| http://raksti.daba.lv/referaati/ |
Augļu mušiņa Drosophila melanogaster pieder pie posmkāju tipa Arthopoda, kukaiņu klases Insecta, divspārņu kārtas Diptera, un Drosophilidae dzimtas. [1]
D. melanogaster ir mazs, apmēram trīs milimetrus liels kosmopolīts kukainis, kas ir sastopams visās siltajās valstīs. Līdz ar ieceļotājiem vasaras periodā, tas ir ieviesies vēsajos reģionos. D. melanogaster spēj uzturēties arī vēsākos klimatiskos apstākļos, ja atrod piemērotu vietu pārziemošanai. [2]
Mātītes parasti nedaudz lielākas par tēviņiem. Vēdera gals mātītēm noasināts, tēviņiem noapaļots. Tēviņiem uz pēdējiem vēdera segmentiem atrodas ģenitālijas, tāpēc vēdera gals izskatās stipri pigmentēts.[3] Īpaša tēviņu pazīme ir dzimuma sekstītes – virkne hitīna sariņu, kas atrodas uz priekškāju pirmā posmiņa – kopulācijas laikā tās palīdz labāk noturēties uz mātītes.
Savvaļā augļu mušiņas ir atrodamas uz nobriedušiem, mīkstiem augļiem (piemēram, vīnogām, banāniem, plūmēm u.c.) Pieaugušas mušas un kāpuri barojas ar augļu sulu un raugiem.
Laboratorijas apstākļos D. melanogaster tiek audzēta uz dažāda sastāva barotnēm. To galvenie komponenti ir ogļhidrāti un raugs. Ogļhidrāti ir substrāts, uz kura attīstās raugs. Raugs ir augļu mušiņu galvenais barības elements, kā arī daļēji aizsargā barotnes virsmu no pelējuma. Barotnē ietilpst arī agars, kas tai dod želejveidīgu konsistenci. Ja barotnē savairojas daudz baktēriju un sēnīšu, tas negatīvi ietekmē augļu mušiņas dzīves ilgumu. Lai neattīstītos pelējums, barotnei var pievienot nipagīnu. Laboratorijās tiek lietotas arī sintētiskās barotnes. To sastāvā ir visi komponenti, kas nepieciešami mušu kāpuru normālai augšanai, attīstībai un kūniņu veidošanai, saglabājot tādu pašu attīstības ciklu, kā uz dabīgas barotnes, kas apsmērēta ar dzīvu raugu.
Ir izstrādātas dažādas dabīgo barotņu receptes, to sastāvs galvenokārt atšķiras ar pamatkomponentu (banānu, kartupeļu, kukurūzas miltu, mannas, rozīņu, sīrupa, sausā rauga u.c.) kombinācijām un daudzumu attiecību. Katrai no šī barotnēm ir savas priekšrocības un trūkumi.
Pēc Medvedjeva novērojumiem, laboratorijas apstākļos uz kartupeļu - rozīņu barotnes mušas attīstās lielākas nekā uz rozīņu barotnes, bet mušas, kas ir augušas uz tīras kartupeļu barotnes, ātri aiziet bojā. Ja kādai līnijai ir zema izdzīvotspēja, tad tās audzē uz sīrupa – kukurūzas miltu barotnes, kurai ir pievienotas rozīnes. Uz rozīņu – sīrupa – kukurūzas miltu – sausā rauga barotnes mušas attīstās trīs līdz četras lielākā skaitā un ātrāk nekā uz citām barotnēm, bet, tā kā barotnes galvenā sastāvdaļa ir sausais raugs, mušu izdzīvot spēja ir zema – tāda pati kā uz kartupeļu barotnes, tas tiek skaidrots ar to, ka uz šim barotnēm vairāk attīstās baktērijas un sēnītes. [3]
Kukaiņu ontoģenētiskajā attīstībā izšķir divus posmus: embrionālo attīstību jeb embrioģenēzi, kas noris kukaiņa olā, un postembrionālo attīstību jeb metamorfozi, kura sākas ar kāpura izšķilšanos un noslēdzas ar pieauguša kukaiņa (imago) izveidošanos. D. melanogaster ir kukainis ar pilnīgu pārvēršanos (holometaboliju) – kāpuri neatgādina imago. [4]
D. melanogaster olas ir nedaudz ovālas un 0,5 mm garas. Olai izšķir priekšējo (anterioro), mugurējo jeb pakaļējo (posterioro) galu un vēdera (ventrālo) un muguras (dorsālo) daļu. Olas priekšējā daļā atrodas mikropile – neliels izaugums ar atveri, caur kuru olā iekļūst spermatozoīds. No muguras daļas uz sāniem atiet divi gari izaugumu – filamenti, kas palīdz olai noturēties uz virsmas. Laboratorijas apstākļos, barotnē, olas parasti atrodas pie stobriņa sienām, kur ir mazāk mitruma. [2]
Olu apaugļošanās notiek mātītes olvadā. Neapaugļotas olas deģenerējas. Mātīte dēj olas uzreiz pēc spermatozoīda iekļūšanas tajās. Ja mātīte nevar atrast piemērotu vietu olu dēšanai, embrionālā attīstība notiek olvadā un mātīte izdēj jau attīstītus kāpurus. Virgīnas mātītes arī dēj olas, tikai tās ir neapaugļotas un nespēj tālāk attīstīties. [5]
Kāpuru izšķilšanās un postembrionālā attīstība ir saistīta ar intensīvu barošanos un augšanu. Kāpuri iegraužas barotnē un paliek tur līdz iekūņošanās brīdim. [2]
Kāpuram kutikulas izplešanās, ķermenim augot, ir ierobežota, tāpēc augšana ir saistīta ar kutikulas apmaiņu. Šo norisi sauc par ādas maiņu, bet attīstības laiku starp divām ādas maiņām – par attīstības stadiju. [4]
D. melanogaster kāpura periods sastāv no trim attīstības stadijām. Pirmā un otrā stadija beidzas ar ādas maiņu, trešā ar iekūņošanos. Dzimumdziedzeru (gonādu) augšana abiem dzimumiem tūlīt pēc izšķilšanās no olas ir atšķirīga, tēviņiem šajā periodā tās ir vairākas reizes lielākas nekā mātītēm. Tēviņu gonādas atrodas posteriorajā galā un ir redzamas caur kāpura apvalku kā divi gaiši, ovāli pūslīši.
Pirms iekūņošanās kāpuri sasniedz 4,5 mm garumu. Kad kāpuri gatavojas iekūņoties, tie izlien no barotnes.[5] Laboratorijas apstākļos, ja barotnē ir daudz mitruma, kūniņas ir piestiprinājušās pie stobriņa sienām, ja maz – tad kāpuri iekūņojas uz barotnes virsmas. [2]
Kūniņas attīstības periodā notiek visu kāpura orgānu, izņemot nervu sistēmas un gonādu noārdīšanās un pārvēršanās atpakaļ par embrionālajiem audiem. Pieaugušā īpatņa orgāni attīstās no embrionālo audu aizmetņiem (imaginālajiem diskiem).[6]
Dažas stundas pirms izšķilšanās zem kūniņas apvalka ir saskatāmi spārni un acis.
D. melanogaster izšķilšanās un atbrīvošanās no kūniņas apvalka (pupārija) notiek sasprindzinot šķidrumu pieres pūslī – kūniņas apvalks priekšējā galā ieplīst, ļaujot mušai atbrīvoties.
Jaunā, tikko no kūniņas iznākušā indivīda ķermenis ir garens, bālgans un nav pigmentēts, spārni ir īsi un neiztaisnojušies. [2]
Dzīves cikla ilgums ir atkarīgs no temperatūras, pie kuras notiek attīstība. Pazemināta temperatūra pagarina dzīves cikla ilgumu.
