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¿Demasiada modificación genética conduce a la formación de nuevas especies?

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Creo que la modificación genética puede denominarse "mutación artificial". ¿Es posible que los genes se puedan modificar tanto que conduzca a la introducción de nuevas especies, es decir, la integración de grandes no. de ¿Las mutaciones útiles conducen a una evolución rápida?


Sí, es posible, en un artículo se muestra un estudio para Mycoplasma genitalium que tiene el gen 525, sin embargo, solo 382 genes son esenciales para las funciones biológicas, sacan el gen de la naturaleza y colocan el 'gen artificial' que se sintetiza in vitro, para probar si el M. genitalium sobrevivirá cuando el número de genes sea inferior a 382. Si sobrevive, será una nueva especie.


Un modelo biológico para colores resistentes

Las propiedades mecánicas y ópticas únicas que se encuentran en el exoesqueleto de un humilde escarabajo asiático tienen el potencial de ofrecer una nueva visión fascinante sobre cómo desarrollar tecnologías nuevas y efectivas de inspiración biológica.

Una nueva investigación pionera realizada por un equipo de científicos internacionales, incluido el profesor Pete Vukusic de la Universidad de Exeter, ha revelado una propiedad distintiva y previamente desconocida dentro del caparazón del escarabajo de las flores, un miembro de la familia del escarabajo.

El estudio mostró que el escarabajo tiene pequeños micropilares dentro del caparazón, o la sección superior del exoesqueleto, que le dan al insecto fuerza y ​​flexibilidad para resistir el daño de manera muy efectiva.

Fundamentalmente, estos micropilares se incorporan en capas muy regulares en el exoesqueleto que al mismo tiempo le dan al escarabajo una apariencia de color metálico intensamente brillante.

Para este nuevo estudio, los científicos utilizaron sofisticadas técnicas de modelado para determinar cuál de las dos funciones (resistencia mecánica muy alta o color llamativamente brillante) era más importante para la supervivencia del escarabajo.

Descubrieron que, aunque estos micropilares crean una tenacidad muy mejorada en el caparazón del escarabajo, eran más beneficiosos para optimizar la dispersión de la luz coloreada que genera su apariencia llamativa.

La investigación se publica esta semana en la revista, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, PNAS.

El profesor Vukusic, uno de los tres líderes de la investigación junto con el profesor Li en Virginia Tech y el profesor Kolle en MIT, dijo: "Los asombrosos conocimientos generados por esta investigación solo han sido posibles a través de una estrecha colaboración entre Virginia Tech, MIT, Harvard y Exeter. , en laboratorios que son pioneros en los campos de los materiales, la mecánica y la óptica. Nuestra empresa de seguimiento para hacer uso de estos principios bioinspirados será un viaje aún más emocionante ... "

Las semillas de la investigación pionera se sembraron hace más de 16 años como parte de un breve proyecto creado por el profesor Vukusic en los laboratorios de Física de licenciatura de Exeter. Esas primeras pruebas y mediciones, realizadas por estudiantes universitarios entusiastas, revelaron la posibilidad de una multifuncionalidad intrigante.

Los estudiantes originales examinaron la forma y estructura del caparazón de los escarabajos para tratar de comprender el origen simple de su color. Sin embargo, notaron por primera vez la presencia de micropilares inductores de fuerza.

El profesor Vukusic finalmente llevó estos hallazgos iniciales a los colaboradores, el profesor Ling Li en Virginia Tech y el profesor Mathias Kolle en Harvard y luego en el MIT, que se especializan en las ciencias de los materiales y la óptica aplicada. Utilizando técnicas de medición y modelado mucho más sofisticadas, el equipo de investigación combinado también debía confirmar el papel único desempeñado por los micropilares en la mejora de la fuerza y ​​dureza de los escarabajos sin comprometer su intenso color metálico.

Los resultados del estudio también podrían ayudar a inspirar una nueva generación de materiales bioinspirados, así como la investigación evolutiva más tradicional.

Al comprender cuál de las funciones proporciona el mayor beneficio a estos escarabajos, los científicos pueden desarrollar nuevas técnicas para replicar y reproducir la estructura del exoesqueleto, al tiempo que se aseguran de que tenga una apariencia de color brillante con una fuerza y ​​dureza altamente efectivas.

El profesor Vukusic agregó: "Los sistemas naturales como estos nunca dejan de impresionar con la forma en que funcionan, ya sea óptico, mecánico o en otra área de función. La forma en que sus propiedades ópticas o mecánicas parecen altamente tolerantes a todo tipo de imperfecciones también, continúa ofreciéndonos lecciones sobre avenidas científicas y tecnológicas que absolutamente deberíamos explorar. Tenemos una ciencia emocionante por delante en este viaje ".


¿Qué significa ser una especie? La genética está cambiando la respuesta

Para Charles Darwin, "especie" era un término indefinible, "dado arbitrariamente por conveniencia a un conjunto de individuos muy parecidos entre sí". Sin embargo, eso no ha impedido que los científicos en los 150 años transcurridos desde entonces lo intentaran. Cuando los científicos de hoy se sientan a estudiar una nueva forma de vida, aplican cualquier número de & # 160 más de 70 definiciones & # 160 de lo que constituye una especie & # 8212 y cada una ayuda a llegar a un aspecto diferente de lo que hace que los organismos sean distintos.

Contenido relacionado

En cierto modo, esta plétora de definiciones ayuda a probar el punto de Darwin: la idea de una especie es, en última instancia, una construcción humana. Con el avance de la tecnología del ADN, los científicos ahora pueden trazar líneas cada vez más finas entre lo que consideran especies al observar el código genético que las define. La forma en que los científicos eligen trazar esa línea depende de si su sujeto es un animal o una planta, las herramientas disponibles y la preferencia y experiencia del científico.

Ahora, a medida que se descubren nuevas especies y se descartan las antiguas, los investigadores quieren saber: ¿Cómo definimos una especie hoy? Echemos un vistazo a la evolución del concepto y lo lejos que ha llegado.

Quizás la definición más clásica es un grupo de organismos que pueden reproducirse entre sí para producir una descendencia fértil, una idea planteada originalmente en 1942 por el biólogo evolutivo Ernst Mayr. Si bien es elegante en su simplicidad, este concepto ha sido criticado desde entonces por los biólogos, quienes argumentan que no se aplica a muchos organismos, como los unicelulares que se reproducen asexualmente, o aquellos que se ha demostrado que se reproducen con otros organismos distintos. organismos para crear híbridos.

Las alternativas surgieron rápidamente. Algunos biólogos defendieron una definición ecológica que asignaba especies de acuerdo con los nichos ambientales que ocupan (este animal recicla los nutrientes del suelo, este depredador mantiene a los insectos bajo control). Otros afirmaron que una especie era un conjunto de organismos con características físicas distintas de otras (la cola en abanico del pavo real, los picos de los pinzones de Darwin).

El descubrimiento de la doble hélice del ADN impulsó la creación de otra definición, una en la que los científicos podrían buscar diferencias genéticas diminutas y dibujar líneas aún más finas que denoten especies. Basado en & # 160a un libro de 1980 & # 160 por los biólogos Niles Eldredge y Joel Cracraft, bajo la definición de una especie filogenética, las especies animales ahora pueden diferir en solo un 2 por ciento de su ADN para ser consideradas separadas. & # 160

"En 1996, el mundo reconoció la mitad del número de especies de lémures que hay en la actualidad", dice Craig Hilton-Taylor, quien administra la Lista Roja de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza de especies amenazadas. (Hoy en día hay más de 100 especies de lémures reconocidas). Los avances en la tecnología genética le han dado a la organización una imagen mucho más detallada de las especies del mundo y su salud.

Estos avances también han renovado los debates sobre lo que significa ser una especie, ya que los ecólogos y conservacionistas "descubren que muchas especies que alguna vez aparecieron como singulares" son en realidad multitudes. El entomólogo del Smithsonian, John Burns, ha utilizado la tecnología del ADN para distinguir varias de las llamadas "especies crípticas" y organismos que parecen físicamente idénticos a los miembros de una determinada especie, pero que tienen genomas significativamente diferentes. En un estudio de & # 1602004, pudo determinar que una especie de mariposa tropical identificada en 1775 en realidad abarcaba 10 especies distintas.

En 2010, la tecnología avanzada de ADN permitió a los científicos resolver un antiguo debate sobre los elefantes africanos. Al secuenciar el ADN más raro y complejo de los núcleos de las células de elefante, en lugar del ADN mitocondrial más comúnmente utilizado, determinaron que los elefantes africanos en realidad comprendían dos especies separadas que divergieron hace millones de años.

"Ya no se puede llamar a los elefantes africanos la misma especie que a los elefantes asiáticos y al mamut", dijo David Reich, genetista de poblaciones y autor principal del estudio. Nature News.

El curador de entomología del Smithsonian, W. Donald Duckworth, estudia una bandeja de especímenes de polilla en 1975. Los taxónomos se han basado tradicionalmente en las características físicas para separar las especies. (Archivos Kjell Bloch Sandved / Smithsonian)

A raíz de estos y otros descubrimientos que cambiaron el paradigma, el concepto original de Mayr se está desmoronando rápidamente. Esas dos especies de elefantes africanos, por ejemplo, se cruzaban tan recientemente como hace 500.000 años. Otro ejemplo está más cerca de casa: análisis recientes de restos de ADN en los genes de los humanos modernos han encontrado que los humanos y los neandertales & # 8212 generalmente se los considera especies separadas que & # 160 divergieron hace aproximadamente 700.000 años & # 8212 se cruzaron tan recientemente como hace 100.000 años.

Entonces, ¿estos elefantes y homínidos siguen siendo especies separadas?

Este no es solo un argumento de semántica científica. Identificar la especie de un organismo es fundamental para cualquier esfuerzo por proteger a ese animal, especialmente cuando se trata de acciones gubernamentales. Una especie que se incluye en la Ley de Especies en Peligro de Extinción de EE. UU., Por ejemplo, & # 160gana protección & # 160 de cualquier & # 160acción destructiva del gobierno y de los ciudadanos privados. Estas protecciones serían imposibles de hacer cumplir sin la capacidad de determinar qué organismos son parte de eso. especie en peligro.

Al mismo tiempo, "los avances en las técnicas y la tecnología de secuenciación" están ayudando a los científicos actuales a reconstruir mejor qué especies están siendo afectadas por qué acciones humanas.

"Somos capaces de reconocer casi cualquier especie [ahora]", dice & # 160Mary Curtis, una científica forense de vida silvestre que dirige el equipo de genética en el & # 160Forensics Laboratory del Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU. Su laboratorio es responsable de identificar los restos de animales o productos que se sospeche que hayan sido comercializados o recolectados ilegalmente. Desde que adoptó las técnicas de secuenciación de ADN hace más de 20 años, el laboratorio ha podido realizar identificaciones mucho más rápidamente y aumentar la cantidad de especies que puede reconocer de manera confiable por cientos.

"Muchas de las cosas que obtenemos en genética no tienen forma", dice Curtis. El laboratorio recibe trozos de carne no identificada, elementos decorativos hechos a mano o incluso el contenido del estómago de otros animales. La identificación de estos elementos inusuales suele estar fuera del alcance de los expertos en taxonomía que utilizan la forma del cuerpo, la identificación del cabello y otras características físicas. "Solo podemos hacer eso con el ADN", dice Curtis.

Aún así, Curtis, que estudió peces anteriormente, no descarta la importancia de los taxonomistas tradicionales. "Gran parte del tiempo trabajamos juntos", dice. Los taxónomos experimentados a menudo pueden identificar rápidamente casos reconocibles, dejando la secuenciación de ADN más costosa para las situaciones que realmente lo necesitan.

No todos los ecologistas están convencidos de estos avances. Algunos expresan su preocupación por la "inflación taxonómica", ya que el número de especies identificadas o reclasificadas continúa disparándose. Les preocupa que a medida que los científicos trazan límites basados ​​en los estrechos matices de diferencia que la tecnología del ADN les permite ver, todo el concepto de especie se está diluyendo.

"No todo lo que se puede distinguir debe ser de su propia especie", como dijo el zoólogo alemán Andreas Wilting & # 160. El Correo de Washington en 2015. Wilting había propuesto condensar tigres en solo dos subespecies, de las nueve actuales.

Otros científicos están preocupados por los efectos que la reclasificación de especies que alguna vez fueron distintas puede tener en los esfuerzos de conservación. En 1973, el gorrión oscuro de la playa en peligro de extinción, un ave pequeña que una vez se encontró en Florida, se perdió la ayuda de conservación potencialmente útil al ser & # 160reclasificado como una subespecie & # 160 del gorrión costero mucho más poblado. Menos de dos décadas después, el gorrión costero oscuro se extinguió.

Hilton-Taylor aún no está seguro de cuándo o cómo las comunidades ecológicas y de conservación se asentarán en la idea de una especie. Pero sí espera que la tecnología del ADN tenga un impacto significativo en interrumpir y remodelar el trabajo de esos campos. & # 8220Muchas cosas están cambiando & # 8221, dice Hilton-Taylor. & # 8220Ese es el mundo en el que vivimos. & # 8221

Esta incertidumbre también refleja en muchos sentidos la definición de especie actual, dice Hilton-Taylor. La UICN se basa en la experiencia de varios grupos y científicos diferentes para recopilar datos para su Lista Roja, y algunos de esos grupos han adoptado conceptos más amplios o más estrechos de lo que constituye una especie, con una dependencia diferente del ADN. & # 8220Existe una gran diversidad de científicos, & # 8221 Hilton-Taylor. & # 8220Solo tenemos que ir con lo que tenemos. & # 8221


1. INTRODUCCIÓN

La tesis de este número especial de Ciencia y práctica de la conservación es que la biotecnología y la genética de la conservación son herramientas infrautilizadas capaces de frenar la pérdida de especies y la erosión de la biodiversidad. Los artículos de este número identifican y evalúan traslocaciones exitosas (Smith & Peterson, 2021), el potencial de modificación genética para rescatar especies como el castaño americano (Newhouse & Powell, 2021) y la necesidad de recopilar y estandarizar sistemáticamente datos evaluativos en estos formularios. de intervenciones de conservación (Novak, Phelan y Weber, 2021). Todos estos enfoques resisten lo que llamamos un ética de la moderación: una actitud de precaución excesiva que amenaza con perder oportunidades para avanzar en los objetivos de conservación al restringir la implementación de técnicas de conservación novedosas. En este artículo, identificamos el espíritu de la moderación, diagnosticamos sus causas, examinamos los supuestos sobre el riesgo y la precaución que refuerzan este espíritu, y argumentamos que abordarlo requiere desarrollar enfoques holísticos para la gestión de riesgos y la toma de decisiones, llenar vacíos de conocimiento específicos y desarrollar normas y prácticas para la deliberación ética.

Este documento aborda la creciente sensación de que el progreso en la ciencia de la conservación se ha estancado, especialmente en relación con la creciente urgencia de lograr su misión. Al igual que en otras ciencias normativas y prácticas, como la medicina, la precaución está justificada cuando las acciones desacertadas pueden tener consecuencias significativas y peligrosas. Sin embargo, optar por no actuar para evitar consecuencias no deseadas también puede paralizar la innovación necesaria para comprender y abordar mejor el deterioro ambiental en curso. Adoptar un enfoque más amplio para la toma de decisiones sobre conservación tiene el potencial de cambiar los debates sobre enfoques novedosos de la parálisis frente a las consecuencias no deseadas a una planificación sólida para las consecuencias previstas. Sin ignorar las consideraciones éticas o abandonar los procesos deliberativos inclusivos, la planificación de las consecuencias previstas podría reemplazar el espíritu de moderación por un espíritu que fomente la ciencia de la conservación responsable en acción (ver Barnhill-Dilling & Delborne, 2021).


Estrategias de biocontrol genético

El biocontrol genético brinda oportunidades para el control y la posible erradicación de especies invasoras. El término & # x201C biocontrol genético & # x201D se refiere a técnicas que alteran el material genético de un organismo para controlar especies invasoras en el medio ambiente. Algunas de estas técnicas, pero no todas, implican el conocimiento o la manipulación del genoma. Esto incluye la utilización de microbios parásitos de genotipos de origen natural que distorsionan las proporciones de sexos, el uso de métodos tradicionales como la irradiación, la reversión hormonal del sexo para generar genotipos estériles o sexualmente incompatibles y el uso de tecnologías modernas de ingeniería genética. Debido a que el control biológico genético describe una amplia variedad de métodos que aprovechan la biología de las especies para lograr el control, es importante señalar que el control biológico genético no es sinónimo del uso de organismos modificados genéticamente. Tecnologías existentes que utilizan alelos genéticos naturales, organismos irradiados, técnicas de segregación cromosómica o bacterias endoparásitas (es decir, Wolbachia) constituyen técnicas de biocontrol genético que no se considerarían ingeniería genética.

Esta revisión proporciona una descripción general del estado del biocontrol genético, centrándose en varios enfoques que fueron objeto de presentaciones en el Taller de biocontrol genético para especies invasoras en Tarragona, España, el 31 de marzo de 2019, una conferencia patrocinada por el Programa de Investigación Cooperativa de la OCDE. La revisión destacará la gama de opciones de biocontrol genético que están disponibles (o están en desarrollo) para el control de especies invasoras, examinando los atributos de cuatro enfoques de liberación estéril, YY Machos, Técnica de Trojan Hembra e impulso genético. La revisión compara técnicas en cuanto al mecanismo de control utilizado en cada método, y los obstáculos regulatorios que deben superarse para que se ponga en práctica la metodología de biocontrol genético. Debido a que el impulso genético es un enfoque fundamentalmente nuevo para el control de especies invasoras que presenta nuevas posibilidades para la supresión eficiente de las poblaciones de especies invasoras (y, por lo tanto, puede representar un nuevo riesgo también), los esfuerzos de investigación para probar la contención de los impulsos genéticos (tanto física como genética) son también revisado. Por último, el documento presenta una revisión del control biológico clásico para proporcionar un contexto en torno a las prácticas en curso para el manejo de especies invasoras y para resaltar los marcos regulatorios existentes que involucran la liberación de un nuevo organismo al medio ambiente que probablemente sea relevante para el uso de métodos de control biológico genético más nuevos. .

La técnica de los insectos estériles (TIE) como punto de referencia para considerar el biocontrol genético

Una de las primeras aplicaciones del biocontrol genético implicó la irradiación del gusano tornillo. Cochliomyia hominivorax (Coquerel) como un medio de producir individuos estériles que podrían generarse en grandes cantidades y distribuirse dentro de una población objetivo con el fin de suprimir la reproducción. La técnica, conocida como Técnica de Insectos Estériles (SIT) erradicó con éxito los gusanos tornillo del sureste de los Estados Unidos (Knipling, 1955 Smith, 1963), y desde entonces se ha empleado para el control de una variedad de otros insectos [por ejemplo, la polilla de la manzana (Cydia pomonella (L.)) (Bloem et al., 2007)], el gusano rosado [Pectinophora gossypiella (Saunders) (Tabashnik et al., 2010)], y la polilla de la manzana pintada [Teia anartoides (Walker) (Suckling et al., 2007)]. Trabajo preliminar sobre vectores de enfermedades humanas como el mosquito de la fiebre amarilla [Aedes aegypti (L.) (Alphey et al., 2010)] y la mosca tsetsé [Glossina spp.) (Vreysen et al., 2014], y se necesita más trabajo para lograr un control efectivo mediante liberación estéril.

Los insectos se irradian para SIT usando una dosis de radiación gamma suficiente para causar roturas cromosómicas dentro de la línea germinal. Para algunas especies de insectos, la TIE no altera sustancialmente la competitividad de apareamiento. Sin embargo, existen limitaciones a esta técnica en el sentido de que algunas especies tienen una esterilización incompleta, lo que provoca una grave disminución de la competitividad y una población estéril insuficiente, entre otros problemas (Esteva y Mo Yang, 2005). Si es práctico hacerlo, los machos se separan de las hembras para permitir la liberación al medio ambiente únicamente de machos estériles. Esto conduce a una supresión más eficiente de la población objetivo (hasta 3 & # x20135 veces) que si ambos sexos se liberan juntos (Rend & # x00F3n et al., 2004 Alphey y Bonsall, 2018). Luego, los insectos irradiados se liberan en el área objetivo en cantidades suficientes para garantizar que los individuos fértiles tengan una alta probabilidad de encontrar individuos estériles irradiados que conduzcan a un apareamiento improductivo.

Aunque la TIE ha sido un enfoque exitoso para controlar algunas plagas de insectos, existen desventajas asociadas con su uso. Para tener éxito en la supresión de una población objetivo, se debe liberar una cantidad abrumadora de organismos irradiados al medio ambiente, aumentando así temporalmente los impactos potenciales causados ​​por las plagas. Para producir la cantidad requerida de insectos estériles, se requiere una instalación dedicada a criar e irradiar organismos para su liberación, lo que puede ser costoso de construir y operar. Algunas especies no son adecuadas para la liberación estéril debido a limitaciones en la cría, por lo que la técnica puede no ser adecuada para el control de algunas especies. Los efectos de la radiación sobre la competitividad de apareamiento de insectos también pueden ser una desventaja, ya que requieren que se liberen cantidades aún mayores de insectos irradiados para compensar la reducción de la eficiencia de apareamiento.

Como alternativa a la TIE, la ingeniería genética también se ha utilizado para producir insectos estériles para su liberación para suprimir una población objetivo (Alphey y Bonsall, 2018). Esta técnica ha dado como resultado insectos transgénicos que son reproductivamente estériles como resultado de un transgén que confiere un fenotipo letal dominante a la progenie que lo hereda (RIDL, Release of Insects Carrying a Dominant Lethal) (Alphey, 2014). Al igual que con SIT, se debe liberar una abrumadora abundancia de machos RIDL en una población objetivo para garantizar que las hembras de tipo salvaje solo tengan apareamientos improductivos con parejas RIDL y se produzca la supresión de la población (Figura 1). Por lo tanto, RIDL es una mejora con respecto a la SIT con respecto a los aspectos prácticos de la producción de insectos con mayor competitividad de apareamiento, pero comparte la misma desventaja de la SIT en que muchos insectos deben criarse y liberarse. Esta desventaja intrínseca de la liberación estéril también es relevante para el uso de este método para controlar especies invasoras no artrópodos.

Figura 1. Técnica de insectos estériles. La liberación de machos esterilizados para el control de poblaciones se utiliza para manejar poblaciones de especies invasoras a través de un método conocido como Técnica de Insectos Estériles (TIE). Inicialmente, se mantiene una colonia de semillas, de la cual se toman lotes de huevos y se amplifican durante varias generaciones para producir grandes cohortes de liberación. En la TIE tradicional, los machos están expuestos a la radiación para inducir la esterilidad, pero las nuevas tecnologías han hecho posible diseñar genéticamente machos estériles y potencialmente evitar los costos de aptitud y eficiencia de apareamiento que acompañan a la irradiación. El apareamiento entre estos machos estériles y hembras de tipo salvaje no resulta en descendencia. Estos machos estériles deben ser liberados a la población silvestre en cantidades muy grandes, de modo que las hembras de tipo silvestre sean más propensas a aparearse con machos estériles que con machos de tipo silvestre, a fin de reducir efectivamente la población de la especie invasora con el tiempo.

Ranas toro invasoras [Lithobates catesbeianus (Shaw)] en Europa no son susceptibles de esterilización masiva por radiación, por lo tanto, se requiere una estrategia alternativa para producir individuos estériles para liberación estéril. Como se demostró en un estudio piloto reciente, la triploidía inducida puede producir de manera confiable ranas toro estériles en cantidades suficientes para erradicar una pequeña población objetivo en condiciones de contención (Descamps y De Vocht, 2017). La triploidía inducida es una técnica que interrumpe la meiosis por métodos químicos, mecánicos o térmicos, lo que da como resultado óvulos o espermatozoides que contienen tres juegos de cromosomas. La triploidía en las células reproductoras da como resultado un desarrollo anormal que puede interrumpir el proceso reproductivo. Sin embargo, el trabajo futuro en los esfuerzos de liberación de estériles requiere la construcción de una instalación dedicada a criar ranas toro triploides estériles en cantidades suficientes para su liberación. Dado que las ranas toro adultas pueden superar los 30 cm de longitud, la instalación deberá ser bastante grande y requerir recursos sustancialmente mayores para el cuidado y la alimentación que los insectos. Otra preocupación es que la adición de una gran cantidad de ranas toro estériles a una población objetivo causará daños ambientales. Por lo tanto, tal programa requerirá alguna forma de remoción manual de la rana toro salvaje en un programa integrado de manejo de plagas para mitigar el daño asociado con la introducción de individuos estériles adicionales. Se ha intentado un enfoque de este tipo que fusiona la supresión de la población y la adición de individuos estériles con otro vertebrado invasor, la lamprea marina en el río St. Mary & # x2019s, un afluente de los Grandes Lagos Laurentia (Bravener y Twohey, 2016). El daño adicional resultante de las ranas toro estériles introducidas podría reducirse si se agregan individuos estériles en una etapa muy temprana de desarrollo, de modo que los individuos estériles tengan un impacto menor como competidores por el alimento con los organismos acuáticos nativos que se encuentran más arriba en la cadena alimentaria.

Compensación entre eficiencia, control e incertidumbre de la TIE

Aunque la liberación estéril ha sido un enfoque muy exitoso para el control de insectos plaga, la esterilidad inducida por radiación de especies invasoras para liberación estéril tiene una aplicabilidad limitada como estrategia de control biológico genético para la mayoría de las especies invasoras. El enfoque puede limitarse a un subconjunto de especies invasoras de artrópodos, aquellas que pueden criarse, irradiarse y distribuirse sin efectos negativos sustanciales sobre la viabilidad y la eficacia de apareamiento de los insectos liberados. Para las especies que no son susceptibles de esterilización inducida por radiación, otros enfoques genéticos para la esterilidad (p. Ej., Triploidía inducida para peces y anfibios) o la técnica de la hembra de Troya (Gemmell et al., 2013) pueden ofrecer un enfoque alternativo a la radiación para la producción de estériles. individuos. Para los insectos, RIDL proporciona una alternativa a la TIE y se puede aplicar a una variedad de especies de insectos invasores que afectan la agricultura (Ant et al., 2012 Leftwich et al., 2014 Alphey y Bonsall, 2018). Sin embargo, la principal limitación en el uso de liberación estéril como un enfoque general para el control de especies invasoras es el problema de limitar el daño asociado con el gran número de individuos estériles necesarios para suprimir la fertilidad de la población objetivo. En algunos casos, el daño es específico para un solo sexo y puede evitarse clasificando y liberando adecuadamente solo a los individuos estériles de un sexo; sin embargo, en muchos casos el daño está asociado con ambos sexos. En estos casos, un enfoque de manejo integrado de plagas (es decir, eliminar a los individuos fértiles de la población objetivo y reemplazarlos con individuos estériles) puede ser factible como un medio para aumentar la eficacia de un enfoque de liberación estéril sin aumentar el daño impuesto por los liberados. individuos estériles. Sin embargo, el MIP puede no ser factible para muchas especies invasoras, especialmente aquellas que están ampliamente distribuidas en un área geográfica extensa. La ineficacia de la liberación estéril es, por tanto, una barrera para su uso para erradicar o controlar la mayoría de las especies invasoras.

Aunque el método de liberación estéril puede ofrecer alguna utilidad para reducir o erradicar pequeñas poblaciones de especies invasoras, actualmente se están explorando métodos de biocontrol genético más eficientes que no requieren la producción de un gran número de individuos para su liberación al medio ambiente, y no son limitado con respecto al tamaño de la población objetivo a la que puede dirigirse. En las siguientes secciones se consideran tres de esos enfoques YY Males, Trojan Female Technique y gene drive.

YY Machos (cromosoma troyano Y)

A Hamilton (1967) se le atribuye el mérito de proponer que una población no deseada podría eliminarse cambiando completamente la proporción de sexos a un solo sexo. La idea de que tal cambio antropomórfico en la proporción de sexos podría lograrse mediante la inversión de sexo inducida por la acuicultura en los peces se le ocurrió por primera vez a John Teem, quien planteó la hipótesis de que la inversión de sexo en una población de reproductores en cautiverio mediante el uso de hormonas sexuales exógenas podría usarse para producir un gen genéticamente todo-YY Reproductores machos cuya progenie podría ser liberada en una población no deseada (Mills, 2009). Una aplicación de este concepto, denominado enfoque del Cromosoma Y Troyano (TYC), se exploró formalmente primero en un modelo matemático que evaluaba el potencial del método para erradicar una Tilapia del Nilo invasora. Oreochromis niloticus (L.) población (Gutiérrez y Teem, 2006). En el enfoque de erradicación de TYC, los peces feminizados o productores de huevos con dos cromosomas Y se producen mediante prácticas de acuicultura comercial que involucran cría selectiva y reversión del sexo mediante tratamiento hormonal. Estos peces luego se introducen en una población de peces invasores objetivo donde se aparean con machos normales, dando lugar a toda la progenie masculina, la mitad de los cuales serán machos YY productores de esperma, acelerando aún más el proceso de extirpación (Teem y Guti & # x00E9rrez, 2010). Una variante de este concepto original es liberar espermatozoides que producen machos YY que se reproducirían con hembras salvajes, lo que da como resultado toda la progenie XY (Figura 2). Se espera que este enfoque sea menos eficiente, pero también erradicará las poblaciones invasoras modeladas. en silico, y se sugirió que fuera más práctico (Parshad, 2011), presumiblemente porque requeriría la feminización de muchos menos peces. Independientemente del tipo de YY Los machos que se liberan, es decir, los machos productores de óvulos o espermatozoides aumentan en la población con el tiempo a expensas de las hembras hasta que finalmente se eliminan las hembras, lo que provoca el colapso de la población.

Figura 2. YY Machos. Herencia de los cromosomas sexuales en Brook Trout (A) sigue patrones típicos mendelianos. El apareamiento entre un macho de tipo salvaje (XY) y una hembra de tipo salvaje (XX) da como resultado una proporción de 1: 1 de hembras (XX) a machos (XY) en la descendencia. Cuando un macho YY Brook Trout se aparea con una hembra XX de tipo salvaje (B), el único genotipo resultante potencial es el macho (XY), lo que significa que todos los descendientes son machos. La introducción continua de machos YY en cantidades adecuadas teóricamente da como resultado la erradicación de las poblaciones invasoras de trucha de arroyo con el tiempo.

El desarrollo de un stock de reproductores del cromosoma Troyano Y para su uso en estudios de campo como agentes de control biológico se emprendió por primera vez para la trucha de arroyo (Salvelinus fontinalis (Mitchill), por el Departamento de Pesca y Caza de Idaho (IDFG) en noviembre de 2008 (Schill et al., 2016). El IDFG utilizó el enfoque de desarrollo indirecto de reproductores (Beardmore et al., 2001) y el uso de un marcador de sexo, marcado con PIT y otros métodos de producción para desarrollar un stock de reproductores YY capaz de producir un gran número de reproductores YY productores de esperma para su liberación en el campo. en solo tres generaciones (Schill et al., 2016). Al informar sus hallazgos, los investigadores de IDFG prefirieron el uso del término & # x201CYY Males & # x201D sobre la etiqueta TYC utilizada anteriormente porque fue más fácil de entender por el público en general y los tomadores de decisiones.

Habiendo creado el programa de reproductores YY Male Brook Trout en Idaho, se necesitaban simulaciones de población para proporcionar una guía para los experimentos de campo e identificar un rango de densidades de población probables. The two most important predictions from the modeling exercises were the number of YY Male fish needed for release and the stocking duration in years to eradicate a target population (Gutierrez and Teem, 2006 Cotton and Wedekind, 2007 Stelkens and Wedekind, 2010). In addition, prior to 2016, all published TYC simulation authors (Gutierrez and Teem, 2006 Teem and Gutiérrez, 2010 Parshad, 2011 Parshad et al., 2013) had opted to evaluate only the addition of YY fish to invasive populations. None had evaluated other concurrent manual removal programs (hereafter suppression) as part of an integrated pest management program. Modeling of Brook Trout data from Idaho suggested that such a dual pronged IPM program would result in population extirpation within 2 to 4 years, assuming good YY Male fitness, and 5� years when YY Male fitness was only 20% that of wild males (Schill et al., 2017). Because stocking of YY Male fingerlings and manual suppression can readily be conducted at levels assumed in many of the simulations predicting complete eradication, Schill et al. (2017) recommend full-scale field testing of YY Male stocking in both streams and lakes within an IPM program that includes manual suppression.

Concurrent with the modeling exercises, Kennedy et al. (2017) conducted a pilot study to determine if stocked YY Male Brook Trout can survive, emulate the spawn timing of wild fish, reproduce with wild fish, and produce only XY males. YY Male Brook Trout were evenly dispersed in each of four pilot study streams in a single year and comprised an average of 3.1% of adult Brook Trout at spawning time several months later. Subsequent genetic assignment testing of Age 0 Brook Trout fry demonstrated that an average of 3.7% of fry collected the following summer were the progeny of YY Males and all were XY males, confirming that stocked YY Male fish can survive and spawn successfully with wild females and produce all-male progeny (Kennedy et al., 2018). Based on the positive pilot study results, IDFG subsequently expanded YY Male research efforts to full-scale field evaluations involving 13 waters including six alpine lakes and seven streams. The initial results of this research effort are just beginning to be documented.

The YY Male eradication technique offers an approach to eradicate invasive fish that does not use genetic engineering and is currently the only genetic biocontrol utilized in the United States. This technique is currently supported by fisheries resources managers in several western United States. If successful, it may provide a model for the development of other types of genetic biocontrol that similarly avoid the use of transgenics and are potentially applicable to a large number of invasive species.

Trojan Female Technique

The Trojan Female Technique, or TFT, is a novel twist on the sterile insect or sterile male approach. In the TFT, sustained population control is achieved through the steady release of “Trojan females” that carry mitochondrial DNA (mtDNA) mutations that cause reductions to male, but not female fertility (Gemmell et al., 2013 Figure 3A).

Figura 3. Trojan Y Females. Several mitochondrial DNA (mtDNA) mutations have now been identified that cause significantly reduced male fertility while having no effect on female fertility (A). If females carrying such mtDNA mutations are introduced into wt populations, then male offspring will demonstrate reduced fertility while female offspring will continue to pass on the mtDNA to future generations. (B) Introduction of Trojan females increases the portion of Trojan females over time and leads to a concurrent decrease in fertile males over time. This decrease in fertile males will cause an overall decrease in the targeted invasive species in a similar manner to that observed with sterile insects.

The TFT concept is enabled because of an evolutionary loophole that is common to most eukaryotic life. mtDNA is overwhelmingly inherited maternally thus mtDNA mutations that affect only males will not be subject to natural selection (Frank and Hurst, 1996). Theory predicts that such mutations can reach high frequencies in natural populations potentially impacting on their viability (Gemmell and Allendorf, 2001) an idea termed “Mother’s Curse” (Gemmell et al., 2004). If individuals carrying such naturally occurring mutations could be identified and cultivated, then the release of females carrying these mutations could, at least in theory, achieve self-perpetuating population control (Gemmell et al., 2013).

A variety of naturally occurring mtDNA mutations that reduce male, but not female, fertility have now been identified in fruit fly (Xu et al., 2008 Clancy et al., 2011 Yee et al., 2013 Patel et al., 2016), mouse (Trifunovic et al., 2004 Nakada et al., 2006), and European hare (Smith et al., 2010). The existence of these mutations in other species has not yet been extensively investigated. Given the ubiquity and conservation of mtDNA, it seems likely that these mutations occur in other species.

Modeling studies suggest that the TFT has the potential to achieve pest control under a wide range of conditions (Gemmell et al., 2013). Single large releases (10% of the population) and relatively few small repeat releases (1% of the population) of Trojan females both provided effective and persistent control within relatively few generations (Figure 3B). Although greatest efficacy was predicted for high-turnover species, the additive nature of multiple releases made the TFT applicable to the full range of life histories modeled. TFT mutations became increasingly less effective when males carrying Trojan mtDNA were only partially infertile, having lower fitness to wildtype males. Multiple female matings also reduced the effectiveness of the TFT (Gemmell et al., 2013).

Recent work in fruit flies (Drosophila melanogaster) supports the view that the TFT can reduce populations (Wolff et al., 2016). However, the level of population suppression achieved was modest, 8% across 10 generations, thus the TFT would need to have a stronger effect to have utility in the field. The search for TFT mutations that have stronger effects continues but is limited by the standing genetic variation in the populations that are being screened and remains time consuming. Thus, while one of the original strengths of the TFT approach is that it uses naturally occurring mtDNA variants (Gemmell et al., 2013) and, thus does not involve genetic engineering, directly or indirectly engineering one or multiple mutations into the mtDNA may enable more rapid discovery of TFT mutations.

Directly engineering mutations into mtDNA is far from trivial (Gammage et al., 2018a). Some researchers have reported success in modifying a series of nucleases to work efficiently in the mitochondria to cut and thus eliminate a defective mtDNA copy (Gammage et al., 2018b). However, the general inability to import nucleic acids into mitochondria severely limits the prospect of more direct manipulation using CRISPR based gene editing to introduce novel genetic variants – particularly beyond lower metazoans (Gammage et al., 2018b).

An alternative approach is to generate lines of animals that have defects in the polymerase responsible for the replication of mtDNA to rapidly develop and explore new mtDNA variants. Mice genetically engineered to express a proof-reading-deficient version of PolgA, the nucleus-encoded catalytic subunit of mtDNA polymerase, show a heightened incidence of de novo mtDNA mutation (Trifunovic et al., 2004). These mice have successfully been used to investigate the role of mtDNA in longevity (Vermulst et al., 2008) and disease, and may be a means through which novel mtDNA mutations can be generated and subsequently explored for male specific effects on fitness. Recently, 12 new mouse mitolines were established using PolgA founders and are currently assessing the effects of the mtDNA mutations we generated on fertility (Gemmell et al. unpublished). A similar experiment is now underway in fruit flies (Kauppila et al., 2018). However, this process relies on random mutation which is much less efficient than targeted gene editing approaches.

A potential middle ground approach is to directly identify mitochondria carrying desired mutations in vitro, and then transfer these mitochondria directly into developing zygotes (Nakada et al., 2006) or capture these using backcrossing experiments (Yu et al., 2009 Tourmente et al., 2017). Through such an approach, Nakada et al. (2006) developed a transmitochondrial mouse model (mito-mice) that carried wild-type mtDNA and a mutant mtDNA with a pathogenic 4,696 bp deletion (ΔmtDNA). Refinements on this approach, wherein mtDNA variants are generated using classic molecular biology or recent synthetic biology approaches, could establish a framework to target specific sites in the mtDNA and test their effects on male and female fertility, and ultimately their potential application in the TFT.

Although the TFT shows promise as a species-specific, reversible, and humane form of population control that has more support from the public than many alternative technologies (Gemmell et al., 2013), there are substantial hurdles to be overcome. Foremost among these is that the effects observed via empirical experimentation are weak, such as only 8% fruit fly population reduction across 10 generations (Wolff et al., 2016) and has yet only modest effects observed on mtDNA type on mouse fertility (Tourmente et al., 2017).


Genetic variation in Chinese populations of common wild rice

Based on surveys on wild rice resources, Chinese scientists have a sound understanding of the genetic variability of CWR in China at different levels involving morphological, cytological, allozyme and DNA levels. In general, CWR was found to have accumulated abundant genetic variation during the long-term evolutionary process. The first comprehensive document recording CWR diversity is the book titled, List of Chinese Rice Resources ( Institute of Crop Germplasm Resources of the Chinese Academy of Agricultural Science 1991 ), which included 3733 accessions of CWR collected across China. The distribution and botanical characters of each CWR accession, including sampling locality growth form flowering period stem and leaf color and characteristics of the spikelet, awn, stigma, anther, grain and seed, were carefully described in the book, which is the first-hand resource for researching, utilizing and conserving genetic diversity of Chinese CWR. The second edition of this book was published in 1998, and recorded nearly 6000 accessions of Chinese CWR ( Pang & Chen 2002 ), indicating rich wild rice resources in China.

With the rapid development of the molecular marker method, the genetic variation and structure of CWR populations were gradually revealed by allozymes, restriction fragment length polymorphism, random amplified polymorphic DNA (RAPD) and simple sequence repeat (SSR) assays, adding to that at a morphological level. Cai et al. (1996 ) have found that Chinese CWR populations hold relatively richer allozyme variability than those from Thailand, Indonesia and India. Their study also indicates that CWR populations from Guangxi present higher genetic variation than those from Jiangxi and Yunnan Provinces. Gao (1997 ) has more extensively examined the genetic diversity of Chinese wild rices using the allozyme method, covering three Oryza species—O. rufipogon, O. officinalis y O. granulata. His findings show that the CWR populations from Guangxi and Guangdong have higher genetic diversity than those from other regions of China, whereas Yunnan populations have lower genetic diversity. Lower genetic diversity and less differentiation as well as a high deficiency of heterozygotes exist in the marginal populations compared with the central populations, and also lie in small populations compared with large populations ( Gao et al. 2000a,b, 2001, 2002a,b ). Ge et al. (1999 ) have compared RAPD variation of Chinese CWR with that from Brazil, indicating that there is greater genetic diversity in the Chinese CWR populations. The results of SSR assays by Song et al. (2003a, 2004a ), Zhou et al. (2003 ) and Gao (2004 ) all reveal high genetic diversity in Chinese CWR populations, which vary among different regions—the Guangdong and Guangxi populations have significantly higher variation than others in China (Table 1).

In general, high genetic diversity is found within Chinese populations with relatively low genetic differentiation. South China is a putative center of genetic diversity in China. A gradual reduction of genetic variability occurs from its center to the margins and in small populations with a decline in population numbers and area in this species ( Gao et al. 2000c ). The CWR populations introgressed with cultivated rice present relatively higher genetic diversity than the well-isolated populations. These studies suggest that the abundant genetic diversity in Chinese CWR might be caused by the following factors: (i) China is a putative genetic diversity center of CWR (ii) diversity of habitats and distribution in its natural range in China and (iii) introgression of cultivated rice ( Wang & Sun 1996 Song et al. 2003a, 2004a ).


Abstracto

Being sessile organisms, plants show a high degree of developmental plasticity to cope with a constantly changing environment. While plasticity in plants is largely controlled genetically, recent studies have demonstrated the importance of epigenetic mechanisms, especially DNA methylation, for gene regulation and phenotypic plasticity in response to internal and external stimuli. Induced epigenetic changes can be a source of phenotypic variations in natural plant populations that can be inherited by progeny for multiple generations. Whether epigenetic phenotypic changes are advantageous in a given environment, and whether they are subject to natural selection is of great interest, and their roles in adaptation and evolution are an area of active research in plant ecology. This review is focused on the role of heritable epigenetic variation induced by environmental changes, and its potential influence on adaptation and evolution in plants.


SUMMARY: KEY INSIGHTS FROM EXISTING WORK

Complementary insights on the ecology of modified landscapes have been gained from species-oriented and pattern-oriented work. Species-oriented work has the advantage of being based on well-established ecological causalities, but its main limitation is that it is impossible to study every individual species in any given landscape. In contrast, pattern-oriented work provides broadly applicable general insights, but may oversimplify complex causal relationships and subtle differences between individual species. Key insights from existing work are listed below.

Habitat is a species-specific concept, and should not be equated with native vegetation.

Threats for a given species arise from negative changes to its specific habitat, and disruptions to its biology, behaviour and interactions with other species.

Extinction proneness can be studied in direct causal relation to the above threats.

A large amount of unmodified native vegetation tends to benefit native species, but there appears to be no universally applicable minimum ‘threshold’ amount of native vegetation.

Edge effects are diverse in their consequences and penetration depth, but recent reviews suggest they may be less idiosyncratic than previously thought.

Existing debates on connectivity may be partly solved by distinguishing between landscape connectivity, habitat connectivity and ecological connectivity.

Conditions in the matrix and landscape heterogeneity are fundamentally important in modified landscapes, and deserve equal attention in research and management as patches of native vegetation.

Regime shifts and extinction cascades are particularly likely to arise when native vegetation cover is severely reduced, when vegetation structure throughout the landscape is greatly simplified, and when entire functional groups or keystone species are lost.

Management recommendations derived from these insights are discussed in detail by Fischer et al. (2006 ) and are summarised in Table 3.

Management strategy Main purposes
Pattern-oriented strategies
1. Maintain and/or restore large and structurally complex patches of native vegetation Provide core habitat for species which depend on native vegetation
2. Maintain and/or restore a matrix that is structurally similar to native vegetation Provide habitat for many species throughout the landscape
Provide habitat connectivity for many species throughout the entire landscape
Reduce structural contrast between modified and unmodified areas, thereby reducing edge effects throughout the landscape
3. Maintain and/or restore buffers around sensitive areas Protect sensitive areas like aquatic systems
Reduce edge effects at specific locations
4. Maintain and/or restore corridors and stepping stones Provide habitat connectivity for species that cannot move through the matrix
Provide additional habitat for species that use native vegetation but are not area-sensitive
5. Maintain and/or restore landscape heterogeneity and capture environmental gradients Provide a diversity of habitats that are useful to a range of different species
Distribute different land-use intensities across natural gradients in climate, topography, and primary productivity
Species-oriented strategies
1. Maintain key species interactions and functional diversity Protect important ecosystem processes
Protect characteristic ecosystem structure and feedbacks
2. Maintain or apply appropriate disturbance regimes Encourage characteristic vegetation structure
Create characteristic spatial and temporal variability in vegetation patterns
3. Maintain species of particular concern Ensure the continued survival of rare or threatened species
4. Control aggressive, over-abundant and invasive species Reduce competition and predation by undesirable species which could negatively affect desirable species
Maintain characteristic species composition
5. Minimise ecosystem-specific threatening processes Identify problems that may affect biodiversity but are not directly related to landscape modification
Establish protocols to eliminate these problems

Biology for Worldbuilding: Immutably Mutable Genetics of Octopuses

This post is the first in the series aimed at people who write speculative fiction–sci-fi, fantasy, horror, etc–and are looking for worldbuilding inspiration. In each post, we’ll take a look at a biological trait and explore how that trait might shape a species and the cultures/societies said species might form. Since these posts are mostly about hypothetical alien or fantasy worlds, I want to stress that these posts are thought experiments and highly spectulative.

Humans cultures are obsessed with the idea of inheriting fixed traits–such as nobility, honesty, and magical abilities–from ancestors. It’s the basis of feudalism and hereditary rule. It’s at the root of the Nature vs. Nurture debate. And today, it’s one of the main reasons why people get their genomes sequenced. The concepts of DNA and bloodlines will probably be used to justify racism, power grabs, and high fantasy plot twists for decades to come.

Thanks to DNA sequencing studies, the evidence is pretty clear: many traits and predispositions to certain traits can be passed down from parent to parent. People still tend to assume that traits–especially physical ones and “innate” abilities–are more or less determined by DNA and that the environment’s role, if it has one, is secondary. Después de todo, you can’t just rewrite your own genetic code, right?

Well…if you’re an octopus, squid, or cuttlefish, you kind of can…at the RNA level, anyway.

That, imho, would be an interesting trait for a sci-fi alien or fantasy beastie to have, and in sentient, society-forming life forms, it could have a profound impact on how they behave and see themselves.

First, some science explanation:

Octopuses, squid, and cutteflish–collectively known as the “coleoid cephalopods“–transcribe the sequences in their DNA into RNA pretty much the way everyone else does, but then, they add an extra step that allows them to make proteins that aren’t encoded in their genomes: They have enzymes that pull As, Gs, Cs, and Ts off of the RNA backbone and replace them with new base pairs in a process called RNA editing.

Mammals and other animals can edit our RNAs and do have the RNA-editing enzymes floating around in our cells, but we don’t use the ability very often. RNA-editor enzymes are very picky and can only edit base pairs that are flanked by specific sequences. (If you want to get especially specific about it, an RNA-editing target has to be surrounded by base pairs that allow the RNA to tie itself up in a knot with the target sticking out.) For our purposes, the thing you need to remember is that: octopuses and company can alter the proteins their cells are making very rapidly by rewriting their RNA, and they do it all the time.

That ability can be useful for quickly adjusting to cold water or in neurons that need to be able to respond to cues quickly in general. Pero it comes with a catch.

This is how I described the catch in one of my favorite press releases that I wrote during my internship at Cell Press.

“If the bases on either side of the editing target mutate, then the organism may lose the ability to edit that target. Avid RNA recoders, like octopuses and squid, cannot afford DNA mutations in their RNA-editable genes, so they’ve surrendered the benefits of a frequently mutating DNA genome in favor of RNA editing, the researchers found.”

In other words: Octopuses, squids, and cuttlefish can go off-blueprint, but they have to keep their DNA genome unchanged to preserve that ability.

RNA editing is faster than most other forms of molecular gene hacking, so it’s great for responding to sudden shifts in your environment, but DNA mutation is also super-useful, because it gives your offspring a chance to adapt.

In cephalopod evolution, nature favored rapidfire RNA mods at the expense of a static genome. In other animals’ evolution, it favored the opposite: DNA mutations that can be passed down through generations but with relatively little RNA tampering.

This trade-off becomes even more intriguing when you realize that octopuses, squids, and cuttlefish are the most intelligent non-mammals on the planet. Many of their key neural genes have lots of RNA editing sites, and their less-intelligent relatives–the chambered nautiloids–don’t edit their RNAs with the same abandon. The evidence is circumstantial, but researchers are definitely curious about whether RNA editing contributes to the coeloid cephalopods’ intelligence.

The octopuses, squids, and cuttlefish on our planet are excellent hunters, tricksters, and communicators, but as far as we know, don’t have a society/culture. (If you want to learn more about our planets “aliens”-in-residence, Massive is keeping a running list of standout cephalopod stories.)

Sin embargo, if a group of RNA editing organisms did form their own society, I think they might develop very different ideas about government, responsibility, and identity.

Why change yourself when you can change the world?

I want one thing to be crystal clear here: Octopuses cannot just think to themselves, “I’m going to modify my RNA today.”

The RNA edits happen at a cellular level they are involuntary.

For your average Tentacles McGee, daily life with prolific RNA editing would look something like this:

You wake up in your a warm, toasty home, scarf down a whelk for breakfast, and jet off to work. But suddenly, you realize that you’ve swum into a patch of cold water. You feel your hearts speeding up and your senses shifting, because the electrical synapse patterns throughout your body are changing. Within a few minutes, your attitude, your walk, and your reflexes have changed.

The above scenario is loosely inspired by a 2012 Ciencias paper that found octopus cells build a different style of electron-transmitting protein gates in cold water than they do in warm water. They didn’t look into RNA-edit-driven behavior, but if your character is like those octopuses, a wintry outside environment could set off profound physiological changes in every cell in their body.

It’s not hard to imagine that changing up ion channels in all your character’s neurons could alter their perception, personality, ability to retain memories, or even physical abilities. Maybe subtly, maybe a lot.

[From here on out, this post will mostly be me making stuff up. Hopefully in a logical/semi-plausible way, but still…]

In a hypothetical society full of RNA-editing frequent fliers, arguments about who controls the office thermostat could actually be make-or-break struggles because a person who’s a genius at 35 degrees Celsius could be totally incompetent at 31 degrees.

Temperature isn’t the only potential cue for setting of RNA editing cascades. Dehydration, the presence or absence of certain chemicals (or other characters), and a myriad of other factors could theoretically induce RNA editing. Instead of allergies, RNA-editing characters could have alternate personalities during pollen season (or coral spawning season if they live underwater).

And who knows? Maybe the Hulk hulks-out because when his adrenaline levels hit a certain level, it triggers RNA editing.

In some ways, RNA-editing induced changes are not so different from our own responses to the world. Our behavior changes when we’re cold, dehydrated, or full of adrenaline. But with RNA-editing characters, you could justify more dramatic mental and physical changes.

RNA editors seeking to become their best selves would probably put A LOT of effort into controlling the environment around them. Mindfulness, meditation, positivity, and the like might help them control internal chemical triggers like adrenaline, but to manage body changes caused by external temperature or allergens, they’d have to control the climate around them. It could also be really easy to sabotage an RNA editor, so I‘d anticipate that a society full of them would be characterized by conflicts and power struggles over who contols the surrounding environment.

(Mind you, these hypothetical RNA editors wouldn’t need to be at a technological/science level where they know why they’re so susceptible to environmental shifts. If you belong to a race of people whose personalities change with the weather, you’d notice it, even in antiquity, and there would probably be some very interesting folklore about why these changes happen.)

I’d hypothesize that a society of RNA editors would see themselves as very much connected to the environment. They wouldn’t be able to divide the world into “civilization” (us) and “wilderness” (them), the way modern Western societies do. Ecological catastrophes would be recognized as catastrophic, and you could probably write a pretty interesting story about such a society facing crisis because they’ve mangled their environment such that they can no longer produce the geniuses they need to fix it.

Identity & Inheritance

“This is the excellent foppery of the world, that, when we are sick in fortune, often the surfeit of our own behaviour, we make guilty of our disasters the sun, the moon, and the stars as if we were villains on necessity fools by heavenly compulsion knaves, thieves, and treachers by spherical pre-dominance drunkards, liars, and adulterers by an enforc’d obedience of planetary influence and all that we are evil in, by a divine thrusting on.”

-Edmund (a bastard), Shakespeare’s King Lear, Act I: Scene 2

Humans–especially modern ones–spend a lot of time trying to find themselves, define themselves, figure out whether they are their parents’ child, and show who they are inside, but all of those pursuits assume that there’s a fixed self.

Beings who are super-susceptible to environmental changes and whose personalities change on a daily basis might not think in terms of having fixed selves at all.

That’s hard to wrap your head around, because it changes almost everything. Many ancient storylines revolve around mistaken identities and trying to divine who a child’s parents are by scrutinizing their features, but if their features and behavior are more driven by the environment around them, searching for markers of fixed identity and heritage would be infinitely more difficult.

I think that in a society of RNA editors contemplating identity, two things would likely happen:

(a) Identity would be less about “who you are” and “who your parents are” but instead about “where you are” and “what you’ve done”.

(B) The characters would come up with an elaborate system of blaming their circumstances on external conditions and Divine Intervention (as Edmund describes above but more extensive.)

It might be harder to swing an argument about “Divine Right” to rule in an RNA editor society. (Alternatively, if the sentient RNA editors are one of just a few species that can shapeshift and be changed by their environment, they could use that as an argument that they are divinely chosen and more deeply connected to the world than other forms of life.)

These issues might get even more complicated for our RNA-editing characters if they live in a society that understands molecular biology and its own genetics.

Remember what I said earlier: RNA editors have to keep their genome mostly unchanged otherwise they lose their RNA editing sites. The genetic foundation must be kept immutable in order to accomodate changeability.

In other words, a society of people that have always thought of themselves as products of their environments and circumstance might suddenly be confronted by the idea that they carry an ancient and largely unchanged “blueprint” or essence of their species in their DNA. That might melt their brains a little bit.

Or they might take it in stride. En ese caso, DNA mutations might be viewed not as abberrations that enable adaptation but as restrictions that evitar adaptation.

I think that, in any case, RNA editor society would probably have a non-linear vision of progress/advancement/evolution, because so many of their physiological traits can be changed or reversed.

Which honestly sets them up to be better biologists than most humans. These characters might be able to feel ecological changes impacting their bodies, recognize than there is no “more evolved” but only “better adapted to present circumstances, and know that a genome isn’t a fixed text it’s a toolkit that encodes for possibilities. As someone steeped in 21st century biology, that’s how I think about the world: complex, interdependent, and malleable.

Octopus as Bene Gesserit Bene Gesserit as Octopus?

If you’ve been reading this post thinking, “But, dammit, I want to have a hard science justification for a character who can change their own biology at will,” I have good news and bad news.

The good news: Our real-world RNA editors–octopuses, squids, and cuttlefishes–are arguably the real world’s most competent shapeshifters. They have a nervous system that allows them to change their colors and textures in an instant, and more importantly, they don’t have to go into a coccoon, liquefy themselves, and start from scratch like a caterpillar. We don’t know whether RNA editing contributes to their shape-shifting ability, but I personally wouldn’t be surprised if it did.

The other bit of good news: Other animals, including humans, have RNA editing proteins, too. We just don’t use ours very much. The human genome has roughly the same number of genes as squid, octopus, and cuttlefish genomes do, but we only have a few dozen places in our coding genome where RNA-editing-proteins can bind. Squids, on the other hand, have at least

11,000, according to the most recent study. (And yes, squids, and by extension, krakens are in RNA-editor club.)


The researchers don’t know why natural selection sent the coleoid cephalods down the evolutionary road less traveled, but they told me that they suspect that octopuses’ versions of RNA-editor protein have mutated (millions of years ago) such that they function more effectively than ours. (This is just a suspicion they don’t have any details of what exactly is different in coleoids pinned down yet.)

But if we play the wild-Sci-Fi-speculation game, it may theoretically be possible to splice the gene for the Octopus-versions of RNA editor proteins into other organisms. With gene engineering, we could also theoretically add more RNA editing sites into our own genome.

That would probably be a bad idea, but you could make a case that your human with exceptional control over their physiology is a genetic experiment or descended from genetic experiments in enhanced RNA editing.

The bad news is: I still don’t see how a person would be able to turn their RNA editing on and off at will. You can turn your genes on and off in fact, transcription factors are doing that right now in cells throughout your body, but can you feel it? Can you control it?

You can set off a whole bunch of molecular changes in your body by going jogging or something, but you can’t control the individual genes and molecules. So I think for RNA editors, regulating their genetic improvisation would work similarly, through healthy practices and behaviors that can trigger changes broadly but not precisely.

Octopuses and cuttlefishes are really good at changing their skin colors to blend in with stuff, but I don’t think coleoid-style RNA editing would allow a human person to alter their bone structure into an exact replica of someone else’s face. Face-swapping would still be magic.

And even in the case of milder molecular control, it still seems like a longshot. [Mild Dune spoiler ahead] In Frank Herbert’s Dune, there are these women called the Bene Gesserit who can do many borderline magical things, including determining the sex of a child while in the act of conceiving. While it’s fun to imagine that original Bene Gesserits were products of genetic engineering with cuttlefish RNA-editing enzymes spliced into their genes to give them super-human control over their own cellular & neural function, I still have no idea how they would perceive what’s happening inside their bodies at the molecular level.

So, in conclusion, I would say that RNA-editing is a prime candidate for use in sci-fi and fantasy worldbuilding and a slightly more plausible explanation for shapeshifting than most, but yeah…Consciously-controlled shapeshifting is still pretty fantastical.

Octopuses, squids, and cuttlefish can make proteins that aren’t in their DNA genome by editing their RNA. And that’s a trait that world-building sci-fi and fantasy writers could have a field day with.


3.4.7 Investigating diversity

Opportunities for skills development

  • the frequency of measurable or observable characteristics
  • the base sequence of DNA
  • the base sequence of mRNA
  • the amino acid sequence of the proteins encoded by DNA and mRNA.
  • interpret data relating to similarities and differences in the base sequences of DNA and in the amino acid sequences of proteins to suggest relationships between different organisms within a species and between species

Knowledge of gene technologies will no ser probado.

Quantitative investigations of variation within a species involve:

  • collecting data from random samples
  • calculating a mean value of the collected data and the standard deviation of that mean
  • interpreting mean values and their standard deviations.

Serán estudiantes no be required to calculate standard deviations in written papers.

  • design appropriate methods to ensure random sampling
  • carry out random sampling within a single population
  • use random samples to investigate the effect of position on the growth of leaves.

Students could use standard scientific calculators to calculate the mean values of data they have collected or have been given.

Students could calculate, and interpret the values of, the standard deviations of their mean values.


Ver el vídeo: Formación de nuevas especies (Diciembre 2022).