معلومة

معدل دوران الإنتاج والأجيال في ذبابة الفاكهة

معدل دوران الإنتاج والأجيال في ذبابة الفاكهة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كنت أقرأ عن تجارب Lenski حول تطور بكتريا قولونية البكتيريا وتجارب الدكتور إلدرز على تطور سمكة الجوبي. لقد سحرتني هاتان التجربتان تمامًا ، وبدا أنهما تحدثا بسرعة نسبيًا وفقًا للمعايير التطورية. ورد في الكتاب أن وقت الدوران الإنتاجي لذبابة الفاكهة قصير بشكل خاص.

أنا مهتم للغاية وأرغب بشدة في إجراء تجربة في تطور ذبابة الفاكهة ، تمامًا مثل تجارب Lenski و Elder عندما أكبر.

فقط حتى أتمكن من الحصول على فكرة جيدة ، حيث لا يمكنني العثور على أي شيء على الإنترنت ، كم من الوقت سيستغرق ذبابة الفاكهة للوصول إلى 10 أجيال على سبيل المثال؟

أيضًا ، ما هي أفضل طريقة لبدء تجربة مثل هذه؟ هل سيكون هناك أشخاص معينون للاتصال؟ هل تحتاج إلى مؤهلات معينة؟


ماذا تقصد بعدم العثور على أي شيء على الإنترنت؟ يتم شرح وقت جيل ذبابة الفاكهة هنا؟

سؤالك الآخر خارج الموضوع قليلاً هنا ولكني سأقدم كل النصائح التي سمعتها بنفسي:

يمكنك ترك قشرة موز والتقاط بعض ذباب الفاكهة ، ثم إجراء التجربة في مطبخك :) المزاح جانبًا ، ما لم تقم بإجراء التجربة بشكل مستقل ، فمن المحتمل أن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً ومن المحتمل جدًا أنك لن تكون قادرًا على ذلك افعلها على الإطلاق (إلا إذا أصبحت عالمًا مشهورًا). لست على دراية بالتجارب التي ذكرتها ، ولكن إذا كنت بحاجة إلى معدات و / أو تمويل ، فستحتاج إلى مؤهل و / أو شرح جيد لماذا يجب على الأشخاص منحك المال أو السماح لك باستخدام معداتهم لهذه التجربة.

لا أعرف في أي مرحلة تعليمية أنت فيها ، ولكن يبدو أنك ما زلت في المدرسة ("عندما أكبر")؟ يوجد في معظم البلدان بعض المخططات حيث يمكن للطلاب (أدناه uni) التقدم بطلب للحصول على أشياء من نوع الباحث الشاب ، لذا يمكنك محاولة البحث عن ذلك في google. بصرف النظر عن ذلك ، فإن أفضل رهان هو على الأرجح محاولة الانضمام إلى وحدة مع مرافق وبرامج بحث جيدة لطلابهم. ما تدرسه لا يجب أن يكون مهمًا طالما أنه علم.

ردًا على تعليق مارتا: إذا فهمت التجربة وتعتقد أنه يمكنك جمع كل شيء استخدموه في المنزل ، فلا شيء يعارض مجرد القيام بذلك بنفسك. فقط تأكد من أنك لا تدع تلك الذباب يجتاح منزلك ؛)


سبب الحظر: تم تقييد الوصول من منطقتك مؤقتًا لأسباب أمنية.
زمن: الاثنين 21 يونيو 2021 23:58:05 بتوقيت جرينتش

حول Wordfence

Wordfence هو مكون إضافي للأمان مثبت على أكثر من 3 ملايين موقع WordPress. يستخدم مالك هذا الموقع Wordfence لإدارة الوصول إلى موقعه.

يمكنك أيضًا قراءة الوثائق للتعرف على أدوات حظر Wordfence & # 039s ، أو زيارة wordfence.com لمعرفة المزيد حول Wordfence.

تم إنشاؤه بواسطة Wordfence في الاثنين ، 21 حزيران (يونيو) 2021 23:58:05 GMT.
وقت الكمبيوتر & # 039 s:.


تحديد الجين الرئيسي وراء السمة المميزة لمرض لو جيريج

حدد باحثو ستانفورد جينًا حاسمًا في تكوين البروتينات السامة في التصلب الجانبي الضموري وأظهروا كيف يمكن أن يُعلم العلاجات المحتملة للمرض.

استخدم آرون جيتلر وزملاؤه تجارب في الخميرة وذباب الفاكهة وفي الخلايا المشتقة من الأشخاص المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري لتحديد الجين المرتبط بتكوين كتل البروتين السامة التي تعتبر السمة المميزة للمرض.
بول سكوما

يوجد داخل أدمغة المرضى الذين يعانون من التصلب الجانبي الضموري ، وهو مرض تنكسي عصبي منهك ، علامة منبهة تشير إلى كل حالة تقريبًا: كتل من البروتينات السامة.

الآن ، حدد باحثون من كلية الطب بجامعة ستانفورد ومعاونوهم الجين الرئيسي وراء تكوين نوع واحد من هذه التجمعات الضارة بالخلايا العصبية. لقد أظهروا أيضًا كيف أن تثبيط وظيفة الجين يحد من إنتاج البروتين الضار.

قال آرون جيتلر ، دكتوراه ، أستاذ علم الوراثة: "نحن نعلم أن هذه المجاميع الغنية بالبروتين هي سمة مميزة لمرض التصلب الجانبي الضموري". "لكن هذا الاكتشاف يسمح لنا بإلقاء نظرة أعمق على كيفية صنع هذه المجاميع ، وربما كيف يمكننا إعاقة هذه العملية."

يرمز الجين ، RPS25 ، لقطعة من الآلات الخلوية اللازمة لإنشاء المادة اللزجة القائمة على البروتين والتي تتراكم في بعض أشكال ALS وتضر بالخلايا العصبية السليمة. عندما تم استنفاد نشاط الجين تجريبيًا - في الخميرة ، في الخلايا العصبية المستمدة من مرضى ALS وفي ذباب الفاكهة - لاحظ Gitler وفريقه انخفاض مستويات البروتين القاتل بنحو 50٪ في جميع المجالات.

اختبر الفريق أيضًا وظيفة RPS25 في الخلايا البشرية التي تمثل مرض هنتنغتون ورنح المخيخ الشوكي ، وهما مرضان آخران من الأمراض التنكسية العصبية التي لها "سمات" مجمعة للبروتين تشبه ALS ، كما قالت شيزوكا يامادا ، طالبة دراسات عليا في مختبر جيتلر. هناك أيضًا ، ساعد تثبيط الجين على خفض مستويات البروتين السيئ.

قال يامادا إن الوقت ما زال مبكرا ، لكن إعاقة الجين RPS25 يبدو وكأنه هدف واعد لتقليل البروتينات المدمرة التي شوهدت في ALS وحتى إطالة العمر الافتراضي ، كما شوهد في نموذج ذبابة الفاكهة لـ ALS مع مستويات نشاط منخفضة من الجين.

تم نشر ورقة تفصيلية عن نتائج البحث في 29 يوليو في علم الأعصاب الطبيعي. جيتلر ، الذي يشغل منصب أستاذ العلوم الأساسية بجامعة ستانفورد للطب ، هو كبير المؤلفين. يامادا هو المؤلف الرئيسي.

طريق بديل

يُعرف أيضًا باسم مرض لو جيريج ، ALS هو حالة تقتل الخلايا العصبية الحركية ، والتي تعتبر ضرورية لجميع المهام البدنية ، من تمشيط الشعر إلى التنفس. لا يكون السبب الجذري وراء كل حالة هو نفسه دائمًا ، فهناك عدد كبير من العوامل الجينية التي تلعب دورًا في ظهور مرض التصلب الجانبي الضموري. ومع ذلك ، غالبًا ما يكون الجين هو الجاني. في ALS ، تحتوي على سلسلة من الحمض النووي تكرر نفسها بشكل خاطئ.

يتحول هذا الحمض النووي المتكرر إلى بروتينات ضارة تتراكم في الدماغ. عندما تتجمع البروتينات ، فإنها تتداخل مع الخلايا العصبية السليمة ، مما يعوق قدرة الخلايا على العمل بشكل طبيعي.

وقال يامادا إنه خارج خصائصها السامة ، فإن ما يميز تراكمات البروتين هو أنها لا تُصنع مثل البروتينات الأخرى الموجودة في الجسم. وقالت: "في الواقع لا ينبغي تحويل هذه التكرارات إلى بروتينات على الإطلاق". "إنها تأتي من الحمض النووي الذي ليس من المفترض أن يرمز إلى أي شيء ، ومع ذلك فإن البروتينات بطريقة ما تتشكل على أي حال."

أثناء عملية تكوين البروتين ، يقوم الريبوسوم ، وهو نوع من الآلات الجزيئية الموجودة في الخلية ، بمعالجة الحمض النووي الريبي الرسول ، الذي يحتوي على كود جيني يعتمد على الحمض النووي ، ويحوله إلى مواد خام للبروتين. تسمى هذه العملية بالترجمة ، وهي تبدأ من خلال رمز في mRNA يُظهر للريبوسوم مكان بدء الترجمة. لا تحتوي تكرارات الحمض النووي المرتبطة بـ ALS على رمز البداية هذا ، على عكس mRNA العادي.

قال يامادا: "لذا فإن الترجمة المنتظمة لا تعمل مع التكرارات". ولكن اتضح أن هناك حلًا جزيئيًا: عملية ترجمة غير تقليدية تسمى الترجمة غير المرتبطة بـ AUG ، أو ترجمة RAN ، والتي تحول تكرارات ALS إلى أجسام بروتينية مدمرة.

وضع الفرامل على RPS25

الآلية الدقيقة لترجمة RAN ودورها في البيولوجيا البشرية غير واضحة ، لكن العلماء يعرفون أنها لا تزال تعتمد على الريبوسوم. لفهم العملية بشكل أفضل ، لجأ جتلر ويامادا إلى الخميرة ، وهي كائن بسيط لا يزال لديه البروتينات والمسارات الرئيسية للخلايا البشرية. واحدًا تلو الآخر ، قلل الباحثون وظيفة جينات الخميرة الفردية وراقبوا وظيفة RAN للفطر. عندما هدأت ، أثرت عدة جينات في وظيفة RAN ، لكن برزت واحدة على وجه الخصوص ، RPS25. مع إعاقة الجين ، انخفض إنتاج البروتين السام بنسبة 50 في المائة.

لاحظ الباحثون أيضًا انخفاضًا بنسبة 50 في المائة في البروتين السام عندما اختبروا كيف تعمل الخلايا العصبية المستمدة من مرضى ALS دون RPS25.

قال يامادا: "لقد كنا متحمسين حقًا لرؤية الانخفاض في البروتينات المتكررة تنتقل إلى الخلايا البشرية". "إنه أمر رائع دائمًا أن تتمكن بيولوجيا الخميرة من إعلام علم الأحياء البشري بشكل مباشر." ولأن هذه الخلايا جاءت من مرضى يعانون من مرض التصلب الجانبي الضموري ، فقد قدم البحث لمحة موثوقة عن كيفية استجابة الخلايا العصبية للأفراد المصابين بمرض التصلب الجانبي الضموري لمستويات منخفضة من RPS25.

قال يامادا: "من خلال التحليلات الجينية ، يمكننا أن نرى أن التكرارات المرتبطة بـ ALS لا تزال موجودة وأن التسلسلات لم تتغير". "ما كان يتغير هو ناتج الريبوسوم لم يتم تحويل التكرارات إلى بروتينات سامة تقريبًا كما هو الحال في كثير من الأحيان."

قد يبدو قطع جزء من آلة صنع البروتين بالخلية محفوفًا بالمخاطر ، ولكن اتضح أن جين RPS25 البائد لا يفسد الإنتاج الطبيعي للبروتين. ومع ذلك ، أظهر الباحثون أيضًا أن جين RPS25 غير النشط يؤثر على أكثر من مجرد تكرار ALS للجين المختل وظيفيًا بالمثل الذي أوقف إنتاج البروتين الخاطئ في النماذج الخلوية لمرض هنتنغتون والرنح النخاعي النخاعي ، وهما مرضان تنكسيان عصبيان لهما تراكمات بروتين مميزة مشابهة لـ ALS.

التحرك نحو المزيد من التعقيد

أخيرًا ، لجأ الباحثون إلى نماذج ذبابة الفاكهة لـ ALS للتحقيق في كيفية تأثير استنفاد RPS25 على الحشرة بشكل عام. لم يروا فقط انخفاضًا مشابهًا في مستويات البروتين السام ، بل شهدوا أيضًا زيادة في العمر الافتراضي للذباب الذي يفتقر إلى RPS25 الذي يعمل بكامل طاقته. مات الذباب الذي كان يؤوي كلاً من طفرة ALS وجين RPS25 العامل بحلول اليوم 29 ، في المتوسط ​​، في حين أن الذباب الذي كان لديه طفرة ALS وكميات أقل من RPS25 عاش في المتوسط ​​لمدة 38 يومًا. تعيش ذبابة الفاكهة الصحية حوالي 50 يومًا في المتوسط.

قال يامادا إن النتائج مثيرة للاهتمام ، ولكن قبل أن يتمكن العلماء من البدء في متابعة RPS25 كهدف دوائي ، كان لدى الفريق صندوقان لوضع علامة عليهما. يدرس الفريق الآن كيف يمكن لنموذج حيواني أكثر تعقيدًا - مثل الفأر - أن يكون عادلاً بدون RPS25.

قال يامادا: "مع ذباب الفاكهة ، تلاعبنا بالجين الذي لم نقم بإزالته بالكامل". "ما إذا كان الحيوان قادرًا على البقاء على قيد الحياة بدون الجين بالكامل هو جزء كبير من خطوتنا التالية."

علاوة على ذلك ، قالت يامادا إنها وجيتلر ما زالا يبحثان عن صورة أوضح لترجمة RAN في البشر بشكل عام. "هل يحدث فقط في ظل ظروف التولد العصبي؟ أم أن لها دورًا أوسع في الأفراد الأصحاء؟ " قالت. "نحن لا نعرف الإجابة على هذه الأسئلة بعد ، وسيكون من الضروري معرفة ذلك قبل متابعة RPS25 كهدف علاجي."

المؤلفون المشاركون الآخرون في جامعة ستانفورد للدراسة هم طلاب الدراسات العليا نعومي جينوث ونيكولاس كرامر عالم ما بعد الدكتوراه روسلين غروسلي وفني أبحاث الدكتوراه ليزا ناكاياما طالبة في المدرسة الثانوية شيرلين فانغ ، مساعد باحث تاي دينجر ماريا بارنا ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الوراثة وعلم الأحياء التنموي وجوزيف Puglisi ، دكتوراه ، أستاذ البيولوجيا الإنشائية.

كما ساهم في البحث باحثون من Mayo Clinic وكلية لندن الجامعية وجامعة جنوب كاليفورنيا.

Gitler هو عضو في Stanford Bio-X ومعهد Wu Tsai للعلوم العصبية في ستانفورد.

تم تمويل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (منح R35NS097263 ، AI099506 ، AG064690 ، R35NS097273 ، P01NS099114 ، 2T32HG000044 و ​​R01NS097850) ، ووزارة الدفاع الأمريكية ، ورابطة الضمور العضلي ، ومجلس البحوث الأوروبي ومؤسسة أبحاث الزهايمر في المملكة المتحدة.

كما دعمت أقسام ستانفورد في علم الوراثة وعلم الأحياء وعلم الأحياء التنموي وعلم الأحياء الإنشائي العمل.


دوران الإنتاج والأجيال في ذبابة الفاكهة - علم الأحياء

ذبابة الفاكهة سوداء البطن

تم استخدام ذبابة الفاكهة لأول مرة ككائن حي من قبل توماس مورغان في أوائل القرن العشرين. استخدم ذبابة الفاكهة لدراسة علم الوراثة وأظهر أن الجينات مرتبة على الكروموسومات في مجموعة خطية.

منذ ذلك الحين ، زادت معرفتنا بذبابة الفاكهة وفائدتها ككائن حي بشكل كبير مع تطوير تقنيات جديدة.

أظهر التسلسل الأخير لجينوم ذبابة الفاكهة والإنسان أوجه التشابه الهائلة بين الجينومين وسلط الضوء على الحفظ الذي يحدث من خلال التطور. من بين 298 جينًا وجد أنها متورطة في أمراض الإنسان ، تم العثور على 177 منها حتى الآن في ذبابة الفاكهة.

"نحن أشبه بالذباب في تطورنا أكثر مما تعتقد" - لويس وولبرت

مزايا ذبابة الفاكهة ككائن نموذجي:

  • دورة حياة قصيرة - تتطور إلى ذبابة بالغة بعد 9 أيام من الإخصاب.
  • تسلسل الجينوم - تم توقع 13600 جينة ترميز بروتين من هذا التسلسل.
  • رخيصة وسهلة العناية والتكاثر.
  • & # 160 الذباب الطافح يمكن عبوره بسهولة ، وقد ثبت أن النتائج قابلة للتحويل إلى البشر.
  • دفعات كبيرة من الأجنة.
  • خريطة خلوية وراثية مفصلة.

عيوب ذبابة الفاكهة ككائن نموذجي:

  • جنين صغير.
  • نموذج اللافقاريات غير الثدييات ، لذلك لا يمكن نقل بعض الاكتشافات بشكل مباشر لتطبيقها على النظام البشري. & # 160

ما هي الذبابة المستخدمة ككائن نموذجي؟

التجربة الكلاسيكية:

الطفرات الأمومية: & # 160Bicoid mutant - فقدان نهاية الرأس.

لذلك سمح هذا للعلماء باستنتاج أن هذه الجينات كانت متورطة في التجزئة.

ذبابة الفاكهة نماذج رائعة لدراسة التنمية:

تشكيل المحور، من خلال دراسة جينات الأم ، وجينات الفجوة ، وجينات القاعدة الزوجية ، وجينات القطبية المقطعية. أيضًا كائن حي رائع لدراسة جينات Hox - معبرًا عنه على طول محور AP بنفس الترتيب الذي تحدث به في الجينوم.

تشكيل الساق والجناح - أقراص خيالية. أظهرت التجارب أن آليات الزخرفة المستخدمة لتطوير ساق الدرسوفيلا محفوظة على نطاق واسع في الفقاريات ، باستخدام متماثلات جينات الفقاريات.

ذبابة الفاكهة في البحث الطبي:

أنيريديا:& # 160Pax 6 أو طفرات بلا عيون تم دراستها & # 160 في ذبابة الفاكهة. الطفرات في هذا الجين هي المسؤولة عن الحالة البشرية Aniridia. أظهرت التجارب التي أخطأت في التعبير عن Pax 6 البشري في الذباب أن Pax 6 ضروري وكافٍ لتكوين العين.

مرض الزهايمر: تم استخدام ذبابة الفاكهة مؤخرًا للنماذج في مرض الزهايمر & # 160 لأنهم & # 160 يتمتعون بدرجة عالية من التطور & # 160 عضلات وأعصاب & # 160 في تناقض مع أدمغتهم البسيطة. & # 160

مراجع:

مبادئ التنمية الطبعة الثالثة & # 160- لويس وولبرت

صورة ذبابة الفاكهة بإذن من فليكر بموجب رخصة المشاع الإبداعي.


بدأ ذباب الفاكهة يتغذى أولاً على منتجنا الطازج منذ حوالي 10000 عام

كان للبشرية عدد قليل من الرفاق منذ زمن طويل على مدى آلاف السنين ، بما في ذلك الكلاب والقمل والطاعون. ومع ذلك ، من أكثر الأشياء المزعجة ذبابة الفاكهة الشائعة ، ذبابة الفاكهة سوداء البطن، الحشرة الصغيرة ذات العين الحمراء التي تميل إلى إفساد الفاكهة الطازجة. على الرغم من أنه يبدو أن هؤلاء المتوحشين الصغار قد تبعوا البشر في جميع أنحاء العالم وإلى المختبر ، إلا أن قصة أصلهم الدقيق لم تكن معروفة.

وفقًا لـ Nell Greenfieldboyce من NPR ، تقدم دراسة جديدة إجابة. أدرك الباحثون أن الذباب من المحتمل أن يكون قد بدأ في مكان ما في إفريقيا ، لكن لم يتم العثور عليه مطلقًا في البرية. خلال دراسة استقصائية حديثة لعلم وراثة ذبابة الفاكهة من أصل جنوب الصحراء ، وجد أن المجموعة الأكثر تنوعًا من جينات ذبابة الفاكهة تأتي من زامبيا وزيمبابوي ، مما يشير إلى أن أسلاف الذباب البرية قد تنشأ في غابات جنوب وسط إفريقيا .

لكن ماركوس ستينسمير من جامعة لوند في السويد والمؤلف المشارك للدراسة علم الأحياء الحالي أخبر Greenfieldboyce أن البعثات للعثور على الذباب في المنطقة قد تم القضاء عليها. ثم بدأ هو وفريقه في التفكير ربما على عكس مطابخنا ، حيث يضع الذباب بيضه على جميع أنواع الفاكهة والخضروات الناضجة أو المتعفنة ، كان الذباب أكلاً صعب الإرضاء في البرية ، ينجذب إلى نوع واحد من الفاكهة. ألقى الفريق نظرة على الفاكهة البرية المتوفرة في المنطقة وقرر أن المارولا ، وهي فاكهة حلوة بحجم البرقوق ، تشبه إلى حد بعيد الفواكه التي يفضلها الذباب في المطبخ.

وضع الفريق مصائد ذباب الفاكهة بالقرب من أشجار المارولا في حديقة ماتوبو الوطنية في زيمبابوي ، وها هم من اصطادوا الكثير من ذباب الفاكهة البري الذي يلاحق الفاكهة المتعفنة. ووجدوا أيضًا أن الذباب ينجذب بشكل خاص إلى إيثيل أيزوفالاتي ، وهو مركب موجود في الفاكهة. عندما وضع الباحثون البرتقال المتعفن بالقرب من فاكهة المارولا ، كان الذباب لا يزال يختار المارولا ، على الرغم من أنهم اختاروا البرتقال المسنن مع إيثيل الأيزوفاليرات بالتساوي.

& # 8220 ينجذبون إلى مواد عطرية معينة من المارولا التي تنشط المستقبلات على الهوائيات. عندما يتم تنشيطها ، فإنها & # 8217s علامة على أنها & # 8217s مكانًا جيدًا لوضع البيض ، & # 8221 Stensmyr يقول في بيان صحفي.

يساعد الارتباط بفاكهة المارولا الباحثين أيضًا على فهم كيف انتهى المطاف بذباب الفاكهة في مطابخنا. وفقًا للدراسة ، وجد علماء الآثار أن قبائل سان القديمة الأصلية في المنطقة تعتمد على فاكهة المارولا منذ آلاف السنين. في أحد الكهوف ، عثروا على 24 مليون حبة مارولا بحجم 8000 إلى 12000 عام ، تخلصت منها أجيال من البشر وهم يتناولون هذه الفاكهة. من المحتمل أن رائحة كل تلك الفاكهة الفاتنة الناضجة جذبت الكثير من الذباب. حتى أن الفريق اختبر ما إذا كان الذباب سيدخل الكهوف المظلمة ، ووجدوا أنهم بالفعل سيخاطرون بقليل من طعم حلاوة المارولا.

بمرور الوقت ، أقام الناس والذباب رابطهم الدائم في هذه الكهوف. & # 8220 لقد تطورت الذبابة إلى اختصاصي عام يأكل ويتكاثر في جميع أنواع الفاكهة ، & # 8221 Stensmyr يقول في الإصدار. & # 8220 ولكن في الأصل كان متخصصًا حقيقيًا يعيش فقط حيث توجد فاكهة المارولا. & # 8221

في حين أن البعض قد يتمنى أن يكون السان قد أبقى الذباب بعيدًا عن كهوفهم ، حتى لا ينتهي بهم المطاف في منازلنا ، فإن هذا ليس هو الحال مع العلماء. ذباب الفاكهة الشائع هو نموذج حيواني في أبحاث علم الوراثة وقد ساهم في خمس دراسات حائزة على جائزة نوبل. لقد أدى ذباب الفاكهة إلى فهم آلاف الجينات الموجودة أيضًا في البشر. والتي ، إذا فكرت في الأمر ، تستحق القليل من الفاكهة الفاسدة.

حول جيسون دالي

جيسون دالي كاتب مقيم في ماديسون بولاية ويسكونسن متخصص في التاريخ الطبيعي والعلوم والسفر والبيئة. ظهر عمله في يكتشف, العلوم الشعبية, في الخارج, مجلة الرجالوالمجلات الأخرى.


انخفاض الحشرات في الأنثروبوسين

ديفيد إل واجنر
المجلد. 65 ، 2020

الملخص

تم الإبلاغ عن انخفاضات الحشرات في جميع أنحاء العالم بسبب الأنساب الجوية والأرضية والمائية. تأتي معظم التقارير من أوروبا الغربية والشمالية ، حيث تمت دراسة الحيوانات الحشرية جيدًا وهناك بيانات ديموغرافية كبيرة للعديد من المتباينات التصنيفية. اقرأ أكثر

الشكل 1: موقع 73 تقريرًا عن تدهور الحشرات حسب الصنف أو المجموعة ، مقتبس من Sánchez-Bayo & amp Wyckhuys (156). يمثل كل مربع دراسة واحدة ، مع وضع قاعدة كل شريط مكدس فوقها.

الشكل 2: الاتجاهات السكانية للحشرات التي تتبعها الاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة (IUCN) والحشرات في المملكة المتحدة من Dirzo et al. (34). (أ) اتجاه بيانات غمدية الأجنحة (Coleoptera (Coleoptera (Coleoptera ، Hym.

الشكل 3: انعكاس الثروات. أحد الجوانب المهمة لتقارير الانخفاض الأخيرة هو الدليل على الانخفاض الحاد في عدد السكان في الأنواع الوفيرة سابقًا. (أ) جراد جبال روكي (Melanoplus spretus) -.


2. وصف النموذج

توزيع الروائح واستجابات الحشرات و # x02019 هي بحكم التعريف عمليات مكانية. لذلك ، فإن النموذج المكاني والزماني هو النهج الأكثر ملاءمة لاكتساب نظرة ثاقبة لتأثير المواد الكيميائية المعلوماتية على ديناميكيات السكان.

2.1. تشتت ذباب الفاكهة وديناميكيات التكاثر

تبدأ الحياة الإنجابية لذباب الفاكهة عمومًا بالبحث عن مورد مناسب. عندما يجدون موردًا ، يستقرون على التغذية والتزاوج ووضع البيض. بعد ذلك ، يتركون المورد للبحث عن مورد آخر مناسب. لنمذجة هذه الأنشطة المختلفة ، قمنا بتقسيم الكثافة السكانية للبالغين ص إلى ثلاث حالات نشاط: حالة البحث س (مع كثافة الذبابة ص س) ، حيث يطير الأفراد في الهواء ويستخدمون المواد الكيميائية المعلوماتية الموجودة في الهواء للعثور على مورد مناسب ، في اللحظة التي يجدون فيها موردًا وأرضًا يصلون إلى حالة الاستقرار ص (مع كثافة الذبابة ص ص) ، حيث يقضي الأفراد وقتًا على مورد ، وحالة متحركة م (مع كثافة الذبابة ص م) ، حيث يطير الأفراد بنشاط بعيدًا عن المورد. في نموذجنا ، يظل إجمالي السكان البالغين ثابتًا خلال جيل واحد ولا توجد هجرة للبالغين أو هجرة أو وفيات. علاوة على ذلك ، قمنا فقط بنمذجة الإناث البالغات. في ذبابة الفاكهة سوداء البطن، ينتج الذكور البالغون فرمون التجميع (أسيتات رابطة الدول المستقلة) وينقلونه إلى الإناث أثناء التزاوج (بارتيلت وآخرون ، 1985). الإناث التي تم تزاوجها مؤخرًا تنبعث منها فرمون التجميع. كمية فرمون التجميع المنبعثة من الذكور صغيرة جدًا مقارنة بالكمية التي تنبعث منها الإناث. بالإضافة إلى ذلك ، Bartelt et al. (1985) أظهر أن كلا الجنسين يستجيب بشكل مشابه لفرمون التجميع. لذلك ، افترضنا أن توزيع الإناث يعطي تمثيلًا جيدًا لتوزيع مجموع ذبابة الفاكهة بأكملها وأن ديناميكيات السكان الإناث البالغة يمكن أن تكون نموذجية بشكل مرض دون النظر إلى الذكور البالغين.

2.1.1. تشتيت ذباب الفاكهة

تشتت البحث عن ذباب الفاكهة (س) عشوائي في حالة عدم وجود المواد الكيميائية المعلوماتية. ومع ذلك ، في حالة وجود المواد الكيميائية المعلوماتية ، يتم توجيه حركة البحث عن ذباب الفاكهة عادةً نحو مصدر الرائحة. نحن نفترض أن D. melanogaster يستخدم فقط تدرج التركيز للعثور على مصدر الرائحة ويمكن نمذجة هذا التشتت باستخدام نموذج انجذاب كيميائي ثنائي الأبعاد لإعادة توزيع الذباب.

باول وآخرون. (1998) أعطى شكلاً عامًا للحركة الكيميائية في علم الأحياء. استخدمنا هذا التنسيق لنمذجة استجابات السكان تجاه تدرج تركيز لرائحة الطعام (F) وفرمون التجميع (أ)

أين ص س هي كثافة البحث ذبابة الفاكهة تعداد السكان، & # x003bd هو ثابت الجذب للمواد الكيميائية المعلوماتية ، F هو المؤشر الحسي الفعال لـ D. melanogaster بالنسبة إلى F و أ (انظر أدناه) ، و د ص هو ثابت التشتت لمجتمع البحث.

2.1.1.1. الفهرس الحسي

بارتيلت وآخرون. (1985) أظهر سمتين هامتين تتعلقان بردود D. melanogaster تجاه روائح الطعام (مزيج من منتجات التخمير ورائحة الخميرة) وفرمون التجميع: (1) يكون فرمون التجميع جذابًا فقط عند وجود روائح الطعام (2) D. melanogaster ينجذب نحو أربعة أضعاف إلى مزيج روائح الطعام وفرمون التجميع أكثر من روائح الطعام وحدها. وصف للرد D. melanogaster إلى المواد الكيميائية المعلوماتية التي تتوافق مع هذه النتائج هي:

، أين F و أ هي روائح الطعام وفرمون التجميع ، على التوالي F 0 و أ 0 هي قيم نصف التشبع المقابلة ، و & # x003b7 يمثل نسبة جذب رائحة الطعام مع فرمونات التجميع (F + أ) نسبة إلى الانجذاب إلى رائحة الطعام وحدها (F).

2.1.1.2. ترك المورد

بينما يتم توجيه حركة البحث عن ذباب الفاكهة بواسطة المواد الكيميائية المعلوماتية ، فإن الحركة بعيدًا عن المورد بواسطة مجموعة ذبابة الفاكهة المتحركة (م) في النموذج لا يتأثر بوجود روائح الطعام وتجميع فرمون. يتم وصف حركة السكان المتحركين بالتشتت الدائري العشوائي ، حيث يطير ذباب الفاكهة أولاً بنشاط بعيدًا عن المورد ثم يوزع عشوائيًا (انظر (9)). لقد اخترنا هذا النوع من التشتت لتحقيق أن جزءًا كبيرًا من السكان المتحركين يغادرون المورد بالفعل. بدون الطيران أولاً بعيدًا عن المورد ، سيبقى الجزء الأكبر من ذباب الفاكهة على المورد.

2.1.2. ديناميات السكان

2.1.2.1. ديناميات الجيل الداخلي

يظل إجمالي السكان البالغين ثابتًا خلال جيل واحد ، ولا توجد هجرة عبر حدود المجال المكاني (تعكس الظروف الحدودية). ومع ذلك ، فإن توزيع الأفراد على حالات النشاط الثلاث يتغير بمرور الوقت (الشكل & # x200B (الشكل 1). 1). عندما يجد الفرد الذي يبحث عن مورد (ص) يستقر على المورد باحتمالية التسوية & # x003bb (دقيقة & # x022121). يترك الأفراد المستقرون المورد بمعدل ثابت ، يترك التصحيح الاحتمالية ، & # x003b1 1 (دقيقة & # x022121). يبدأ الفرد المتحرك الذي غادر المورد في البحث مرة أخرى باحتمالية & # x003b1 2 (دقيقة & # x022121). توزيع الموارد (أي التفاح المصاب بالخميرة) وديناميكيات الجيل المحلي في كل نقطة في الفضاء (س ، ص) (انظر القسم 2.4) يتم وصفها بالمعادلات التالية

تمثيل تخطيطي لديناميات السكان. إجمالي عدد السكان مقسم إلى ثلاث حالات نشاط ، س جزء البحث من السكان ، ص الجزء المستقر من السكان ، م الجزء المتحرك من السكان ، مع & # x003bb, & # x003b1 1 و & # x003b1 2 معدلات الانتقال. تمثل الكتلة المتقطعة موردًا.

