Žmonės skiriasi nuo šimpanzių ne pagal tai, ko nori • Konstantinas Popadinas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Genetika

Žmonės nuo šimpanzių skiriasi tuo, ko norėjo.

Akivaizdu, kad žmogaus protinius sugebėjimus per šimpanzę pranašumas yra užkoduotas labai nedaug genų (keičiasi jų seka ar išraiškos lygis), o šių genų paieška nėra lengva. Nuotrauka iš thegreenman.net.au

Žmogaus genomo skaitymas suteikė mokslininkams daug informacijos apie mūsų genomo struktūrą ir mūsų evoliucijos ypatumus. Neseniai perskaitytas visas šimpanzės genijus, mūsų artimiausias šiuolaikinis giminaitis. Bandant rasti genetinę skirtumą tarp žmonių psichinių gebėjimų ir šimpanzių, buvo atlikta keletas lyginamųjų genominių tyrimų, kurių rezultatai rodo, kad žmonėms nebuvo sparčiai molekulinės evoliucijos nervų sistemos genams. Akivaizdu, kad žmogaus psichinių gebėjimų šuolis atsiranda dėl labai mažo genų, kuriuos sunku aptikti, pokyčius. Priešingai, genai, susiję su tiužių funkcionavimu, rodo didelį ir greitą palankių mutacijų kaupimąsi tiek žmonėse, tiek šimpanzėse.

Asmens elgesys ir proto gebėjimai yra kokybiškai naujame lygyje, palyginti su beždžionėmis.Galima daryti prielaidą, kad šie skirtumai yra genetinio pobūdžio ir todėl turėtų būti pastebimi lyginamuoju genomo lygiu. Kadangi visos žmogaus ir šimpanzės genomos jau buvo skaitomos, tapo įmanoma ištirti šį klausimą. Dar visai neseniai buvo atrinkta darviniška ar teigiama atranka, susijusi su palankiomis žmogaus sukeltomis mutacijomis žmonėse, tik keliems genams, o jų masė skirtumai tarp žmogaus genomo ir šimpanzių yra neutralūs, ty jie yra atsitiktiniai molekuliniai pokyčiai populiacijoje šimpanzės ar žmonės, kurie rimtai neveikia genų funkcionavimo.

Žurnale paskelbtas išsamus lyginamasis tyrimas dėl žmogaus ir šimpanzės genomų, kurį atliko Vokietijos mokslininkai Mokslas praeitais metais (Khaitovičius P. et al. 2005). Žmogaus ir šimpanzės genų sekos buvo analizuojamos kompiuteriu naudojant gana naują požiūrį: palygintas išraiškos lygis (kaip sintezuojamas šio geno sintezės produktas) homologinių žmogaus ir šimpanzės genų, ty genų, gautų iš to paties geno geno.

Mokslininkai ištyrė 21 000 širdies, inkstų, kepenų, sėklidžių ir smegenų ekspresijos lygį 6 žmonėse ir 5 šimpanzėse. Pasirodo, kad raiškos lygio skirtumai teigiamai koreliuoja su molekulinės skilimo lygiu. Tai reiškia, kad palyginus genus labai skiriasi ekspresijos lygis (ekspresijos nukrypimas, gradiento Y ašis), tada jie taip pat labai skiriasi savo nukleotidų seka (Ka / Ki, X ašis grafike). Be to, apibendrinant genų charakteristikas kiekvienam iš penkių tirtųjų audinių paaiškėjo, kad smegenų audiniuose (juodi kvadratai) išreikšti ir toliau padidėja genai: širdyje (raudona), inkstai (žali), kepenys (mėlynos spalvos) ir sėklidės (mėlynos spalvos).

Kodėl genai kepenyse ir sėklose vystosi greičiau nei genai smegenų ir širdies audiniuose? Galimi du paaiškinimai: 1) greitai besivystanti genai yra mažiau svarbūs, tai yra, jų veikimas turi mažiau įtakos viso organizmo tinkamumui, todėl jie netyčia sukaupė daug mažų, beveik neutralių mutacijų (neutralios molekulinės evoliucijos teorijos); (2) sparčiai besivystanti genas sukaupė naudingas mutacijas, kurios prisitaikiai veikia jų funkciją. Norėdami pasirinkti vieną iš šių dviejų paaiškinimų, nepakanka viršutinės diagramos.

Toliau pateikiama papildoma informacija. Pirma, pažvelk į intraspecific divergence. Iš šio skaičiaus matyti, kad dendrogramos yra labiau kompaktiškos smegenų audinio ir sėklidžių genams, o tai rodo, kad svarbu išlaikyti tą pačią išraiškos lygį kiekvienoje rūšyje. Širdies, inkstų ir kepenų genų išsibarstę dendrogramos rodo, kad šių genų ekspresijos lygis intraspecific lygyje yra mažiau svarbus ir mažiau konservatyvus.

Žmogaus audinių specifinių genų raiškos lygio skirtumai (H, nuo žmogus) ir šimpanzės (C, nuo šimpanzė) Segmentų ilgis yra proporcingas išraiškos lygio skirtumams ir yra įskaičiuotas į vieną skalę visiems audiniams (smegenims, širdžiai, inkstams, kepenims, sėklidėms). Pav. iš Khaitovičiaus ir kt. 2005 m

Kaip įvertinti ankstesnę Darvino atranką, paveikiančią genų ekspresijos lygį? Manoma, kad jei tarpspecifinis kintamumo santykis išreikšto laipsnio (dviejų tipų jungiamojo segmento ilgis) į intraspecifinį (kiekvienos rūšies filialų ilgis) yra žymiai didesnis nei vienas, tada šių genų molekulinė evoliucija turėjo Darvino atrankos momentą, ty teigiamą mutacijų fiksavimą apie šių genų funkcionavimą.

