Konvergencinga morfologija dėl genų konvergencijos • Elena Naimark • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Biologija, evoliucija

Konvergencinga morfologija dėl genų konvergencijos

Pav. 1. Didžioji pakrante (kairėje) ir bottleose delfinas yra pagrindiniai šio straipsnio veiksniai Gamta, juos vienija gebėjimas echolokacijai ir, kaip paaiškėjo, panašūs genai, naudojantys echolokaciją. Nuotraukos iš www.kto-takoy.ru ir www.mooreadolphin.com

Naudodamasi delfinų ir šikšnosparnių genomų sekų palyginimo pavyzdžiu – žinduoliams, galintiems echolokacijai – Europos mokslininkai išsiaiškino genetinius konvergencijos evoliucijos būdus. Konvergencija, tai yra panašių savybių atsiradimas nesusijusiuose organizmuose, buvo laikoma skirtingų genų grupių evoliucijos rezultatu: panašių genų panašių mutacijų atsiradimo tikimybė yra per maža. Tačiau, kaip paaiškėjo, echolokacija yra sudėtingas adaptyvus bruožas – delfinams ir šikšnosparniams, būtent dėl ​​panašių genų panašių genų mutacijų. Tai keičia mūsų supratimą apie genetinę konvergencijos esmę ir rodo, kad filogenetinių rekonstrukcijų molekulinių metodų taikymo rezultatai turėtų būti vertinami atsargiai.

Konvergencinga evoliucija yra panašių požymių atsiradimas nesusijusių organizmų grupių. Aptariamos konvergencijos ypatybėsjie susidaro panašiose aplinkose ir tarnauja panašioms funkcijoms atlikti: buriuojančios galūnės gyventojų burrowingui, sparnai sparnais, aklieji tarp tų, kurie yra giliai tamsoje, gyvenantys su ypač rūpimais tėvais ir tt Konvergencijos simptomai rimtai apsunkina jau sunkų evoliucionieriaus gyvenimą, todėl kad kiekvienu atveju būtina nuspręsti, ar panašumas yra bendros kilmės ar bendrųjų adaptacinių poreikių rodiklis arba abu.

Daroma prielaida, kad konvergencijos bruožai susidaro dėl nesusijusių (neortologinių) genų arba dėl skirtingų mutacijų ortologinių genuose. Ir tai yra daugybė patvirtinimų (žr.: Vabzdžių ir žinduolių kvapo pojūtis pagrįstas skirtingais molekuliniais mechanizmais, Elements, 2006 m. Sausio 26 d. Ir skaitykite selaginella geną, mėnulio atstovą, Elements, 2011 m. Gegužės 13 d.). Iš tiesų sunku įsivaizduoti, kad tokie patys genai yra atsitiktiniai identiški pokyčiai, kai šie genai ir nukleotidai yra šimtai tūkstančių. Genetų pastangos, susijusios su konvergencija – šis apgaulingas gaudyklės pobūdis, – daugiausia skirtos ieškant alternatyvių tokio paties bruožo formavimo būdų.

Tačiau galima įdiegti kitą instaliaciją: funkcijos kūrimui nėra tiek daug realizuotos kelio, ypač jei funkcija yra sudėtinga. Taip, yra daugelio galimų takų, tačiau nėra daug leistinų ir suderinamų su gyvenimu (žr.: Evoliucijos keliai yra iš anksto nustatyti molekuliniame lygmenyje, "Elements", 2006 m. Balandžio 12 d.). Štai kaip genetika iš kelių Europos institucijų (Londono universiteto (Anglija), Turino universiteto (Italija) ir Europos BGI filialas Kopenhagoje (Danija)) motyvavo kartu spręsti pagrindinį konvergencijos evoliucijos klausimą: "skirtinguose genuose ir skirtingais būdais ar panašiais genais panašiais būdais? "

