Uzun vadeli çalışmalar evrim süreci ve adaptasyon mekanizmaları anlamak için gerekli. Genel olarak, bu çalışmalar araştırmacıların ömür boyu ötesinde taahhütleri gerektirir. Burada, güçlü bir yöntem büyük ölçüde doğal sistemlerinde boyuna verileri oluşturmak için state-of–art veri toplama gelişmeler açıklanmıştır.
Uzun vadeli çalışmalar uzun süreler içinde oluşan Eko-evrimsel süreçleri tanımlaması etkinleştirin. Buna ek olarak, onlar akıllı modelleme evrimsel doğal ekosistemlerin yanıt-e doğru gelecekteki çevresel değişiklikler tahmin etmek için kullanılan önemli ampirik veri sağlar. Ancak, birkaç istisnai durumlar, uzun vadeli çalışmalar zamansal örnekleri erişme ile ilgili lojistik zorluklar nedeniyle azdır. Zamansal dinamiği sık vahşi doğal nüfus evrimi yeniden olağanüstü çalışmaları ile laboratuvar veya kontrollü mesocosm deneyler incelenmektedir.
Burada, Standart prosedür (SOP) canlandırmak veya önemli ölçüde state-of–art boyuna veri koleksiyonunda ilerlemek için uyuyan Daphnia magna, sucul ekosistemler, bir yaygın plankton kilittaşı türler diriltmek için sağlanmıştır. doğal sistemlerin. İlk diapausing plankton yumurta tarihe geri 1980’lerin kuluçkalık çalışır halde diriliş ekoloji alanında Kerfoot ve iş arkadaşları tarafından 1999 yılında tanımlanmıştır. Kerfoot’ın seminal gazeteden beri plankton türler resurrecting metodoloji giderek daha sık, doğrudan bilgi transferi yoluyla sadece laboratuvarlar arasında yayılır rağmen uygulanmıştır. Burada, bir SOP uyuyan Daphnia magna resurrecting uygulaması üzerinde adım adım bir protokol sağlayan anlatılan yumurta.
Hangi fitness tepki Daphnia magna nüfus için yeniden canlandırmak olarak ısınma ölçülür, iki anahtar çalışma tarihi ve modern nüfus aynı ayarları çalışma yeteneği üzerinde sermaye sağlanmaktadır. Son olarak, sonraki nesil sıralama teknolojileri uygulamaya canlandı veya hala atıl aşamaları ele alınmıştır. Bu teknolojiler süreçleri ve seçim basınç değişiklikleri zaman içinde yaşamış nüfus uyguladıysanız evrim mekanizmaları dissekan benzeri görülmemiş güç sağlar.
Uzun vadeli çalışmalar doğada ve ne tür yanıt ve çevresel değişimin1sırasında kalıcı değerlendirirken ekolojik ve evrimsel süreçleri anlamak için kritik öneme sahiptir. Eko-evrimsel süreçleri nesiller boyunca oldu ve uzun zaman açıklıklı üzerinde ortamındaki değişiklikler meydana olmasıdır. Ayrıca, uzun vadeli çalışmalar evrimsel doğal ekosistemlerin yanıt-e doğru çevre değişiklikleri2tahmin etmek için akıllı modelleme doğruluğunun geliştirilmesine önemli ampirik veriler sağlar. Bu modeller doğruluğunu biyolojik çeşitlilik ve ekosistem hizmetleri korumak için yönetimi ve koruma stratejileri uygulamak için çok önemlidir.
Birkaç istisnai durumlar (örneğin, Galapagos Darwin ispinozları3 ve yosun4), uzun vadeli çalışmalar büyük ölçüde türe laboratuvar5,6 ‘ türetilebilecek kısa oluşturma süresi ile sınırlıdır , 7 , 8. bu nedenle, evrimsel dynamics destek süreçleri zor kalır. Zamansal örnekleri erişme ile ilgili lojistik zorluklar nedeniyle ampirik veri daha sık olarak bir uzamsal-zamansal bir bağlamda incelendiği ve zamansal Eko-evrimsel süreçleri anlaşılmaktadır veya uzamsal verilerden modellenmiştir. Bu yaklaşım ‘uzay-için-zaman’ ikame9sayede alanı zamansal evrimsel dynamics eğitim için bir vekil olarak kabul edilen, olarak bilinir. ‘Uzay-için-zaman’ ikame ana sınırlandırılması kayma farklı ölçeklerde uyum oranları aynı nüfus zamansal değişim farklı olduğunu; Bu nedenle, yedek zaman alanı olan temel çıkarımlar önyargılı10vardır.
Zaman içinde doğal ekosistemler evrimsel dinamiklerini eğitim sağlayan güçlü bir alternatif uyuyan aşamaları11üreten türlerin ekolojik ve genetik değişimler analizidir. Uyuyan bu aşamaların doğru tarihli olabilir tabakalı form biyolojik arşive birikir ve12,13paleolimnologically ile karakterizedir. Önemlisi, bu uyuyan aşamaları resüsite ve nerede çevre değişim evrimsel onların yanıt doğrudan ölçülebilir laboratuvar deneylerinde kullanılan. Tarihsel nüfus fitness değişiklikleri ve adım çevresel değişimin14,15,16ile gelişen genlerin fonksiyonun çalışmaya modern gelişmiş torunları karşı yarıştı.
Uyuyan aşamaları dahil tohumları, kistler, sporlar ve bankalar yumurta. Her ne kadar geç 1980’lerde17ve çalışmalar bir avuç geri yaşama uyuyan yumurta tarihleri üzerinde ilk çalışmalar erken 1990’larda18,19Bu teknikte uygulamış, diriliş ekoloji alanında resmen olmuştur Kerfoot ve iş arkadaşları 199920seminal kağıt tarafından kuruldu. Bu uygulama içinde ağırlıklı olarak rekonstrüksiyonlar paleolimnological tatlı türler17,21,22uygulanmıştır. Ancak, bir SOP henüz kullanılabilir değil. Burada, plankton türlerinin Daphnia magna uyuyan yumurta uygulanan diriliş protokolü, adım adım açıklamasını, yavru üzerinden klonal kültürler kurulması için tortu örnekleme üzerinden sağlanır. Daphniadiğer türler için kolayca transfer edilebilir SOP adımlardan yanı sıra ek optimizasyon, gerektirebilir adımları ele alınmıştır.
Daphnia tatlı su zooplankters lotic habitatları23 çoğunda mevcut vardır. Daphnia türü ya da zorunlu aseksüel veya döngüsel parthenogens bulunmaktadır. D. magna clonally uygun çevre koşulları24altında üretir döngüsel bir parthenogen var. Çevre koşullarının bozulmasına, erkek üretim oluşur ve cinsel rekombinasyon uyuşukluk çevreden ephippium denilen bir kitin durumunda tarafından korunan bir devlet girin döllenmiş yumurta oluşumu yol açar. Bir kısmı atıl bu yumurta yumurtadan uygun çevre koşulları döndüğünüzde. Ancak, uyuyan yumurta banka büyük bir kısmı hiç yumurtadan ve böylece biyolojik Arşivler kurmak zaman içinde oluşturmak için bir şansı var. Uyuyan aşamaları göller ve göletler tortu gömülü kalır ve evrimsel dinamikler çalışma için uzun süreler içinde yeniden canlandırmak. D. magna uyuyan yumurta cinsel rekombinasyon sonucudur çünkü türler25doğal genetik çeşitliliğin iyi bir temsil vardır. Ayrıca, laboratuvarda klonal üreme yoluyla korunabilir. Bu özellikleri doğal genetik çeşitlilik koruyarak isogenic canlılar, benzersiz avantaj sağlarlar.
İki önemli çalışmalar çevre seçimi basınç zaman içinde yaşıyor doğrudan karşılaştırma D. magna aynı nüfus tarihi ve modern torunları avantajları göstermek için sunulmaktadır. D. magna numuneler Gölü yüzüğünden (Danimarka), sığ bir yeniden canlandırmak (5 m Derinlik; yüzey 22 ha) Zaman içinde ortalama sıcaklık ve ısı dalgaları oluşumu bir artış yaşanmıştır karışık gölet. D. magna (alt) nüfus 60 yıl (1960-2005) kapsayan bu zamansal degrade yeniden canlandırmak ve evrimsel yanıt-e doğru sıcaklık ısınma araştırmak için okudu. Ortak bir bahçe deneyi ilk çalışmada,’hayat Tarih fitness bağlantılı özellikleri değişiklikleri yanıt predictions Hükümetlerarası Panel iklim değişikliği için yaklaşan 100 yıl doğrultusunda 6 ° c sıcaklık artışı olarak ölçüldü 26. ikinci çalışmada, mesocosm deney üç rekabetçi yeteneklerini ölçmek için kullanılan ısınma altında (alt) nüfus. Kombine bu deneyler huzurunda, sadece stres ısınma tüm yaşam öyküsü özellikleri ve nüfus plastisite yüksek düzeyde göstermek ve eşit rekabet yetenekleri olduğunu göstermektedir. Bu bulgular tavsiye ederim tek bir stres önemli fitness maliyeti, en azından kalabalıkta empoze etmez gibi ısınma burada okudu.
Nedeniyle yüksek ısı iletkenliği su, temiz su ekosistemleri küresel karşısında karasal ekosistemler daha biyolojik çeşitlilik kaybı daha yüksek risk altındadır34ısınma. Bu, bu nedenle, bu ekosistemleri içinde kilit taşı tür yanıt anlamak ve termal stres hayatta kalmak için başa çıkma mekanizmaları belirlemek için önemlidir. Bu mekanizmalar, türler ve topluluk düzeyde anlayış nasıl tür küresel ısınma tarafından etkilenen ve nasıl bireysel türler üzerinde etkisi diğer trophic seviyelere basamaklandırır tahmin yardımcı olabilir. Sonuçta, küresel ısınma yanıt-e doğru mekanizmaları anlama yok olma azaltmak için düzeltme stratejilerini tanımlamasını sağlar.
Burada sunulan örnek çalışmalar D. magna cevaben sıcaklık artışı pervasively plastisite’hayat Tarih özellikleri tarafından aracılık ettiği ve yanıt-e doğru sıcaklık artışı yalnız açık fitness maliyeti, empoze etmez göstermek en az olarak nüfus burada okudu. ‘ Hayat Tarih özellikleri yüksek plastisite ısınma varlığında (alt) örneğin alınma olasılığını rakip yeteneklerine önemli olmayan farklılıklar tarafından desteklenmektedir. Ancak, birden fazla nüfus üzerinde uzun vadeli rekabet deneyler bu bulgular genelleştirmek gerekli olabilir.
Uyuyan aşamaları dirilişi adaptasyon mekanizmaları ve yörüngeleri ile saat10bir tür evrim çalışmaya benzeri görülmemiş bir kaynak sağlar. Plankton tür bir hızlı oluşturma süresi (yaklaşık 2 hafta) ve bir üst headtohead kendi alt öğelerin karşı rekabet etmek veya çeşitli geçmiş Amerika’dan başlar evrim ‘ yeniden ‘ sağlayan uyuyan aşamaları, canlılığı yararlanın. Diriliş ekoloji aslında belirli bir evrimsel sonuca bazı önceki olayda şarta olup araştırma sağlar. Evrim genetik unsurları kimlik laboratuvar deneyleri için ‘atalarının lines’ donmuş ve resüsite mikroorganizmaların onların Gelişmiş alt6ile karşılaştırmalı analizi için kullanma içinde şu anda mümkün değildir. Ancak, bir laboratuvar organizmalar ile çalışmanın ana sınırlamaları ‘atalarının devlet’ zaten değiştirdi bir temel olmasıdır. Uyuyan aşamaları çalışma örneklerin zaman herhangi bir stres olay (örneğin, bozulmamış çevre koşulları) öncesine ve çeşitli son durumları için bozulmamış çevre koşullarından evrimsel yörüngeleri ölçmek için örnekleme sağlar Modern zamanlara kadar. Son yıllarda, bugünkü nüfusu14 genetik katkıda bulunmuştur son demografik ve edinilmiş süreçleri önemli anlayışlar dirilen veya hala atıl plankton aşamaları DNA polimorfizmi çalışmanın sağlamıştır , 16 , 25 , 33 , 35 , 36. yüksek işlem hacmi sıralama teknolojileri daha yüksek erişilebilirlik ile genom ve dirilen veya hala atıl etap transcriptome sıralı ve genetik değişiklik sayısını ve türünü birikmiş nüfus üzerinde gelişen süre ölçülür.