Attīstības stadiju ilgums pie 250C : embrionālā attīstība 24 - 25 stundas, kāpura stadija 4 - 5 dienas, kūniņas stadija 3 - 4 dienas.[3]
D. melanogaster vidējais dzīves ilgums ir atkarīgs no apkārtējās
vides
apstākļiem, tas var sasniegt pat 80 -153 dienas, bet vidējais dzīves
ilgums laboratorijas apstākļos mātītēm ir 26 dienas un tēviņiem – 33
dienas.[2]
Vistiešāk vairošanos raksturo auglība – kukaiņu pēcnācēju skaits, kas iegūts noteiktā laika posmā. Pēc auglības, optimālos dzīves apstākļos visa reproduktīvā perioda laikā, var spriest par sugas vairošanās potenciālu. Tas nekad nerealizējas pilnībā, jo auglība lielā mērā ir atkarīga no ārējās vides apstākļiem. Vairošanās rezultātu nosaka arī kukaiņu dzimumaktivitāte, kuru novērtē pēc pārošanās skaita noteiktā laika posmā. [7]
Vairošanās intensitāti daļēji ir atkarīga no arējās vides faktoriem – temperatūras, mitruma, gaismas daudzuma, barības un olu dēšanai piemērotu vietu pieejamība u.c. Šī ārējās vides iedarbība izraisa organisma atbildes reakciju, piemēram, no barības kvalitātes (no olbaltumvielu un ogļhidrātu daudzuma) ir atkarīga oocītu nobriešana; pārošanās regulē oocītu attīstību un olu dēšanu procesu - ja kopulācija ir bijusi auglīga (fertila), tad normālos apstākļos, notiks olas aktivācija, kam sekos embrioģenēze; tēviņu priekšdziedzeru (accessory gland) sekrēts, kas satur peptīdus (enzīmus) un kas kopulācijas rezultātā nonāk mātītes dzimumceļos inhibē mātīšu receptivitāti.
Vairošanās regulācija ir kompleksa, tā ietver – sensoros receptorus, informācijas pārraidi un tās apstrādi „smadzenēs”, kā arī ķīmisko „ziņnešu” (hormonu) transportēšana pa nervu šūnu aksoniem uz izpildorgāniem vai endokrīnajiem dziedzeriem.
Hormoni kukaiņa organismā tiek sintezēti neironālajos, neiro – dziedzeru un dziedzeru centros. Hormoni tiek sintezēti arī citos orgānos, piem. olnīcās, kurām šī funkcija ir sekundāra.
Neirosekretorās šūnas (NSC) jeb neiroendokrīnās šūnas ir modificēti neironi, kas atrodas dažādās vietās nervu sistēmā, bet smadzenēs tās veido sakopojumus, tās sintezē neirohormonus.
Corpora cardica ir divi neirodziedzeru ķermenīši, tie izdala neirohormonus (galvenokārt – PTTH jeb smadzeņu hormonu, kuram ir stimulējoša iedarbība uz pirmskrūts dziedzera (prothoracic gland) sekretoro funkciju). Pirmskrūts dziedzeris sintezē ecdisteroīdos (ecdysteroids) hormonus. Vislabāk izpētītais no šiem hormoniem ir ecdisons (ecdysone), kas veicina kutikulas maiņu. Corpora allata sintezē juvenilos hormonus.
Drozofilām (D. melanogaster) šie trīs dziedzeri: corpora cardica, pirmskrūts dziedzeris un corpora allata ir apvienoti un veido vienu - riņķveida endokrīno dziedzeri.
Juvenilie un ecdisteroīdie hormoni ir regulē lielāko daļu reproduktīvo stadiju. Juvenilo hormonu divas galvenās funkcijas ir metamorfozes un reproduktīvās attīstības regulācija. Pieaugušām mātītēm ecdisteroīdie hormoni sintezējas arī olnīcās, šie hormoni galvenokārt atbild par morfoģenēzi. Liela nozīme dažādās vairošanās stadijās ir neirohormoniem jeb neiropeptīdiem – tie regulē endokrīno darbību, kā arī ierosina dažādus reproduktīvos procesus – it īpaši ovulāciju un olu vai kāpuru izdēšanu.[8]
D. melanogaster mātītes un tēviņi dzimumgatavību sasniedz otrajā diennaktī pēc izšķilšanās, bet maksimālā dzimumaktivitāte un auglība ir raksturīga 4 – 6 dienas vecām mušām. Pāroties mušas spēj arī agrāk - jau sešas stundas pēc izšķilšanās.
Palielinoties mušu vecumam, dzimumaktivitāte mainās – līdz ar vecumu, sākot no apmēram 10 dienu vecuma, tā samazinās Virgīni tēviņi, sākot ar trīs dienu vecumu, ir aktīvāki nekā tēviņi, kuri pirms tam ir neierobežoti pārojušies.