من هنا ، نشير إلى التفاح المصاب بالخميرة على أنه تفاح. يتم إعطاء قيم المعلمات المستخدمة في الجدول & # x200B Table1. 1. لمزيد من التفاصيل حول كيفية الوصول إلى هذه القيم ، نشير إلى الورقة المصاحبة (de Gee et al. ، 2008).

الجدول 1

معلمات النموذج المتضمنة في ديناميكيات الوقت القصير وقيمها. بالنسبة للمعلمات التي لا تحتوي على أبعاد ، يتم استخدام العلامة & # x0201c & # x02013 & # x0201d.

اسموصفقيمةالوحدات
د صمعامل التشتت لذباب الفاكهة المتحرك العشوائي0.058م 2 دقيقة & # x022121
& # x003b1 1معدل ذباب الفاكهة المستقر الذي يغادر المورد0.002دقيقة & # x02212
& # x003b1 2معدل تحرك ذباب الفاكهة الذي يبدأ في البحث عن الموارد0.5دقيقة
& # x003bbمعدل استقرار البحث عن ذباب الفاكهة0.25دقيقة
& # x003c1سرعة التحرك بعيدًا عن المورد1م دقيقة & # x022121
F 0معامل التشبع لروائح الطعام10ng م & # x02212
أ 0معلمة التشبع لتجميع الفيرومونات0.04ng م & # x022122
د أنامعدل تشتت المواد الكيميائية المعلوماتية1م 2 دقيقة & # x022121
& # x003bc(720)معدل فقد المواد الكيميائية المعلوماتية في فترة 12 ساعة (تقاس من لحظة الإنتاج)0.025دقيقة & # x022121
& # x003bc(5)معدل فقد المواد الكيميائية المعلوماتية في فترة 5 دقائق (تقاس من لحظة الإنتاج)0.171دقيقة & # x022121
& # x003b8 Fإنتاج رائحة الغذاء من قبل المورد2ng apple & # x022121 min & # x022121
& # x003b8 أإنتاج فرمون التجميع بواسطة ذباب الفاكهة المستقر0.83ng fly & # x022121 min & # x022121
& # x003c9معدل تبخر فرمون تراكم السائل4.10 & # x022124 دقيقة
& # x003bdالانجذاب نحو المواد الكيميائية المعلوماتية5د ص& # x02212
& # x003baالقوة النسبية للحركة تجاه المواد الكيميائية المعلوماتية مقارنة بالتشتت العشوائي5& # x02212
& # x003b7نسبة جذب رائحة الطعام مع فرمونات التجميع نسبة إلى الانجذاب إلى رائحة الطعام وحدها2.51& # x02212
& # x003beخصوبة السكان المستقرين0.0083دقيقة & # x022121
& # x003d5نسبة اليرقات بين الجنسين (جزء من الإناث)0.5& # x02212
إل أعدد اليرقات لكل تفاحة والتي يعيش فيها 50٪ من تأثير Allee25& # x02212
إل جعدد اليرقات لكل تفاحة ينجو منها 50٪250& # x02212
ج أمنحنى البقاء السيني المنحدر نمذجة تأثير ألي0.088& # x02212
ج جمنحنى البقاء على قيد الحياة السيني النمذجة المنافسة0.044& # x02212
2.1.2.2. ديناميات ما بين الأجيال: التكاثر

الإناث البالغات اللائي استقرن على مورد (ص) الوديعة & # x003be البيض في الدقيقة في المتوسط. العدد التراكمي للبيض (إل) على كل عنصر مورد بعد 3 أيام (في الجيل ن) يحدد ما إذا كانت اليرقات تتطور بنجاح إلى بالغين (4). تعتمد النسبة المئوية لليرقات الموجودة على ركيزة واحدة على قيد الحياة على عدد اليرقات الموجودة ، والبقاء هو الأفضل للأعداد المتوسطة من اليرقات. عندما لا يوجد سوى عدد قليل من اليرقات على التفاحة ، يموت جزء منها بسبب تأثير Allee ، بينما يلعب النفوق بسبب المنافسة دورًا عندما يكون هناك العديد من اليرقات. من اليرقات الباقية ، جزء صغير & # x003d5 هي أنثى وتشكل الجيل التالي من الإناث البالغات.

عدد اليرقات التي تصبح إناثًا بالغة في الجيل القادم ص(س ، ص ، ن + 1) يعتمد على احتمالات البقاء لتأثير Allee (س أ(إل)) وللمنافسة (س ج(إل)) بالطريقة الآتية

، أين ص(س ، ص ، ن + 1) تشير إلى الإناث البالغات اللائي ظهرن حديثًا اللائي بدأن البحث على الفور (س). الرسوم البيانية لهذه الوظائف عبارة عن منحنيات سينية بقيم بين 0 و 1. الوظائف س أ(إل) و س ج(إل) تتزايد وتتناقص ، على التوالي ، المعلمات ج أ و ج ج تؤثر على منحدر هذه الزيادة أو النقصان و إل أ و إل ج هي عدد اليرقات التي يكون فيها معدل البقاء على قيد الحياة 50٪.

2.2. توزيع Infochemical

D. melanogaster يستجيب لروائح الطعام (F) وفرمون التجميع (أ). في هذا النموذج ، نفترض أنه لا توجد رياح وأن هذه الروائح تنتشر بشكل عشوائي ، مع احتمال متساوٍ للذهاب في جميع الاتجاهات. يعد انتشار الرائحة عملية أسرع بكثير من انتشار ذباب الفاكهة البالغ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن انتشار الرائحة هو عملية ثلاثية الأبعاد ، بينما نقوم بعمل نمذجة في بعدين. لذلك ، قدمنا ​​مصطلح الخسارة لتمثيل مادة الرائحة التي تخرج عن نطاق البحث عن طريق الانتشار في الاتجاه الرأسي (انظر أيضًا الورقة المصاحبة التي كتبها de Gee et al. ، 2008). لا يُفرز فرمون التجميع في صورة غازية ، بل يُفرز كسائل يصاحب البيض. لذلك ، نقسم فرمونات التجميع على مرحلتين: شكل سائل على المورد يتبخر ببطء (أ ص) ، وشكل غازي (أ) يمكن اكتشافه لذبابة الفاكهة التي تبحث في الهواء. وبالتالي يمكن نمذجة توزيع روائح الطعام وتجميع فرمون

، على التوالي ، أين د أنا هو ثابت انتشار المواد الكيميائية المعلوماتية ، & # x003bc هو متوسط ​​معدل الخسارة للمواد الكيميائية المعلوماتية في ض-الاتجاه ، تعتمد قيمة معدل الخسارة هذا على متوسط ​​الوقت المستخدم. لمزيد من التفاصيل حول فقدان الرائحة ، نشير إلى الورقة المصاحبة (de Gee et al. ، 2008). نظرًا لأن التشتت والخسارة ناتجة بشكل أساسي عن الاضطرابات الجوية ، فإن هذه المعلمات لها نفس القيمة لكل من روائح الطعام وفرمون التجميع. بالإضافة إلى، & # x003b8 F و & # x003b8 أ هي معدلات إنتاج رائحة الطعام حسب المورد (ص) وفرمون التجميع من قبل السكان المستقرين (ص ص) ، على التوالي ، و & # x003c9 هو معدل إطلاق الرائحة عن طريق التبخر.

