genes de próxima generación, utilizaron el guardabosque supercomputadora en el Centro de computación avanzada de Texas para alinear, organizar y analizar los datos de ADN, y para ejecutar programas filogenéticos que esbozaron la evolución de las diatomeas en su conjunto.

"Hay una serie de programas que comparan secuencias de ADN y estiman cómo esas secuencias de ADN evolucionaron unas de otras, y algunas de ellas tienen algoritmos muy complejos", dijo Ashworth. "Antes de que tuviéramos acceso a Ranger, llevaría semanas y meses ejecutarlo. Ranger hace los mismos análisis en horas. Así que ha sido una herramienta muy poderosa para darnos ideas rápidas sobre cómo se relacionan las diferentes cepas entre sí".

El tiempo que Ranger ahorra a los investigadores no solo les permite obtener una respuesta más rápido. También les permite probar muchas hipótesis alternativas.

"A veces, el mejor árbol de datos moleculares se ve radicalmente diferente de lo que la morfología nos dice que debemos esperar", explicó Theriot. "Con Ranger, podemos redirigir nuestro tiempo lejos de encontrar el mejor árbol para un conjunto de datos, a preguntar qué tan diferente es ese mejor árbol de lo que pensaron los eruditos sobre la evolución de la diatomea, hace 100 años".

Usando un enfoque comparativo estadístico, los investigadores llegaron a un árbol de evolución de diatomeas diferente al que tradicionalmente se había concebido, y a un punto de origen diferente. Informaron algunos de sus primeros hallazgos en el XXII Coloquio Internacional de Diatomeas en agosto de 2012 y continúan investigando los resultados de la secuenciación a la luz de investigaciones anteriores.

Micrografía ligera de una colonia de Parlibellus sp. diatomeas En esta imagen, podemos ver las diatomeas dentro de los tubos mucilaginosos secretados por las células en la colonia. Aunque las diatomeas son microscópicas, los tubos se pueden ver a simple vista.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

Micrografía ligera de una colonia de Berkeleya Rutilans diatomeas Estas diatomeas marinas viven y se dividen en tubos mucilaginosos que segregan. Estos tubos pueden ser altamente organizados y lo suficientemente grandes como para confundirlos con algas pardas.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

Entonces, ¿cómo funciona el didymo hacer todo ese moco?

Para algunos de los estudios más específicos del laboratorio, como la evolución de la capacidad de producción de moco de los mocos de roca, los investigadores secuenciaron los transcriptomas (todas las moléculas de ARN mensajero expresadas de los genes de un organismo) de media docena de especies para identificar los genes clave para La producción molecular del mucílago.

"La gente ha estado tratando de caracterizar ese mucílago químicamente durante 20 años y no ha aportado mucha información", dijo Ashworth. "Tomando un enfoque de transcriptome, puedo generar una gran cantidad de datos muy rápidamente y abordar el problema, no en los resultados finales, que es el azúcar que se secreta, sino en el principio, en el punto de la maquinaria molecular que se ensambla y permite. Para la secreción de ese azúcar en primer lugar ".

Cuatro de los taxones que secuenciaron producen mucílago visible, y los otros tres taxones no lo hacen, pero están estrechamente relacionados con los productores de mucílago. Creen que las diatomeas estrechamente relacionadas deben compartir transcriptomas similares, excepto los genes relacionados con el mucílago.

Micrografía ligera de una colonia de Berkeleya Rutilans diatomeas En esta imagen, podemos ver las diatomeas dentro de los tubos mucilaginosos secretados por las células en la colonia. Aunque las diatomeas son microscópicas, los tubos se pueden ver a simple vista.

Crédito: Matt Ashworth, La Universidad de Texas en Austin

Hay cientos de genes involucrados en el ensamblaje, empaque y secreción de estos productos, dijo Ashworth. Si puede encontrar 10 genes que están definitivamente involucrados en este proceso, entonces está 10 genes más cerca de entender cómo ocurre esta función.

"Generar secuencias de ADN en sí mismo no es particularmente emocionante, pero la forma en que las secuencias encajan entre sí, o la existencia de ciertas secuencias en absoluto, nos dice mucho sobre la biología de estos organismos".

Theriot usa TACC para hospedar un portal web que apoya la investigación en el laboratorio, llamado Protist Central. Él y su equipo utilizan el portal para administrar imágenes e información sobre todas las diatomeas en las que están trabajando. También lo utilizan para gestionar la información de su colaboración con investigadores en Guam sobre la flora de diatomeas de los arrecifes de coral del Pacífico. ¿Quieres explorar el hermoso y microscópico mundo de las diatomeas? Echa un vistazo a la galería de imágenes, diatomeas de la costa del Golfo de Texas.

Nota del editor: Los investigadores descritos en los artículos de Detrás de escena han sido apoyados por el Fundación Nacional de Ciencia, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el sertras el archivo de escenas.


Suplemento De Vídeo: What Didymo or Rock Snot Looks Like.




Investigación


9 Usos Super-Cool Para Supercomputadoras
9 Usos Super-Cool Para Supercomputadoras

Bitcoin Está Absorbiendo Tanta Energía Que Podría Dejar De Ser Rentable
Bitcoin Está Absorbiendo Tanta Energía Que Podría Dejar De Ser Rentable

Noticias De Ciencia


Oferta De Cyber ​​Monday: Regale El Regalo De Ancestrydna Con Un 40% De Descuento
Oferta De Cyber ​​Monday: Regale El Regalo De Ancestrydna Con Un 40% De Descuento

¿Cómo Hacen Los Fuegos Artificiales Las Formas?
¿Cómo Hacen Los Fuegos Artificiales Las Formas?

Raro Caso De Gemelos Lagarto Unidos Reportados En El Zoológico
Raro Caso De Gemelos Lagarto Unidos Reportados En El Zoológico

Camada De Cachorros De Lobo Raros Y Desaliñados Nacidos En Virginia
Camada De Cachorros De Lobo Raros Y Desaliñados Nacidos En Virginia

Tendencia Poco Saludable: Menos Estadounidenses Están Tratando De Perder Peso
Tendencia Poco Saludable: Menos Estadounidenses Están Tratando De Perder Peso


ES.WordsSideKick.com
Reservados Todos Los Derechos!
La Reproducción De Cualquier Permitió Sólo Prostanovkoy Enlace Activo Al Sitio ES.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ES.WordsSideKick.com