Pasirodo, kad tik mielių genai rodo didelę tikimybę, kad Darvino pasirinkimas turi įtakos jų išraiškingumui. Tai nenuostabu savaime. Spermatogenezėje dalyvaujantys genai, veikiantys sėklines skystis, dalyvauja konkuruojant su kitų vyriškų sėklų skysčiu ir apsaugoti spermatozoidus nuo ligų sukėlėjų; Genetai, susiję su gamtinių ląstelių atpažinimo procesu, lydi nelygybę dėl lyties nelygybės: vyrams yra naudinga, kad moterys investuotų kuo daugiau energijos savo palikuonyse, o moterys turėtų reguliuoti ir sustabdyti šiuos savanaudiškus norus, rūpintis savo sveikata ir jėgos, reikalingos kitų palikuonių auginimui (vyrams nereikia apie tai galvoti – jis palieka mažai energijos į palikuonis). Visi šie argumentai rodo, kad spermatogenezėje dalyvaujančių genų evoliucijos greitis turėtų būti aukštas visose seksualinėse rūšyse, ir šiuo atžvilgiu asmuo nėra unikalus.

Bet kokia yra smegenų genų teigiamos atrankos pėdsakų nebuvimas? Mokslininkai nepasikėlė ir atliko dar vieną analizę. Jie apskaičiavo aminorūgščių pakaitalų skaičių linijose, kurios sukelia žmones ir šimpanzes,atstatydama siūlomą pirminį žmogaus ir jo heparazanų protėvio aminorūgščių seką, naudodama duomenis apie jų bendrąjį tolimesnį giminaičio – žiurkės – genomą. Tai reiškia, kad jie "įsišaknijo" žmogaus filogenetinį medį ir šimpanzę – jie nurodė kiekvienos rūšies dendrogramą, nuo kurios jie pradėjo savo skirtumų. Jei evoliucija būtų neutrali ir netgi, šis taškas bus viduryje, o jeigu viena iš eilučių sukauptų pakeitimų greičiau, tada bendras protėvis nukryps nuo centro.

Ir pagaliau (!) Paaiškėjo, kad smegenų audiniuose išreikštų genų dendrogramos bendrojo protėvio taškas yra arčiau šimpanzės – 1,6 karto daugiau amino rūgščių pakaitalų buvo kaupiami toje žmogaus linijoje. Dabar galima tikėtis, kad šios aminorūgšties pakaitalai padarė žmogų Žmogaus ir kad buvo racionalus jo evoliucijos grūdas.

Beje, grybų genų atveju šis santykis yra artimas vienybei (1.04), tai yra, nors ir mielių genų evoliucija taip pat buvo greita (žr. Aukščiau), bet ji eitavo tolygiai tiek žmogaus linijoje, tiek šimpanzės linijoje – tai reiškia Darwinijos atranka abiejuose linijose buvo lygi.

Tačiau mokslininkų džiaugsmas buvo trumpalaikis.Neseniai žurnalas Genetikos tendencijos Ana Arboro Mičigano universiteto biologai paskelbė dokumentą, kuriame jie išplėtė kompiuterinį genomo analizę ir žmogaus genomą bei šimpanzę (Shi et al. 2006). Norėdami įsišaknyti medį, jie panaudojo makako genomą. Taikant penkis skirtingus apibrėžimus, kas smegenų audinio specifinis genas (1-3, pagal tris skirtingus metodus, tie genai, kurie yra išreikšti tik smegenų audiniuose, 4 – literatūroje aprašytų genų sąrašas, susijęs su nervų sistemos vystymu ir funkcionavimu; 5 – visų genų, identifikuotų bent viename iš būdų, sąveika ), mokslininkai nė viename iš šių atvejų negalėjo parodyti gerokai didesnio aminorūgščių pakitimų, susidarančių žmogaus viduje, kaupimosi.

Evoliucinis žmonių medis, šimpanzės ir makakos. Lyginamasis smegenų dydis. Pav. iš Shi ir kt. straipsnio. 2006 m

Analizę komplikavo tai, kad šimpanzės genomas buvo skaitomas mažiau kokybiškai – jame yra daugiau klaidų nei žmogaus, kuris gali slėpti teigiamą atranką žmogaus eilutėje. Atlikę statistinių tyrimų seriją ir atsižvelgdami į galimą klaidų poveikį šimpanzės genomoje, mokslininkai įrodė, kad su žmonių kilme nebuvo laikomasi universalus ir didelio masto aminorūgščių pokyčių genų, dalyvaujančių nervų audinio darbe, kaupimas.

Bet mes vis dar protingesni nei šimpanzės, ir mes turime didesnį santykinį smegenų dydį! Akivaizdu, kad mūsų psichinių gebėjimų ugdymas yra užkoduotas labai mažu genų skaičiumi (jų seka ar išraiškos lygis), ir šie pokyčiai neturi įtakos vidutinėms charakteristikoms visų nervų sistemos genų atžvilgiu.

Šaltiniai:
1) Filipas Khaitovičius, Inesas Hellmannas, Volfgangas Enaras, Katja Nowickas, Marcus Leinweberis, Henrietas Franzas, Gunteris Vaissas, Michaelas Lachmannas, Svante Pääbo. Lygių žmonių ir šimpanzių genomų ir transcripmenų modeliai // Mokslas. 2005. V. 309. P. 1850-1854.
2) Peng Shi, Margaret A. Bakewell, Jianzhi Zhang. Ar manote, kad smegenų specifiniai genai vyksta greičiau nei žmonės šimpanzėse? (Pdf, 300 Kb) // Genetikos tendencijos. 2006. V. 22. P. 608-613.

Konstantinas Popadinas


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