2.3 نهج معادلة الاختلاف المتكامل (IDE)

يحتوي النموذج المشتق على التشتت المكاني لذباب الفاكهة والروائح. لذلك ، فإن نظام المعادلات التفاضلية العادية التي تنتج بعد التقدير المكاني صارم. هذا يعني أنه يحتوي على مجموعة من النطاقات الزمنية المختلفة بينما نحن مهتمون بالعملية في أبطأ مقياس زمني ، فإن أسرع مقياس زمني قد يتحكم في الاستقرار العددي للطرق الواضحة لحل هذا النظام من المعادلات التفاضلية العادية. في حالتنا ، يتفاقم هذا الموقف بسبب حقيقة أن توزيع الرائحة هو عملية أسرع بكثير من انتشار ذباب الفاكهة. لذلك ، فإن طرق التكامل الصريحة البسيطة غير مناسبة بسبب حجم الخطوة الصغير ، بينما من ناحية أخرى ، فإن اللاخطية للنموذج تعيق استخدام طرق التكامل الضمني. لهذا السبب ، اخترنا نهج الاختلاف المتكامل (كما في Neubert et al. ، 1995 Powell et al. ، 1998 and Etienne et al. ، 2002) ، الذي يتعامل مع التشتت كعملية منفصلة يمكن حلها تحليليًا. هذا النهج فعال لأنه يسمح لنا باتخاذ خطوات زمنية كبيرة وفقًا للعملية البطيئة ، دون الوقوع في أي مشاكل في الاستقرار. في هذا النهج ، يتم التعامل مع ديناميكيات التشتت والسكان (على سبيل المثال ، التكاثر) كمرحلتين متميزتين نقوم بنمذجة تشتت الرائحة وذبابة الفاكهة بشكل منفصل عن ديناميكيات السكان البالغين.

يتم حساب تشتت السكان بأخذ ناتج الالتواء للكثافة السكانية ودالة احتمال التشتت. نأخذ التشتت الموصوف بواسطة إحدى وظائف كثافة الاحتمال ثنائية الأبعاد التالية أو نواة التشتت (8) و (9). يتم وصف التشتت العشوائي ، المستخدم لنمذجة تشتت مجتمع البحث وانتشار الرائحة ، بواسطة

، أين & # x00394ر هي الخطوة الزمنية التي اتخذت و د هو ثابت تشتت ذباب الفاكهة (د ص) أو ثابت انتشار المواد الكيميائية المعلوماتية (د أنا). يتم وصف التشتت العشوائي الدائري ، المستخدم لنمذجة السكان المتحركين ، بواسطة

، أين & # x003c1 هي سرعة الإزاحة بعيدًا عن المورد.

نواة التشتت العشوائي أعلاه ، تمثل انتشار الرائحة الموجودة بالفعل في النظام. خلال كل خطوة زمنية ، يتم إنتاج الرائحة من خلال الموارد ويتم إطلاقها في الهواء. The dispersal of the produced odor is calculated by taking the convolution product of the odor produced per minute and a dispersal probability function for a continuously producing source. The distribution of the produced odor is described by (10),

، أين Ei is the exponential integral.

The infochemicals direct the movement of the searching population toward the odor source. The spatial distribution of searching fruit flies, resulting from (1), can according to Powell et al. (1998), be approximated in discrete time by

، أين ك RD is the random dispersal kernel for the population of fruit flies and ن a normalization constant. The “*” denotes the convolution operator over all spatial coordinates, i.e.,

. In (11), chemotaxis is modeled as a diffusion process. Diffusion is the movement of materials from an area with a high density to an area with a low density until equilibrium is reached. We can model movement toward the attractive source by artificially reducing the population density, with a stronger reduction for a more attractive spot. As diffusion occurs from high densities to low densities, the reduced population diffuses toward the attractive source, because the population density is𠅊rtificially—low at and around the source.

Equation (11) is best interpreted when it is read from the right to the left. It describes how the population at time ر is first multiplied by a factor that contains the sensory index of the species and the attraction ratio κ (= & # x003bd/د ص). This multiplication amounts to rescaling the population density. It strongly decreases the population density at points with a high odor concentration (combination of food odor and aggregation pheromone), while the density remains approximately the same where odor concentration is low. The dispersal is now directed toward the points with a low—rescaled—population density. After dispersal, the rescaled population is scaled back with the inverse of the above mentioned factor. This results in a strong increase of the population density in points with a high odor concentration. In this way, dispersal with a bias directed toward the infochemicals is modeled. However, this dispersal is not completely mass-conservative when using numerical approximations. Therefore, the dispersal step is finalized by normalization. To this end, we multiply the resulting density after chemotactically driven diffusion by such a number ن that the total number of searching fruit flies is preserved.

2.3.1. Attractiveness to infochemicals

The dimensionless ratio κ = & # x003bd/د ص is a measure for the relative strength of the chemical attraction (& # x003bd) as compared to the random dispersal (د ص). If there is no chemical attraction, then the movement is at random and κ = 0. On the other hand, a strong influence of the chemical attraction in comparison to the random dispersion corresponds to high values of κ. In that case, the movement is directed toward the odor source.

2.4 محاكاة

We considered a square spatial domain with reflecting boundary conditions for the population of fruit flies, and absorbing boundaries for the infochemicals. The reflecting boundary conditions for the flies represent a closed system (they cannot escape). On the other hand, the infochemicals can freely pass through the boundaries, never to come back: this is modeled by the absorbing boundary condition. We ran simulations for one generation, consisting of 3 dispersal days (short term population dynamics) and 10 generations of 3 dispersal days (long term population dynamics). Because evaporation is temperature dependent, odor evaporation during the night is much smaller than during the day. Also, the activity of yeasts, the main producers of the attractive fermenting fruit smell, is temperature dependent. We, therefore, assume that during the night no odor is produced. Furthermore, we assume that fruit flies do not reproduce or disperse during the night. Therefore, we modeled 12 hours per day. We discretized each dispersal day in steps of 5 minutes of dispersal by adult females followed by population dynamics (i.e., by settlement on resource, reproduction, patch leaving, or start of searching behavior) (Fig. ​ (Fig.2 2 ).

Flow chart of the processes in the model. In our model, the time step, Δر, is 5 min. We simulated 1 generation in the short term simulation and 10 generations in the long term simulation. Each generation consisted of 3 days.

2.4.1. Short term (one generation) simulation

To study the basic distribution patterns of fruit flies in a two-dimensional environment where infochemicals are present or absent, we ran three simulations, one 𠇌ontrol” simulation where no odors were present, one simulation where only food odors were present “F”, and a simulation where both food odors and aggregation pheromone were present “F + أ”. We simulated the dispersal of fruit flies on a spatial domain of 30 m × 30 m. It is divided into 256 × 256 cells with a diameter of 0.117 m. The factor 256 is not essential for the design of the experiments, nor does it influence the results essentially however, it enhances the efficiency of the numerical computations because powers of 2 allow use of the fast Fourier transform for the convolutions.

2.4.1.1. Initial distribution of resources

We are interested in spatial differences due to aggregation. We, therefore, divided the domain in four quadrants. Each quadrant contained 9 resource patches of 1 m 2 clustered in one block (of 5 m × 5 m), with an interpatch distance of 1 m (Fig. ​ (Fig.3a). 3a ). The blocks were situated 6.5 m from the boundaries of the domain. The distance between two adjacent blocks was 7 m. The initial resource density was 5 apples m 𢄢 , evenly distributed over the block (like apple-sauce).

The set-up of the domain with spatial dimensions of the (a) short term simulation, size 30 m × 30 m, with 4 blocks of 9 clustered resources with resource density of 5 apples m 𢄢 , and the (b) long term simulation, size 90 m × 90 m, with 36 blocks containing randomly distributed apples with resource density of 5 apples m 𢄢 . The release point of the initial population is denoted with ×.

2.4.1.2. Initial adult distribution

To study whether aggregation occurs at resources with a higher initial density, we unevenly divided 800 adults (ص 0) over the four quadrants. We situated 500 females in the lower left quadrant and 100 females in each of the other three quadrants. The fruit flies were released near the center of the domain. The release points were situated 2.5 m from the nearest resource. The distance between the release points in the center was 3.5 m.

2.4.1.3. Larval survival

At the end of the generation, the larval survival is calculated. We assessed the number of larvae that successfully developed into an adult female. In addition, to determine the costs and benefits of the use of infochemicals, we also assessed the number of larvae that did not survive due to the Allee effect or due to competition, and calculated mortality rates for both effects separately.

2.4.1.4. إحصائيات

To calculate the degree of aggregation of the population, we use ك a measure of the amount of clumping, given by

، أين μ is the mean and σ 2 the variance of the negative binomial distribution (Southwood and Henderson, 2000). The smaller the value of ك, the greater the extent of aggregation, whereas for ك → ∞(i.e., in practice ك × 8), the distribution approaches a Poisson distribution, i.e., is virtually random. قيمة ال ك is influenced by the size of the sampling unit. In our model, we use same-sized units. Thus, we are able to use this measure to compare the degree of aggregation for the different treatments of availability of infochemicals.

To test the effects of infochemical use on settlement and on larval survival, we used the G-independence test on the number of settled and moving fruit flies for each treatment or on the number of larvae that survived or died for each treatment (Sokal and Rohlf, 1981).

The short term simulation is also used for a sensitivity analysis. For more details on the sensitivity analysis, we refer to our companion paper (de Gee et al., 2008).

2.4.2. Long term (ten generations) simulation

To study the long term population dynamics, we modeled a fruit fly population in an unpredictable heterogeneous environment. D. melanogaster cannot survive the winter in the natural climate of the Netherlands. Therefore, we simulated only one breeding season, consisting of 10 discrete generations. We model discrete nonoverlapping generations of 3 days each. These days consist of 12 dispersal hours, divided in time steps of 5 minutes (Fig. ​ (Fig.2). 2 ). The larval development was lumped, and computed at the end of the generation. For the long term simulation, we considered a domain of 90 m × 90 m, divided into 512 × 512 square cells, each with a diameter of 0.176 m. We ran three simulations, one 𠇌ontrol” simulation where no odors were present, one simulation where only food odors were present “F”, and a simulation where both food odors and aggregation pheromone were present “F + أ”.

2.4.2.1. Initial adult and resource distribution

We introduced 2,000 fruit flies (ص 0) in one single cell in the center of the domain. This domain contains 36 resource blocks of 5 m × 5 m (Fig. ​ (Fig.3b). 3b ). The resource blocks were situated 17.5 m from the boundaries of the domain. The distance between two adjacent blocks was 5 m. The initial resource density was 1 apple m 𢄢 . To study at which spatial scale effects take place, we looked at the population dynamics at a large spatial scale, i.e., the four quadrants of the domain (each containing 9 resource blocks), at an intermediate spatial scale, i.e., the resource blocks and 2.5 meter around the blocks, and at a small spatial scale, i.e. individual apples. For the simulation at the largest spatial scale, we used two additional resource densities, 5 and 10 apples m 𢄢 to study whether the spatial dynamics of the fruit fly population depends on resource availability.

To mimic the natural situation, the apples were placed randomly each generation, with each grid cell in the block containing either one apple or no apple (3a). Outside the resource blocks, the cells were empty. The total amount of apples per quadrant of the domain was fixed (for example, when the initial resource density is 1 apple m 𢄢 , a quadrant contains 9 (blocks) × 25 (m 2 ) × 1 (apple m 𢄢 ) = 225 apples), but as they were placed randomly over the resource blocks, there were differences in the amount of apples per resource block.

We ran the simulations at the largest spatial scale three times, with a different starting point of the random number generator, to verify the consistency of the results.

2.4.2.2. إحصائيات

We used linear mixed models to test the effect of the use of infochemicals on the mortality due to the Allee effect (%), mortality due to competition (%), and larval survival (%) in the first five generations (during the population expansion). This method is especially suitable for data, where the measurements are correlated in time. In the model, we took “generation” as repeated measurement, and “treatment”, “generation”, and “treatment × generation” as fixed effects. We tested the model for four different covariance structures, compound symmetry (CS), first-order autoregressive (AR(1)), heterogeneous first-order autoregressive (ARH(1)), and an unstructured covariance matrix (UN). The unstructured covariance matrix was the best model for the data (it had the lowest AIC). For these statistics, we used SAS 9.1.

2.5 Parameter values

We used the parameter values as given in Table ​ Table1. 1. For more details on how these values are arrived at, we refer to the companion paper (de Gee et al., 2008).


موسوعة مشروع الجنين

Hermann Joseph Muller conducted three experiments in 1926 and 1927 that demonstrated that exposure to x-rays, a form of high-energy radiation, can cause genetic mutations, changes to an organism's genome, particularly in egg and sperm cells. In his experiments, Muller exposed fruit flies (ذبابة الفاكهة) to x-rays, mated the flies, and observed the number of mutations in the offspring. In 1927, Muller described the results of his experiments in "Artificial Transmutation of the Gene" and "The Problem of Genic Modification". His discovery indicated the causes of mutation and for that research he later received the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1946. Muller's experiments with x-rays established that x-rays mutated genes and that egg and sperm cells are especially susceptible to such genetic mutations.

Muller studied genetic mutations and the structure of chromosomes in fruit flies during the early twentieth century. From 1910 to 1915, Muller worked with Thomas Hunt Morgan, a scientist at Columbia University in New York City, New York, who researched the role chromosomes play in heredity. Chromosomes are structures that consist of DNA, the genetic material of the cell, and are found within a cell's nucleus. While working in Morgan's fly lab, Muller helped discover a class of genes called marker genes, also called genetic markers, that enabled scientists to identify specific places in the genome, even after making changes to particular chromosomes or genes. Muller used genetic markers in his later x-ray experiments that identified mutations in the genome. In the 1920s, Muller studied the role of temperature as a possible mutagen, or cause of genetic mutations. He showed that high temperatures had the capability to mutate genes. Through his work studying the effects of temperature on genetic mutations, Muller developed a method to quantify the number and frequency of mutations which he used in his later experiments with radiation.

In the early 1900s, professionals used x-rays, a form of high-intensity radiation, in the medical, dental, and industrial fields, though they knew little about the long-term effects of exposure to radiation. Many researchers studied how x-rays affected living cells. In 1907, physician Charles Russell Bardeen showed that toad eggs fertilized with sperm he exposed to x-rays resulted in embryos with developmental abnormalities that prevented toad larvae from developing into tadpoles. Experiments like Bardeen's supported Muller's hypothesis that mutations involved changes to individual genes. Muller hypothesized that he could induce genetic mutations using x-rays. Muller performed a series of three experiments in 1926 and 1927 exploring the role of x-rays as a mutagen.

Muller began his first experiment testing x-rays as a mutagen in 1926 while at the University of Texas in Austin, Texas. In his first experiment, Muller bred flies whose genomes contained particular genetic markers on the X-chromosome, which enabled him to identify mutations. In normal flies, female flies have two X-chromosomes. Male flies, however, have only one X-chromosome and one Y chromosome which does not contain those particular genetic markers. Muller used male flies that contained the X-linked gene, meaning it was located on the X-chromosome, for bobbed bristles (ب) as a genetic marker. ال ب gene, led to offspring with noticeable differences in the shape of the flies' sensory bristles compared to normal flies. Muller also used female flies that were homozygous for the X-linked gene sc v f, meaning that both X-chromosomes contained the sc v f الجين. ال sc v f gene led to offspring with a difference in eye color and distinguishably different sensory bristles. Before mating the male and female flies, Muller exposed the flies to x-ray radiation in an attempt to induce genetic mutations in them. Following the x-ray treatment, he mated the flies to produce offspring consisting of heterozygous females, meaning that each female offspring had one X-chromosome with the ب gene and one with the sc v f gene, and male offspring had the sc v f الجين. ال ب genetic markers were recessive, so the heterozygous females displayed the physical traits associated with the sc v f gene, but still carried the ب gene and, any mutations induced by the radiation in that chromosome.

To determine whether genetic mutations were induced in a parent exposed to radiation, Muller mated the heterozygous female offspring, which had both ب و sc v f genes, with their sc v f الإخوة. The male offspring of that cross (grandsons of the irradiated male or female parent) revealed whether or not the x-rays had induced any mutations. Rather than looking for abnormal body parts, Muller determined whether or not mutations had occurred by studying lethal mutations, types of mutations that cause the offspring to die before being born. To identify the lethal mutations, Muller observed the ratio of ب male and sc v f male offspring. If the offspring lacked ب males and only sc v f males were present, Muller reasoned that exposure to radiation induced lethal mutations in the ب genes of male grandparents. Alternatively, if only ب males were present, he reasoned that exposure to radiation induced a lethal mutation in the sc v f female grandparent.

Muller created over 1,000 cultures of first generation flies whose parents had been subjected to x-rays and a similar amount of control cultures, cultures in which the flies' parents were not subjected to the radiation. By comparing the results of his x-ray experiments with control cultures, Muller confirmed that x-rays caused the genetic mutations and that the mutations did not spontaneously arise, or arise from normal cell function.