Diriliş burada sunulan SOP iki düzeyde multi-omics alanında önemli uygulamaları vardır. Multi-omics teknolojileri dirilen numuneler, moleküler öğeleri ayrıntılı bir analizini çevresel seçim basınç adaptif yanıt katılan izin uygulanabilir. Buna ek olarak, omics teknolojileri decapsulated ama hala atıl aşamaları için uygulanabilir. Şimdiye kadar yüksek işlem hacmi sıralama teknolojilerinin uygulanması aşamalarında istirahat için giriş malzeme büyük miktarda ihtiyaç tarafından sınırlıdır. Bu sınırlamalar kaldırdı37davranıyorsun. Giriş malzeme ve nanofluidics devam eden düşürücü gereksinimleri ile tüm genom sıralama (WGS) Şimdi mümkün olduğunca az 1 ng veya malzeme38başlayan bir kaç pg. Tüm genom amplifikasyon (WGA) ve tüm transcriptome güçlendirme (WTA) teknikleri, DNA ve RNA doku, çok küçük tutarlar üzerinden zenginleştirme sağlayan kullanımı metagenomics39,40 ve tıp devrim yarattı 41araştırma. Decapsulated uyuyan yumurta için uygulanan bu teknolojiler uyuyan aşamaları canlılığı ve Genişletilmiş zaman dönemleri (örneğin, yüzyıllar) soruşturma ile ilgili sınırlamaları aşan etkinleştirin.
Omurgasız topluluklar dinlenme aşamaları üreten dirilişi topluluk geçmişleri bilinen doğal manzara değişimler ya da çevresel değişiklikler çökeller orsoils2analizleri anlaşılmaktadır hizalamasını sağlar. Topluluk değişiklikleri yanıt olarak çevresel değişimin analizi bize yeteneği önemli sonuçlara yol nüfus sebat43at, trofik etkileşimleri44 Eko-evrimsel yorumlarından42 ölçmek için sağlar , toplum derleme45ve ekosistem işlevleri ve Hizmetleri46değişimler. Son olarak, çevresel değişimin biyolojik yanıt hakkında doğru Öngörüler biyolojik çeşitlilik47korunması rehberlik olağanüstü vardır. Geçerli tahmin modelleri bu açıdan yanlış olduklarından onlar hesap önemli biyolojik mekanizmaları demografi, dağılma, evrim ve tür etkileşimleri gibi içine almayın. Nasıl bu işlemlerin zaman içinde değişim anlama ve tahmin modelleme içinde bir rahip olarak bu bilgileri kullanarak tür tahmin yeteneğimizi artıracak ve topluluk sebat karşısında çevre değiştirmek2.
Burada sunulan SOP uygulama zorlukları değildir. Uyuyan aşamaları resurrecting birincil sınırlaması örnekleme için özel ekipman ihtiyacı var. Ayrıca, tortu klonal kültürlerin kurulması için eleme üzerinden tüm süreci önemli bir uygulamalı zaman gerektirir.
Burada sunulan SOP adımlardan bazıları diğer Daphnia türler için kolayca transfer edilebilir. Bunlar: örnekleme, klonal hatları ve deneysel tasarım kurulması. Ancak, SOP diğer adımları daha fazla en iyi duruma getirme türü altında eğitim için özel olarak tasarlanmış gereken. Kapsülden çıkarma kez tarama başarı geliştirmek için D. magna numuneler için uygulanır. Ancak, bu yaklaşım küçük örnekler için uygun olmayabilir. Uyaranlara yumurtadan da türler48 ve conspecific numune49arasında değişebilir. Bu nedenle, SOP çıkım adımlardan geçici bir optimizasyon uygulamaları diğer kabuklular için önce gerekli olabilir. Önceki sonuçları49doğrultusunda tarama başarıdır Gölü yüzük (tortul Arşiv genelinde %30,5) üzerinden yeniden canlandırmak D. magna nüfusunun iken başarı kuluçkalık tortu, türler koruma durumu ile değişir 50,51ve tortu48coğrafi kökeni. Giriş ve ilerleme diapause aşamalarında düzenleyen mekanizmalar gelecekteki çalışmaları farklı türler için özel olarak tasarlanmış en iyi damızlık uyaranlara tanımlamak için gereklidir.
Son olarak, bilgi eğitim sisteminin arka plan, özellikle ilgi zamanla, türlerin varlığı tavsiye. Bu tarihi yazmak yolu ile elde edilebilir. Tarihsel kayıtlar mevcut değilse, yalnızca en son tarih bilgileri sağlayabilir, ancak örnekleme ve göl tortu çekirdek örnekleme önce yüzey kat eleme, önerilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser NERC parlak nokta hibe (NE/N016777/1) tarafından desteklenmiştir. Sis Ltd, çevre bilimsel Hizmetleri, çevre değişikliği Araştırma Merkezi, University College London’dan örneklenmiş ve tortu çekirdek tarihli.
sampling bags | Fisher Scientific | 11542783 | Sampling bag revolve round wires closure system and safety tabs sterile polyethylene with writing area clear 89µm thickness 140mm x 229mm, 720mL Fisherbrand |
piston corer | ENSIS ltd | na | Long, heavy tube plunged into the sea, lake, pond floor to extract samples of mud sediment. Piston corers have a viariable diameter and are generally in PVC |
precision scale | Veritas-M124A | TLP-50 | Analytical Balance |
geological sieve | UKGE limited | SV7521 | 200 mm diameter geological sieve – 1 mm mesh |
geological sieve | UKGE limited | SV7525 | 200 mm diameter geological sieve – 0.125 mm mesh |
white sampling tray | nhbs | http://www.nhbs.com/title/view/159614?ad_id=1509 | Standard mulipurpose lab trays |
pasteur pipette | Globe Scientific inc. | 138020B | Transfer Pipet, 1.7mL, General Purpose, 87mm, Bulb Draw – 0.9mL |
stereo microscope | nikon | smz800 | Microscope with magnification range 1x -8x linked to a camera control unit |
petri dish | EduLab | 153-533 | Sterile 90mm diameter plastic petri dish |
glass jars | compak | Round Jam Jars 4oz | 100 mL jars |
glass jars | compak | Atum Jars/ Bonta Jar 10oz | 200 mL jars |
glass jars | bottlecompanysouth | 500ml Food Jam Jar With Twist Off Lid | 500 mL jars |
statistical software R | https://cran.r-project.org/ | na | Free online GNU language and environment for statistical computing and graphics |
microdissection forceps | Fisher Scientific | 41122405 | Fine point stainless steel forceps for microdissections |
image software | https://imagej.nih.gov/ij/index.html | na | Open source ImageJ image processing toolkit written in Java |
mesocosm | amazon | na | Nobby Fauna-Box III, 41 x 23 x 29 cm, 20.0 Liter |
mirocentrifuge tubes | Sigma_Aldrick – Merck | Z606340 | premium microcentrifuge tubes 1.5 mL |
AGENCOURT DNAdvance | Beckman Coulter | A48705 | DNA extraction kit |
size standard | Thermo Fisher Scientific | 4322682 | LIZ500 – Size standard compatible with ABI sequencers |
ABI3032 sequencer | ABI | na | Sequencer used to perform fragment analysis or sanger sequencing |