NIB - MORSKA BIOLOŠKA POSTAJA PIRAN
Raziskovanje genetske strukture meduznih populacij
Kratek življenjski krog in množično razmnoževanje omogoča klobučnjakom, da se hitro in v velikem številu namnožijo. Povsod, kjer se množično pojavijo klobučnjaške meduze najprej zaznamo njihov negativen učinek kot je gospodarska škoda v ribištvu, marikulturi in v turizmu. Žal šele na tak način pritegnejo pozornost širše laične in tudi strokovne javnosti. Nenazadnje smo zaradi njihovega množičnega pojavljanja v severnem Jadranu začeli načrtno zbirati podatke o množičnem pojavljanju meduz in pričeli z bolj poglobljenim opazovanjem njihovih populacij ter genetske strukture. Velike agregacije meduz so lahko posledica razmnoževanja ali pa posledica tokov in vetrov, ki jih zberejo na določeni površini.
Da bi ugotovili ali je agregacija posledica razmnoževanja ali le zgolj zaradi fizikalnih procesov je potrebno raziskati genetsko strukturo take agregacije, da bi ugotovili koliko so si člani v njej genetsko podobni. Ugotavljanje genetske strukture temelji na primerjavi določenih delov jedrne DNA ali izvenjedrne DNA kot je mitohondrijska DNA. Med sabo primerjamo točno določene dele izbrane DNA, ki jih imenujemo genski markerji. Razlike v genskih markerjih nam razkrivajo razlike med populacijami v času (kako se populacije genetsko spreminjajo skozi čas) in v prostoru (kako se populacije z geografsko razdaljo med sabo genetsko razlikujejo). Zaenkrat so na voljo podatki o genetski strukturi meduznih populacij le pri nekaterih vrstah klobučnjakov kot so uhati klobučnjak (Aurelia aurita) in za nekatere vrste iz rodu korenoustih klobučnjakov (rod Mastigias in rod Cassiopea). Genetska raznolikost in geografska razporeditev različnih variant mitohondrijske DNA se uporablja za ugotavljanje genetske raznolikosti na nivoju vrste in za odkrivanje kriptičnih vrst, ki se po zgradbi telesa in načinu življenja ne razlikujejo dovolj, da bi jih lahko opredelili kot samostojno vrsto.
SLIKA 1: Grafični prikaz genetske sorodnosti izračunane iz nukleotidnih zaporedij v genu za citokrom oksidazo c iz različnih predstavnikov korenoustih klobučnjakov.
V času trajanja projekta smo zabeležili množično pojavljanje treh vrst klobučnjaških meduz: mesečinke (Pelagia noctiluca), uhatega klobučnjaka (Aurelia aurita) in velikega klobučnjaka (Rhizostoma pulmo). Vzorčevanje je potekalo z povlečno kočo ali pa kar z rokami in grabili. Meduzam smo ob izmerili premer klobuka, stehtali in del klobuka skrbno shranili v konzervansu za nadaljne analize. Najprej smo iz koščka meduzinega klobuka izolirali DNA in pomnožili del zapisa za encim citokrom oksidazo c ter ga nato analizirali. Zapis pomeni zaporedje baz, ki tvorijo DNA. Omenjeni encim se uporablja za preučevanje genetske strukture tako živali kot rastlin v postopku, ki ga imenujemo “DNA barcoding”. Med sabo smo primerjali genetski zapis velikega števila meduz, da bi ugotovili kako so si zaporedja baz v DNA podobna. V primerjavo smo vključili tudi zaporedja baz omenjega encima, ki so bila pridobljena iz drugih sorodnih vrst klobučnjakov in na voljo raziskovalcem. Bolj smo se posvetili velikemu klobučnjaku in mesečinki. Veliki klobučnjak se pojavlja v večjih množinah v zimskem času in mesečinki, ki se pojavlja bolj množično v toplejšem delu leta.
Veliki klobučnjak je običajna vrsta, ki se pojavlja v Sredozemskem morju in v Črnem morju. Zanimalo nas je, koliko so si genetsko podobne meduze velikega klobučnjaka, ki smo jih ujeli v Tržaškem zalivu z meduzami iz Črnega morja. Rezultat nas ni presenetil, kajti ugotovili smo, da se genetski zapis velikih klobučnjakov, ki so bili nabrani v severnem Jadranu, jasno loči od genetskega zapisa meduz velikega klobučnjaka, ki so bile nabrane v Črnem morju. (SLIKA 1) Glede na precejšnjo geografsko oddaljenost je očitno, da je izmenjava meduz in s tem tudi prenos genov zelo omejen. Prav tako je veliki klobučnjak vrsta, ki ima polipno generacijo in s tem možnost preživeti neugodne razmer v obliki mirujočega polipa.
Na enak način kot pri velikem klobučnjaku smo primerjali podobnost v zaporedjih baz, ki nosijo zapis za encim citokrom oksidazo c tudi pri mesečinki. V zadnjih dveh letih smo lahko nabrali vzorce mesečink skorajda povsod v severnem Jadranu. Na osnovi primerjave v zaporedjih baz smo lahko izračunali kolikšna je raznolikost med primerjanimi vzorci mesečink. Izračunali smo, da se mesečinke, ki so bile nabrane v severnem Jadranu genetsko bolj siromašne v primerjavi z mesečinkami, ki so bile nabrane južnem Jadranu in v centralnem delu Sredozemskega morja. Prav tako smo ugotovili, da se zaporedje baz v zapisu za citokrom oksidazo c v mesečinkah iz severnega Jadrana razlikuje od zapisa, ki smo ga našli v vzorcih mesečink iz južnega Jadrana. Dobljene rezultate podpira tudi domneva, da mesečinke občasno ob določenih pogojih zanesejo vodni tokovi v Jadransko morje skozi Otrantska vrata. Na tak način pride občasno do izmenjave osebkov in genov med dvema populacijama. Mesečinka je vrsta, ki nima polipne populacije, ampak samo meduzno generacijo, ki se mora redno obnavljati s spolnim razmnoževanjem. Zato verjetno ni presenetljivo, da smo našli razmeroma veliko raznolikost v zapisu za encim citokrom oksidazo c. Na sliki 2 so prikazani izračunani sorodstveni odnosi med posameznimi osebki, ki so bili nabrani na različnih lokacijah. V primerjavo nukleotidnega zapisa smo vključili edino do sedaj znano sorodno nukleotidno zaporedje (Chrysaora sp.), ki sodi v isto družino kot mesečinka.
SLIKA 2: Grafični prikaz sorodnosti izračunane iz nukleotidnih zaporedij v genu za citokrom oksidazo c iz mesečink nabranih na različnih lokacijah (NA severni Jadran, SA južni Jadran, M Malta, FR Francija). Za primerjavo je vključeno nukleotidno zaporedje predstavnika sorodne vrste Chrysaora sp.
Besedilo in slike: dr. Andreja Ramšak