After examining the cultures, Muller observed that there were a high number of lethal mutations in the offspring of the x-ray treated flies (88 lethal mutations in 758 cultures). The control group showed a lower frequency of the lethal mutations (1 lethal mutation in 947 cultures). Muller concluded that the x-ray exposure caused the lethal mutations in the offspring of the x-ray treated flies. He also found that mutations occurred in both the male and female flies when exposed to x-rays, indicating that both sexes were vulnerable to radiation-induced mutations.

Building on the results from his first experiment, Muller conducted a second. In the second experiment, Muller used a different type of genetic marker. He used a group of X-linked genes called ClB genes which were lethal to male fruit flies. Through controlled mating, Muller bred a generation of fruit flies in which the male offspring could inherit one of only two kinds of X-chromosomes: ones that had the lethal ClB gene, or ones that had been exposed to radiation in earlier generations. If parent flies radiated in earlier generations had developed lethal mutations in the x chromosomes of their gametes, then mating the files would fail to produce any living male offspring. By counting the number of male and female offspring, Muller inferred the results of mutations caused by radiation. He determined that x-ray exposure caused 150 times more flies to die through a lethal mutation compared to the spontaneous rate of mutations that occurred in the control group.

Muller then developed a third experiment in the spring of 1927 that specifically looked for visible mutations in the offspring of radiation exposed fruit flies. Muller used females with two X-chromosomes fused together as well as a single, separate Y-chromosome to mate with males with the ب gene that he had also exposed to x-rays. Mating females with fused X-chromosomes leads to an unusual mode of inheritance. Unlike typical sex inheritance, where males inherit their X-chromosome from their mother and their Y-chromosome from their father, mating a female with fused X-chromosomes leads the opposite. Instead, males inherit their X-chromosomes from their father and their Y-chromosome from their mother. Consequently, any non-lethal mutation induced in a male parent can be identified in their sons because their sons inherit their fathers' X-chromosome. By that method, Muller noted that many visible mutations caused by radiation were the same as visible mutations that occurred spontaneously, such as white eyes, small wings, and bobbed bristles. Furthermore, he found that the mutations occurred more frequently in flies exposed to radiation than they did in the untreated flies.

In his 1927 article "Artificial Transmutation of the Gene," Muller published his conclusions that exposure to x-rays could cause genetic mutations. However, Muller failed to include complete data and methods of his prior experiments. According to Elof Carlson, a student of Muller, the paper grabbed the attention of geneticists, but many questioned Muller's findings because of the missing data. Later that year Muller released the paper "The Problem of Genic Modification" at a genetics conference in Berlin, Germany. His second paper detailed his 1926 and 1927 experiments and provided clarifications that "Artificial Transmutation of the Gene" lacked. A year after the conference, other scientists confirmed Muller's claims that x-rays led to mutations in both plant and animal chromosomes.

Muller's discovery that x-rays caused genes to mutate had many different implications in various fields. In the field of radiology, Muller's work illuminated previously undocumented dangers of x-rays. His findings showed that x-rays could be particularly harmful to humans in their reproductive years. Radiologists began taking precautions to shield patients from radiation that could cause genetic mutations to sperm and egg cells, possibly affecting later embryo development. In the field of genetics, Muller's work showed that environmental factors like radiation affected heritable characteristics. Furthermore, his discovery enabled scientists to directly induce genetic mutations instead of waiting for mutations to occur spontaneously. For his experiments on the mutagenic effects of x-rays, Muller received the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1946.


Effects of Cellular Environment on Stem Cell Differentiation Discussed at Stubenbord Visiting Lectureship

Drosophila melanogaster, or the common fruit fly, is an important model organism for scientific research such as stem cell therapeutics.

Drosophila melanogaster , more often known as the fruit fly, has long been used as a model organism for both genetics and developmental biology. However, a recent lecture by Dr. Allan Spradling, the William D. Stubenbord Visiting Professor at Weill Cornell and director of the Department of Embryology at the Carnegie Institute of Washington, made the case that Drosophila can be a model for the complex and emerging science of stem cell therapeutics.

"For several reasons, you can hardly imagine how well-suited a fruit fly is for studying stem cell biology," Dr. Spradling said. "The Drosophila stem cell system is much like the more complicated vertebrate system, but stripped down just to the essentials."

Dr. Spradling has used Drosophila in a number of stem-cell-related projects, including the identification of regulatory cells that govern stem-cell replacement and differentiation in vivo, the mechanisms by which cells can "de-differentiate" back into stem cells, and the identification of stem cells in the Drosophila intestine.

In 2000, Dr. Spradling began using Drosophila to revisit the role of "niches"—the microenvironments surrounding stem cells that regulate their differentiation—because the relatively straightforward production of Drosophila embryonic germline stem cells could be studied in vivo, unlike their mammalian counterparts, which had only been studied in culture to that point. Additionally, because of a very clear lineage property in the production of stem cells within the Drosophila ovary, the cells could be marked genetically, making them distinguishable from one another as either differentiated daughter cells or persistent stem cells.

"Our first surprise was that stem cells are not stable nor are they all that permanent," Dr. Spradling said. "There is a turnover, or replacement, and somatic stem cell replacement is occurring from a distant source." That source was often, although not necessarily, neighboring stem cell "daughters," leading Dr. Spradling and his team to propose that cell "de-differentiation"—the reversion of a specialized cell back into a stem cell—could be closely studied in Drosophila .

Although stem cell "de-differentiation" was known to occur in natural systems in general, and in the human liver specifically, the process had never been closely studied in the laboratory, because mammalian stem cell organization, behavior and regulation had not been characterized well enough at the cellular level.

Dr. Spradling and his laboratory blasted Drosophila larva with a regulatory protein that induces stem cell differentiation in the ovary. As the protein disappeared, they were able to closely monitor the "de-differentiation" process, which occurred uniformly without cell loss and without affecting the insects' fertility as adults.

While a great deal of research, media and political attention has focused on the process of differentiating a stem cells into target tissues (and perhaps one day, complete organs), Dr. Spradling believes the reverse process may be a quicker route to stem cell therapies, because stem cell behavior is so heavily affected by its environment. By studying the "de-differentiation" of specialized tissue cells back into stem cells, scientists may be able to eventually reverse-engineer stem cell therapies.

"Stem cell biology is relevant because, to some extent, all cells respond to their environment," Dr. Spradling said. "These are very dynamic systems, and there is a great deal of environmental influence. We need to understand why these cells make the decisions they make."

This year's William D. Stubenbold Visiting Professor Lecture was presented by the Department of Cell and Development Biology and sponsored by the Louis Calder Foundation. The Stubenbord Fund was established by the Louis Calder Foundation in memory of Louis Calder Sr. and in recognition of the outstanding professional services and long friendship of the late William D. Stubenbord for them and members of their families.


Lords of the Fly : Drosophila Genetics and the Experimental Life

The common fruit fly, Drosophila, has long been one of the most productive of all laboratory animals. From 1910 to 1940, the center of ذبابة الفاكهة culture in America was the school of Thomas Hunt Morgan and his students Alfred Sturtevant and Calvin Bridges. They first created "standard" flies through inbreeding and by organizing a network for exchanging stocks of flies that spread their practices around the world.

في Lords of the Fly, Robert E. Kohler argues that fly laboratories are a special kind of ecological niche in which the wild fruit fly is transformed into an artificial animal with a distinctive natural history. He shows that the fly was essentially a laboratory tool whose startling productivity opened many new lines of genetic research. Kohler also explores the moral economy of the "Drosophilists": the rules for regulating access to research tools, allocating credit for achievements, and transferring authority from one generation of scientists to the next.

By closely examining the Drosophilists' culture and customs, Kohler reveals essential features of how experimental scientists do their work.

Отзывы - Написать отзыв

Review: Lords of the Fly: Drosophila Genetics and the Experimental Life

Scientists began using Drosophila melanogaster as a model organism around 1910, long before the advent of modern molecular biology techniques. My big question was "HOW on Earth were they able?" and . Читать весь отзыв


شاهد الفيديو: هل سيصبح ذباب الفاكهة سببا في الشفاء من الزهايمر (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Rhydderch

    موضوع ساحر

  2. Mahpee

    أعتقد أنك مخطئ. أقترح مناقشته.

  3. Jermane

    رائع ، هذه معلومات قيمة للغاية

  4. Heriberto

    هم مخطئون. نحن بحاجة إلى مناقشة. اكتب لي في رئيس الوزراء ، تحدث.



اكتب رسالة