Paukščių dainas ir žmogaus kalbą organizuoja panašūs genai • Elena Naimarkas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Genetika, neurobiologija, ornologija, evoliucija

Paukščių dainas ir žmogaus kalbos organizuoja panašūs genai.

Pav. 1. Zebra Finch (Taeniopygia guttata) – tradicinis paukščių dainavimo objektas. Dabar šios rūšys ir kiti plunksnotieji dainininkai – budgis ir hummingbirds (Anos skruostai) nustatė genus, dalyvaujančius dainavimo organizacijoje; daugelis iš jų yra panašūs į žmogaus "kalbos genus". Nuotrauka iš ru.wikipedia.org

Ištyrus genų išraišką dainų paukščių smegenyse ir jų silpniems giminaičiams, mes galime sukurti topografinę konkrečių dainininkų charakteristikų vaizdą. Specialiai veikiančių "balso" genų rinkinys pasirodė esąs daugeliu atžvilgių panašus į genų rinkinį, kuris susijęs su žmogaus kalbos organizavimu. Be to, tos smegenų dalys, kurios kontroliuoja paukščius, dainuoja – žaidžia garsus, įsimenamas ir mokosi naujų garsų, – funkciškai atitinka kalbos sąlygotas žmogaus smegenų zonas ir sritis. Taigi, tiek makroanatominiu lygiu, tiek genetiniu lygmeniu panašiu būdu organizuojamas balso perdavimas paukščiams ir žmonėms. Visais atžvilgiais tai yra reikšmingas darbas, kurį atliko didelė autorių komanda iš JAV, Japonijos, Kinijos, Danijos ir Australijos.

Žurnale Mokslas paskelbti šiuolaikinių paukščių genomų palyginimo rezultatai – 48 paukščių rūšys, kurių kiekviena buvo atskira tvarka.Šis drąsus ir plataus užmojo projektas buvo daugelio studijų pradžia, kai kurios iš jų išdėstytos specialiame numeryje. Mokslas ir kiti žurnalai. Vienas iš šių tyrimų, atliktų vadovaujant Erich Jarvis (Erichas Jarvisas) iš Howard Hugheso medicinos instituto, buvo tų genų tyrimas, kuris leidžia paukščiams bendrauti naudojant garso signalus, kitaip tariant – dainuoti jų dainas.

Trys paukščių grupės gali dainuoti: tai yra praeiviai, papūgos ir humbučiai (2 paveiksle parodyta filologijos schema). Be to, jie ne tik kuria garsus, bet ir kiti paukščiai gali tai padaryti, bet jie gali lengvai išmokti naujų garso kūrinių. Be to, jie linkę tiesiog mumble beprasmius garsus, remia vietos dialektus, o jų dainavimo gebėjimai yra sumažėję klausos sutrikimų. Visi šie požymiai taip pat būdingi kitiems gyvūnams, kurie naudojasi savo balsu bendraudami vienas su kitu: banginiai, delfinai, jūrų liūtai, šikšnosparniai ir žmonės.

Pav. 2 Šiuolaikinių paukščių įsakymų filogenizacijos schema, sukurta remiantis visų branduolinių genomų 48 užsakymų atstovais. Iš aptariamo straipsnio E. Jarvis ir kt., 2014.Šiuolaikinių paukščių gyvenimas

Mokslininkai dirbo su plunksnotų dainininkų genomais, taip pat su jų negimusiais giminaičiais. Tiksliau jie išmatavo genų išraiškos lygį skirtingose ​​smegenų dalyse. Keletas smegenų dalių yra susijusios su dainavimu, ypač stogo pusrutuliuose ir striatume. Šios sritys kažkaip prisideda prie kvėpavimo reguliavimo, gerklų judėjimo, mokymosi, atminties.

Taigi, buvo sudarytos genų ekspresijos žemėlapiai, o naudojant specialiai sukurtą algoritmą buvo identifikuoti genu, kuriuos konkrečiai išreiškė dainininkai. Iš viso yra keli šimtai tokių genų. Žinant, kaip paukščių dainavimas organizuojamas molekuliniame lygmenyje, svarbu, žinoma, savaime. Tačiau mokslininkai ypač domėjosi kažkuo kitu: buvo atrastas nuostabus panašumas į "balso" genų dainų paukščių ir žmonių išraišką.

Buvo galima identifikuoti apie 50 genų, kurie panašiai įjungiami arba, priešingai, buvo išjungti specializuotų "balso" (ty susijusių su garsų formavimu ir garso informacijos įsimenimu) smegenų srityse dainų paukščių ir žmonių. Tai X plotas paukščių juostoje: jis nustatė korespondenciją žmogaus smegenų priekinėje striatumoje (3 pav.).Tai taip pat pabrėžia vieną iš didžiųjų pusrutulių stogo sričių (RA 3 pav., Taip pat žr. Arcopallium), kuri savo išraiškos struktūroje primena žmogaus smegenų judėjimo zoną, kontroliuojančią gerklos judesius, o tai, savo ruožtu, yra susijusi su gerai žinomu kalbos centru – zona Broca.

Pav. 3 Smegenų departamentai ir sritys, dalyvaujančios balso komunikacijos dainų paukščių organizacijoje (kairėje) ir žmonės (dešinėje): žalia spalva Pallium ir žievė rausva – striatum pilka – deimanto smegenys (Hindbrain), oranžinė – nerviniai mazgai. Raudonos linijos parodyta genų išraiškos atitiktis tarp įvairių dainų paukščių ir žmonių smegenų dalių. Rūkyti paukščiai neturi tokių atitikmenų. Paveikslas iš straipsnio A. R. Pfenning ir kt., 2014. Konvergencijos transkripcijos specializacijos žmonių smegenyse ir dainų mokymosi paukščiuose

Kiekvienas iš šių penkiasdešimties genų reikalauja ypatingo dėmesio: galų gale, jei jo įtraukimas yra būtinas žmogaus žodžio ir paukščių dainų palaikymui, tai reiškia, kad jis yra tiesiog nepakeičiamas savo nuožiūra. Kiekvienas iš šių genų neišvengiamai taptų kandidatu aptarti kalbos raidą. Iki šiol šiuo aspektu aktyviai buvo aptariamas FOXP2 geno dalyvavimas. Šis genas evoliucionavo tiesiai į žmonių liniją, o žmogaus versija labai skiriasi nuo beždžionės (žr"Speech Gene" FOXP2 pasirodė aukšto lygio reguliatorius, "Elements", 2009 11 11). Reikėtų pažymėti, kad šis genas veikia ne tik žmonėse, bet ir dainų paukščiuose. Bet be to, yra ir kitų, akivaizdžiai ne mažiau svarbių, nei FOXP2, pavyzdžiui SLIT1. Balso reprezentacija reikalauja išjungti SLIT1 konkrečiose "balso" srityse motorinių žievių zonose tiek paukščiams, tiek žmonėms. Rūkytieji paukščiai ir beždžionės SLIT1 išraiškos nėra išgėrtos jokiu būdu.

Panašiose paukščių ir žmonių smegenų dalyse esančios genų išraiškos panašumas leidžia mums galvoti apie du svarbius dalykus. Pirma, trys paukščių grupės sukūrė gebėjimą bendrauti balsu ir nepriklausomai vienas nuo kito. Tas pats, žinoma, taikomas ir žmonėms: tai tikrai pasirodė nepriklausomai nuo paukščių dainų. Tai yra sudėtingos funkcijos pavyzdys, kuris panašiai susilygino skirtingose, nesusijusiose su bendromis kilmės grupėmis. Turime daryti prielaidą, kad evoliucijoje nėra tiek daug būdų, kurie gali sukelti sudėtingos funkcijos ar organo veikimą. Tas pats pasakytina ir iš kitų lygiagrečios kompleksinių funkcijų kilmės pavyzdžių (žr.: Kiti pavyzdžiai: žrnaujienos Elektriniai organai skirtingose ​​žuvų grupėse yra reguliuojami panašiais genais, "Elements", 2014-07-01; Kompleksinė imuninė sistema, sukurta savarankiškai dviem evoliucinėms stuburinių gyvūnų linijoms, "Elements", 2009-05-28; Konvergencijos morfologija kaip genetinės konvergencijos rezultatas, "Elements", 2013 10-15). Tikriausiai visi šie pavyzdžiai verčia persvarstyti evoliucinės istorijos paralelizmo reikšmę ir mastą. Konvergencijos pavyzdžių daugybė liudija paraleliškumą, o ne jų atsitiktinumą.

Antras dalykas, į kurį turėtumėte atkreipti dėmesį, yra balso (kalbos) komunikacijos organizavimas ir raida žmonėse. Akivaizdu, kad vienas iš vaisingiausių būdų mokytis "kalbos genų", kaip kartais vadinamas, gali būti palyginimas ne tiek su beždžionėmis, kiek su kitais garsininkais ir dainininkų. Kaip matome, žmogus nėra unikalus ne tik gebėjimas bendrauti garsų pagalba, bet ir netgi jo genetinis dizainas.

Šaltiniai:
1) Erichas D. Jarvisas. Genomenų pulkas Mokslas. 2014. V. 346. P. 1320-1331. DOI: 10.1126 / science.1253451.
2) Andreas R. Pfenning ir kt. Konvergencijos transkripcijos specializacijos žmonėms ir dainuojamiems paukščiams // Mokslas. 2014. V. 346. P. 1333. DOI: 10.1126 / science.1256846.
3) Guojie Zhang, Erich D. Jarvis, M. Thomas P. Gilbert. Genomenų pulkas Mokslas. 2014. V. 346. P. 1308-1309. DOI: 10.1126 / science.346.6215.1308. Įvadas į specialųjį leidimą Mokslas ir dainų paukščių genomų palyginimo straipsnių rinkinys.

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: :???: :?: :!: