Evolutionary Consequences of Altered Atmospheric Oxygen in Drosophila melanogaster

Abstract

Twelve replicate populations of Drosophila melanogaster, all derived from a common ancestor, were independently evolved for 34+ generations in one of three treatment environments of varying PO2: hypoxia (5.0–10.1 kPa), normoxia (21.3 kPa), and hyperoxia (40.5 kPa). Several traits related to whole animal performance and metabolism were assayed at various stages via “common garden” and reciprocal transplant assays to directly compare evolved and acclimatory differences among treatments. Results clearly demonstrate the evolution of a greater tolerance to acute hypoxia in the hypoxia-evolved populations, consistent with adaptation to this environment. Greater hypoxia tolerance was associated with an increase in citrate synthase activity in fly homogenate when compared to normoxic (control) populations, suggesting an increase in mitochondrial volume density in these populations. In contrast, no direct evidence of increased performance of the hyperoxia-evolved populations was detected, although a significant decrease in the tolerance of these populations to acute hypoxia suggests a cost to adaptation to hyperoxia. Hyperoxia-evolved populations had lower productivity overall (i.e., across treatment environments) and there was no evidence that hypoxia or hyperoxia-evolved populations had greatest productivity or longevity in their respective treatment environments, suggesting that these assays failed to capture the components of fitness relevant to adaptation.

The effect of altered oxygen partial pressure on the resisitance to hypoxia and expression of oxygen-sensitive genes in Drosophila melanogaster

“…Дослідження молекулярних шляхів ре-акції клітин на зниження Ро 2 та адаптивних процесів у ряду поколінь доцільно проводити на такому класичному модельному об'єкті з коротким терміном розвитку та життя, як Drosophila melanogaster [7][8][9]. Плодова муш-ка, як і інші комахи, має еволюційні адапта-ції, які забезпечують її високу резистентність до гіпоксії [9,10].…”

“…Плодова муш-ка, як і інші комахи, має еволюційні адапта-ції, які забезпечують її високу резистентність до гіпоксії [9,10]. Відомо, що фізіологічнi ефекти нестачі О 2 залежать від типу гіпоксії (нормо-, гіпо-або гіпербарична), ступеня зниження Ро 2 , тривалості та режиму (пере-ривчастий або постійній).…”

“…Відомо, що фізіологічнi ефекти нестачі О 2 залежать від типу гіпоксії (нормо-, гіпо-або гіпербарична), ступеня зниження Ро 2 , тривалості та режиму (пере-ривчастий або постійній). За останні роки вивченню впливу гіпоксії на експресію ге-нів у дрозофіл присвячена значна кількість наукових досліджень [6][7][8][9]. Проте умови проведення експериментів суттєво відрізня-лися.…”

“…У личинок таких дрозофіл змінилася експресія 2749 генів (у 1534 -підвищилась, а у 1215 -знизилася). Водночас у дорослих комах цієї субпопуляції змінилася експресія лише 138 генів (у 95 -підвищилась, у 43 -знизилась) [8][9][10]. Інші автори порівнювали зміни експресії генів під впливом жорсткої (1 % О 2 ) протягом 2,5 год і переривчастої гіпоксії з таким самим вмістом О 2 .…”

“…З'ясовано також, що треновані до низь кого Ро 2 дрозофіли швидше віднов -лю ють рухову активність після гіпоксичного впливу. Автори вважають, що збільшення активності ферментів аеробного окиснення у популяцій, які знаходяться в умовах гіпоксії, забезпечує ефективну адаптацію до низького Ро 2 , хоча конкретні механізми підвищення резистентності до гіпоксії залишаються нез'ясованими [9][10][11].…”