Atšķirībā no tēviņiem, pēc pārošanās, mātītes kādu laiku ir nereceptīvas un atkārtoti nepārojas. Receptivitāte atjaunojas tikai pēc olu dēšanas perioda.
Dažādām D. melanogaster līnijām mātītīšu reproduktivitātes atjaunošanās dinamika ir dažāda.
Mātītes sāk dēt olas otrajā, trešajā dienā pēc izšķilšanās. Dēšana intensitāte (olu skaits diennaktī) strauji palielinās un maksimumu sasniedz 4 -5 dienā, tas saglabājas apmēram vienu nedēļ, tad dēšanas intensitāte samazinās līdz pilnībā izsīkst.
Virgīnas mātītes sāk dēt 5 – 6 dienu vecumā. Dēšanas intensitāte ir ievērojami zemāk un maksimumu tā sasniedz 10 -15 dienā un saglabājas vēl tikpat ilgi.
Auglība un dēšanas intensitāte ir atkarīga gan no mātīšu dzimumsistēmas parametriem, gan arī dažādiem vides faktoriem.
Mātītē ir izteikts dēšanas cirkādiskais ritms – visvairāk olas tiek izdētas pirmajās tumsas stundās (vakarā).
Būtiski auglību ietekmē arī populācijas blīvums. Tikko sastādītai grupai ir izteikta pozitīva atkarība starp auglību un blīvumu, bet saglabājoties šo grupu vairākas dienas, parādās negatīva saistība starp auglību un blīvumu.[7]
Drosophila melanogaster īsais attīstības cikls, labi izpētīto īpašību,pazīmju skaits un minimālās prasības pret uzturēšanas apstākļiem, padara to par vienu no visvairāk izmantotajiem modeļorganismiem dažādos bioloģiskajos pētījumos.
Augļu mušiņa tiek izmantota kā modelis jau gandrīz simts gadus. Sākotnēji visplašāk to izmantoja ģenētiskajos pētījumos. Ģenētikā 1909. gadā to ieviesa Thomas Hunt Morgan.
Ir veikta arī dažādu fizikālo faktoru (rentgenstarojuma u.c.) ietekmes izpēte uz D. melanogaster olu attīstību.
Pēdējā laikā drozofilu kā objektu galvenokārt izmanto organisma attīstības pētījumos - vislielākais uzsvars tie likts uz embrioloģisko attīstību kā arī uz to kā kūniņas stadijā formējas pieauguša īpatņa orgāni.
Plaši tiek pētīts arī tas kādā veidā un tieši kuri hormoni ietekmē kukaiņu metamorfozi, reproduktivitāti un ilgdzīvotību.
Daugavpils Pedagoģiskajā Universitātē tiek veikti pētījumi, tiek pētīta bioloģiski aktīvu vielu (cigarešu dūmu) ierosinātā mutaģenēze, kā modeļobjektu izmantojot Drosophila melanogaster.
| Ūdens | 100 ml/+25ml |
| Banāni | 100g |
| Agars | 1,8g |
Banānus noloba un nosver, nepieciešamo banānu daudzumu 100g saspiež tā, lai veidotos viendabīga masa (var izmantot arī blenderi). Traukā, kurā tiks gatavota barotne, ieliek banānu masu un pielej ūdeni 100ml. Pēc masas uzvārīšanās, to vāra 10 minūtes, patstāvīgi maisot, tad pievieno agaru, kas ir izšķīdināts 25ml ūdens, masu samaisa un uzvāra un vāra vēl 5minūtes. Karstu masu salej 100ml stobriņos - 25ml barotnes. Kad barotne ir sastingusi notīra stobriņa sieniņas no kondensāta un liekās barotnes, pēc tam tās virsmu, izmantojot otiņu, nosmērē ar mazas koncentrācijas rauga suspensiju. Barotni var lietot, tad kad raugs ir nožuvis – apmēram pēc divām stundām.
| Ūdens | 100 ml/+25ml |
| Brūnās rozīnes | 50g |
| Agars | 1,8g |
Rozīnes nosver, nepieciešamo daudzumu rozīņu 50g saspiež piestā (vai arī smalki sagriež). Traukā, kurā tiks gatavota barotne, ieliek rozīņu masu un pielej ūdeni 100ml. Pēc masas uzvārīšanās, to vāra 10 minūtes, patstāvīgi maisot, tad pievieno agaru, kas ir izšķīdināts 25ml ūdens, masu samaisa un uzvāra un vāra 5 min. Karstu masu salej 100ml stobriņos - 25ml barotnes. Kad barotne ir sastingusi notīra stobriņa sieniņas no kondensāta un liekās barotnes, pēc tam tās virsmu, izmantojot otiņu, nosmērē ar mazas koncentrācijas rauga suspensiju. Barotni var lietot, tad kad raugs ir nožuvis – apmēram pēc divām stundām.
Veicot manipulācijas ar drozofilām, tās vispirms narkotizē ar ēteri. Narkotizācija notiek ēterizatorā (mērdenē).
Mušu narkotizēšanu sāk ar to, ka stobriņu ar mušām padauza pret delnu vai darba vietas virsmu, kamēr visas mušas nokrīt uz barotnes. Kolīdz tas ir sasniegts, attaisa ēterizatoru un otrādi apgrieztu attaisītu stobriņu ar mušām uzliek uz ēterizatora kakla tā, lai ēterizators atrastos apakšā un padauzot pa tā apakšējo virsmu, sakrata tajā mušas. Šajā brīdī aiztaisa ēterizatoru un gaida kamēr iemieg pēdējā muša. Tad to attaisa un izber mušas uz pienbalta stikla plāksnītes apskatīšanai.
Ja mušas atmostas ātrāk kā nepieciešams, tās pārklāj ar pulksteņstkliņu, zem kura paliek ēterī samērcētu vates gabaliņu, vai arī tās pārber atpakaļ ēterizatorā. Mušiņas var pārbērt no stobriņa stobriņā ar bez narkotizācijas.
Mušas ir pozitīvi fototropiskas (orientētas uz gaismu un uz augšu), tāpēc tās pārliekot, stobriņi ir jācenšas turēt ar vaļējo galu uz leju, lai mušas nespētu izlidot.
No pārāk lielas ētera devas mušas var aiziet bojā, tāpēc tūlīt pēc to iemigšanas ir jāsāk apskate. Beigtās mušas var atpazīt pēc spārnu stāvokļa – tie ir atliekti uz augšu, un ekstremitātes ir stīvi izstieptas. Mušas, kas ir saņēmušas mērenu ētera devu, par palikt narkotizētā stāvoklī diezgan ilgi – un tas neatstās uz tām kaitīgu iespaidu.
Kad mušas ir izbērtas uz pienbaltā stikla plāksnītes, tās apskata binokulārā, atdala tēviņus no mātītēm. (Pārošanai) izvēlētās mušas narkotizētā stāvoklī ievieto stobriņā ar svaigu barotni un aiztaisa to ar korķi – stobriņu novieto horizontāli, tā lai mušas atrastos uz stobriņa malas, ja narkotizētas mušas nokļūst uz barotnes virsmas ir liela iespējamība, ka tās pielips uz aizies bojā. Kad mušas ir atguvušās no narkozes, stobriņu pagriež vertikāli. Narkotizētu mušu pārvietošanai izmanto smalku otiņu vai spalviņu.[2], [3]
Augļu mušiņas audzē pie noteiktas temperatūras un apgaismojuma. Kā standarta temperatūra daudzos literatūras avotos ir minēta kā 250C (cikls ilgst aptuveni 10 dienas).
Pazemināta temperatūra pagarina dzīves ciklu. Temperatūra zemāka par 200C pazemina mušu dzīvotspēju, bet virs 250C pazemina auglību. Līniju uzturēšanai optimālā temperatūra ir 200C. [3]
100ml stobriņā, kurā ir iepildītas 25ml barotnes, ieteicamais mātīšu skaits ir 3 –4, palielinot to ir iespējama pārapdzīvotība, kā rezultātā var samazināties mušu auglība. Tēviņu skaits var variēt, jo tas neietekmē populācijas blīvumu.[2]