Genetika pasuko į echolokaciją – sudėtingas sudėtingas bruožas, kuris egzistuoja įvairiuose nesusijusiuose gyvūnuose: šikšnosparniams ir delfinams (echolokacija taip pat yra vabzdžiuose, tačiau čia jų nebuvo atsižvelgta). Akivaizdu, kad šikšnosparniai ir delfinai nėra pernelyg artimi giminaičiai. Ir šikšnosparniai, gebantys echolokacijai, yra sumaišyti palei ramybę su nehokolokaciniais broliais. Buvo nuspręsta palyginti šio sudėtingo bruožo genetinę bazę su šikšnosparniais ir buteliuke esančiais delfinais, siekiant nustatyti genetinius jo formavimo būdus.Ar jie yra vienodi ar skirtingi? Kontroliuojant buvo gauti duomenys apie šikšnosparnių genomus, kurie negalėjo echolokuoti, taip pat kitų žinduolių, labiau susijusių su delfinais, genoma, negu šikšnosparniai.

Šiai užduočiai 23 žinduolių rūšys buvo identifikuoti 2326 ortologinių koduojančių genų. Iš šių rūšių 5 užfiksuota echolokacija: butelio nosies delfinas ir 4 rūšys šikšnosparnių. Šio rinkinio šikšnosparniai yra padalinti į dvi nesusijusias vertybes. Dvi rūšys priklauso Yinpterochiroptera papročiai; Remiantis rekonstruoto molekulinio medžio šikšnosparniai, rūšys, galinčios ir negalinčios echolokuoti, yra įtrauktos į šį pogrupį. Dvi kitos sonaro rūšys priklauso subkultūrai Yangochiroptera.

Pav. 2 Remiantis molekuliniu panašumu, 21 genetų genų medis, naudojamas darbe. Aptariamo straipsnio schema Gamta

Tarkime, kad mes pastatėme skirtingus filogenetinius medžius (žr. Diagramas 2 ir 3 pav.), Remiantis skirtingomis hipotezėmis apie echolokacijos kilmę. Vienas medis atspindi bendrą molekulinį panašumą – tai yra priimtinas požiūris. Kitas leis suvienyti visas monofonines šikšnosparnius į vieną monofilinį šliužą, išplėsti jas kartu su broliais ir, žinoma, delfinais.Trečiasis medis apskritai sujungs visus hidrolokatoriaus gyvūnus – ir šikšnosparnius, ir delfinus, atskiriančius juos nuo kitų ne sonarų. Nesvarbu, kokia absurdas mums gali atrodyti du paskutiniai medžiai, mes galime juos analizuoti tokiais pačiais būdais kaip ir medžiai, kurie mums atrodo priimtini. Be to, apskaičiuojant atskiras konkrečių genų sekas, pasirodys, kad šie juokingi medžiai yra labai geri. Nustatę tokių genų rinkinį, bus galima visiškai suvokti, kad šiose vietose veikė konvergencija. Būtent tai pagrįsta genetika, atsižvelgiant į 2326 ortologinių koduojančių genų panašumo skaičiavimus.

Pav. 3 Dirbtinių giminystės schemų rūšys su echolokacija. Aukščiau Echolocation šikšnosparniai yra sujungti į vieną grupę, kuri priešinasi rūšims, kurios neturi echolokacijos, o delfinai su kitais žinduoliais yra atskirti į atskirą eilutę. Žemiau vienoje linijoje su echolokacija (šikšnosparniai ir delfinai) rūšys yra sujungtos, o kiti žinduoliai sudaro seserines klodas. Aptariamo straipsnio schemos Gamta

Kiekvienas ortologinių genų buvo lyginamas su kiekvienu ir kiekvienam iš jų buvo įvertintas, kurioms filogenetinėms schemoms tai yra tinkamesnė, ty kokiam medžiui genetinis panašumas pasirodytų esantisapieviršujePenkios echolokacinės rūšys buvo daugybė loci, kurių tinkamiausi "absurdiški" filogenetiniai medžiai (824 loci antrajam medžiui ir 392 trečdalis). Kitaip tariant, tai buvo su šiomis lokusais, kad suvienodusi evoliucija dirbo.

Šie simptomai labiausiai aiškiai pasireiškia genuose, kuriuos sukelia klausa ar kurtumas. Pavyzdžiui, konvergencija paveikė genus, atsakingus už kochlejos susidarymą, taip pat tuos, kurie koduoja plaukų ląstelių vystymąsi vidinėje ausyje. Be to, genuose, kurie kažkaip yra susiję su regėjimu, yra aiškus statistinis konvergencijos evoliucijos signalas. Tai vargu ar stebina: delfinai ir šikšnosparniai pritaikyti žemai šviesai. Todėl atitinkamai pakoreguotos regimosios suvokimo molekulinės ir reguliavimo sistemos. Tuo pačiu metu daugelio genų su aiškiu konvergentu signalu funkcijos lieka nežinoma.

Svarbi darbo dalis buvo "konvergenuotų" genų atrankos veiksmo patikrinimas: ar konvergencija buvo neutrali ar buvo suformuota dėl vairuotojo pasirinkimo. Šis klausimas buvo išspręstas klasikiniu būdu – lyginant sinonimų ir ne sinonimų pakaitalų skaičių (žr. Nukleotidų pakaitalų rodiklį).Paaiškėjo, kad ne sinonimų pakaitalų skaičius viršijo sinonimų skaičių; taigi echolokacijos atveju mes susiduriame ne su neutraliu dreifu, bet su motyvaciniu atranka, palaikančia prisitaikančiųjų simbolių formavimąsi.

Šis tyrimas yra svarbus dėl dviejų priežasčių. Pirma, visiškų genomų skaitymas tapo įprasta ir, atrodo, nebranga įmonė. Tai, kad šio darbo autoriai perskaitė ir iššifravo keturių rūšių šikšnosparnių genomus, naudodamiesi Illumina įranga ir naujausiomis technologijomis, pateikiama metodinėje darbo dalyje. Autoriai puikiai suprato, kad laikas praeiti dėl entuziazmo, susijusio su pačia galimybe skaityti genomines sekas ir netgi jų interpretacijos tikslumą. Laikas pasiekti rezultatus, kurie išryškėja per šiuos malonumus.

Antroji priežastis labiau susijusi su biologine metodika, ty su filogenijos metodais. Morfologinės taksonomijos amžius buvo pakeistas molekulinės filogenetinės eros laikais. Jei anksčiau veislės buvo rekonstruotos pagal morfologinius panašumus ir skirtumus ir (arba) morfologinių homologijų pagrindu, dabar yra įprasta susitelkti ties panašumų tarp aminorūgščių ar nukleotidų sekų skaičiumi.Molekulinės filogenetinės naudos pasirinkimas atsirado ne tik dėl sunkumų atskiriant konvergenciją ir bendrą kilmę.

Molekulinės filogenetinėse medžiagose išorinis konvergentinis panašumas nebuvo laikomas labai svarbiu, nes genetiniai pokyčiai, siekiantis to paties morfologinio rezultato, visada skiriasi. Todėl molekulinės fiziogenetikos daug negalėjo nerimauti dėl to, kad vietoj giminystės atsirastų ekologinis bendravimas.

Tačiau, kaip paaiškėja dabar, tai nėra taip. Jei mūsų genetikas nebūtų labai pasisekęs ir jei jis paėmė tuos 824 panašius lokusus ar dar blogiau 390 lokusus, kurie buvo panašūs mūsų trečiojo medžio, jis sugebėjo gauti absurdišką filogeniją, kurdamas savo echolokacijos medį. Ir turėsiu viską, kad juos gintų, nurodydamas gerą ir patikimą statistinį signalą! Maždaug toks pat, kaip jei morfologas apgintų bendrą delfinų ir šikšnosparnių kilmę, patraukiantis nuostabiam echolokacijai. Būtent tai molekulinė filogenetika bandė išsisukti, bet tik dar blogiau, nes ne visi nusprendžia ginčytis su statistika. Taigi dar kartą parodomas šis darbasKiekvienas metodas turi savo apribojimus ir taikymo sritį. Molekulinė filogenetika lieka išsiaiškinta.

Šaltinis: Joe Parkeris, Džordžija Tsagkogeorga, James A. Cotton, Yuan Liu, Paolo Provero, Elia Stupka, Stephen J. Rossiter. Echolokuojantys žinduolių genomo pasiskirstymas pagal konvergencijos evoliuciją // Gamta. 502. p. 228-231. Doi: 10.1038 / nature12511.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: