Drosophila melanogaster to cenny obiekt badań naukowych. Możemy spotkać ją w kuchni

W tym artykule:

1. Tajemnice krótkiego życia Drosophila melanogaster
2. Jak Drosophila melanogaster pomogła w badaniach nad genetyką?
3. Drosophila melanogaster – zdobywczyni wielu Nagród Nobla
4. Drosophila melanogaster w kosmosie

Drosophila melanogaster jest znana także jako wywilżna karłowata, drozofila karłówka i karłówka. Brzmi obco? Więc nadmienimy, że większość osób kojarzy tego owada jako muszkę owocową lub muszkę owocówkę. W domach jest traktowana jako nieproszony gość – insekt, którego trzeba się pozbyć. Trzeba jednak wiedzieć, że jeszcze 100 lat temu, gdy genetyka dopiero raczkowała, te niepozorne owady znacząco przyspieszyły rozwój tej dziedziny nauki. Jakby tego było mało, maleńka muchówka zapisała się w historii jako pierwsza ziemska istota w kosmosie.

Tajemnice krótkiego życia Drosophila melanogaster

W środowisku naturalnym można je spotkać w pobliżu drzew owocowych. Najbardziej lubią woń fermentujących okazów, ale przyciągają je nawet przetwory, jak choćby dżemy i konfitury. Mowa o muszkach owocowych, które w kuchni stanowią prawdziwe utrapienie. Z reguły niewiele osób spogląda na nie przychylnie. Wyjątkiem są przedstawiciele świata nauki. Dlaczego? O tym za chwilę. Najpierw przyjrzymy się nieco bliżej tym niezwykłym owadom.

Drosophila melanogaster to niewielki przedstawiciel rzędu muchówek. Mierzy ok. 2 mm długości. Poprzeczne ciało pokrywają szczecinki. Charakterystyczny dla tego gatunku jest dymorfizm płciowy – samica jest nieco większa od samca.

Dlaczego ciepło nas usypia? Badanie na muchach wyjaśnia, skąd się bierze ochota na drzemkę w upały

Mózg muchy owocówki wyposażony jest w specjalną sieć połączeń między neuronami czuciowymi a tymi regulującymi rytm dobowy. To precyzyjny mechanizm biologiczny, który sprawia, że upał w...

Te niewielkie muchówki są znane jako muszki owocowe. Ta nazwa wzięła się od ich pokarmu. Osobniki z tego gatunku odżywiają się drożdżami bytującymi na gnijących owocach. Nie są zatem szkodnikami upraw, ale w warunkach domowych okazują się dość uciążliwymi gośćmi, tym bardziej, że mogą powodować szkody w przetworach owocowych.

Samiec żyje około 33 dni, natomiast samica – około 26 dni. W tym czasie składa do 3000 jaj. Rozmnażanie jest poprzedzone charakterystycznym tańcem godowym. Samiec podlatuje do samicy, odgina jedno ze skrzydeł i wprowadza je w wibracje. Towarzyszy temu charakterystyczne „brzęczenie”.

Owad jakich wiele? Niekoniecznie. Trzeba wiedzieć, że Drosophila melanogaster jest jednym z pierwszych organizmów eukariotycznych, których kod genetyczny udało się całkowicie zsekwencjonować. W genetyce jest gatunkiem modelowym, czyli organizmem, który ze względu na swoje cechy jest wykorzystywany w badaniach genetycznych. O jakich cechach mowa?

Po pierwsze, gatunek ten jest wyjątkowo łatwy w hodowli. Krzyżowanie przebiega bezproblemowo, a wzrost postępuje szybko. Gdy Drosophila melanogaster ulegnie przepoczwarzeniu, jest zdolna do rozmnażania po upływie ok. 8–12 godzin. W praktyce wystarczą dwa tygodnie, by w kolonii pojawiło się kolejne pokolenie.

Po drugie, przeprowadzone badania ujawniły, że osobniki z tego gatunku mają zaledwie cztery pary chromosomów – 3 pary autosomów i jedną parę allosomów, czyli chromosomów płci. Dla porównania, człowiek ma 23 pary chromosomów. Należy także wspomnieć, że chromosomy zlokalizowane w jądrach komórkowych muszek owocowych są na tyle duże, że można obserwować je przez mikroskop o stosunkowo niewielkiej mocy.

Jak Drosophila melanogaster pomogła w badaniach nad genetyką?

Organizmy modelowe od bardzo dawna uczestniczą w badaniach nad podstawowymi procesami życiowymi. Wyniki uzyskane w toku pracy prowadzonej z udziałem takiego gatunku można później odnieść do innych organizmów, w tym także do człowieka. Wynika to z faktu, że podstawowe procesy biologiczne są wysoce konserwatywne. To oznacza, że w toku ewolucji podlegały tylko niewielkim zmianom. Można w nieskończoność dyskutować o etyce takich badań. Jednak nie da się zaprzeczyć, że eksperymenty na organizmach żywych znacząco przyspieszyły rozwój nauki i dały przełomowe odpowiedzi na wiele ważnych pytań.

Drosophila melanogaster została zakwalifikowana jako gatunek modelowy na początku XX stulecia. Pierwsze eksperymenty na muszkach owocowych przeprowadził Thomas Hunt Morgan. Swoją pracę rozpoczął w 1908 roku. Dzięki badaniom przeprowadzonym na muszkach owocowych, amerykański biolog i genetyk zapisał się w historii genetyki jako twórca teorii dziedziczności.

Od badań Thomasa Morgana minęło ponad 100 lat, a osobniki z gatunku Drosophila melanogaster nadal są wykorzystywane w pracy naukowej. Współcześnie korzysta się nie tylko ze szczepów dzikich, ale także z setek lub nawet tysięcy szczepów transgenicznych. Dzięki krzyżowaniu transgenicznemu, naukowcy w krótkim czasie mogą uzyskać osobniki o zmienionej ekspresji genów w konkretnym typie komórek. To sprawia, że możliwe jest poznawanie funkcji poszczególnych genów i białek in vivo w organizmie.

Pula genów muszki owocowej jest w 60 proc. zbieżna z ludzkim genomem. Nie jest to szczególnie duża zgodność genetyczna, jednak nie to jest najważniejsze. W genomie tej muchówki występują odpowiedniki ok. 77 proc. genów ludzkich, których aktywacja doprowadza do wystąpienia różnych schorzeń. Z tego względu Drosophila melanogaster to idealny obiekt badań nad metodami ich dezaktywacji. Ten niewielki organizm modelowy bierze też udział w badaniach nad funkcją układu immunologicznego i rozprzestrzeniania się chorób o podłożu genetycznym w populacji.

Muszka owocowa może wiele zaoferować naukowcom. Nic więc dziwnego, że stała się jednym z najpopularniejszych obiektów badań. Należy bowiem wiedzieć, że jako obiekt badawczy znajduje zastosowanie nie tylko w genetyce, ale także w dziedzinie toksykologii, farmakologii, neurobiologii i biologii rozwoju.

Drosophila melanogaster – zdobywczyni wielu Nagród Nobla

Przydatność badawcza muszek owocowych uczyniła je wielokrotnymi zdobywcami najbardziej prestiżowego wyróżnienia, przyznawanego za wybitne zasługi dla ludzkości. No, może nie same owady, ale naukowców, którzy prowadzili badania z ich udziałem.

Jako pierwszy badacz pracujący z muszkami owocowymi, Nagrodę Nobla otrzymał wspomniany już Thomas H. Morgan. W 1933 roku Amerykanin został nagrodzony za odkrycia dotyczące roli, jaką chromosomy odgrywają w procesie dziedziczenia. Drugim noblistą, który związał swoją pracę z tymi owadami, był Hermann J. Muller. Amerykański profesor zoologii w 1946 roku otrzymał nagrodę za odkrycie mutacji powstających pod wpływem działania promieniowania rentgenowskiego.

Kolejna nagrodę otrzymali w 1995 roku Edward B. Lewis, Eric F. Wieschaus i Christiane Nusslein-Volhard. Zespół naukowców został wyróżniony za odkrycia w obszarze genetycznej kontroli wczesnego rozwoju embrionalnego. W 2004 roku Nagrodę Nobla zdobył Richard Axel. Komisja nagrodziła odkrycie amerykańskiego lekarza związane z organizacją układu węchowego.

Czy owady odczuwają ból tak jak ludzie? Jest na to coraz więcej dowodów

Kiedy następnym razem będziesz chciał zamachnąć się na muchę lub osę, dwa razy się zastanów. Owady te prawdopodobnie odczuwają ból tak samo, jak ludzie.

Kolejna nagroda za pracę z muszkami owocowymi została wręczona w 2011 roku. Laureatem był Jules A. Hoffmann. Francuski immunolog dokonał ważnego odkrycia w obszarze aktywacji odporności wrodzonej. Także rok 2017 był łaskawy dla naukowców pracujących z tymi owadami. Nagrodę otrzymał wówczas zespół, w skład którego wchodzili Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael Young. Naukowcy odkryli mechanizmy molekularne kontrolujące rytm dobowy.

Drosophila melanogaster w kosmosie

Na zakończenie wypada wspomnieć, że Drosophila melanogaster ma swój udział także w podboju kosmosu. Zanim agencje kosmiczne wysłały w przestrzeń człowieka, musiały upewnić się, czy organizmy żywe są w stanie przetrwać w stanie nieważkości i znieść ekspozycję na promieniowanie kosmiczne. Imiona takie jak Dezik, Cygan i Łajka są znane wielu osobom. Trzeba jednak wiedzieć, że w gronie „zwierząt-astronautów” są także bezimienni bohaterowie. Przed psami, kotem, myszami, szczurami czy szympansami, granicę kosmosu przekroczyły... muszki owocowe.

Dokładnie tak, przedstawiciele gatunku Drosophila melanogaster to pierwsze żywe organizmy, które człowiek świadomie wysłał w kosmos. 9 lipca 1946 roku amerykańscy naukowcy wynieśli niemiecką rakietę V-2 na wysokość 100 km. Nie udało się wówczas odzyskać „pasażerów” lotu.

Kolejną próbę podjęli 20 lutego 1947 roku. Wówczas rakietę V-2 wystrzelono (z poligonu White Sands) na wysokość 109 km. Obiekt stracił stabilność w wyższych partiach atmosfery, ale udało się odzyskać kapsułę, w której umieszczone były owady. Muszki przeżyły 3-minutowy lot, a eksperyment udowodnił, że przy zachowaniu odpowiednich zasad organizmy żywe mogą przetrwać podróż powyżej umownej granicy kosmosu.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.