Starptautiska pētnieku grupa ir revolucionizējusi mūsu izpratni par cilvēka evolūciju. Viņu darbs liecina, ka mūsu pašreizējie pirksti ir cēlušies no diezgan negaidītas anatomiskas struktūras. Kā senču gremošanas funkcija varēja izraisīt tik augsti attīstītu ekstremitāšu parādīšanos?
Saturs
Šis ievērojams atklājums, kas pagājušā gada septembrī publicēts prestižajā žurnālā Nature, apstrīd tradicionālās teorijas par mugurkaulnieku ekstremitāšu evolūciju. Deniss Dubuls un viņa komanda no Ženēvas Universitātes sadarbībā ar pētniekiem no Hārvarda un EPFL atklāja neticamu ģenētisko mehānismu, kas tieši saista mūsu pirkstu veidošanos ar pirmskvēlo klaivas veidošanos.
Ģenētiskā pārveidošana evolūcijā
Evolūcija reti attīstās, radot kaut ko pilnīgi jaunu. Tā dod priekšroku esošo ģenētisko instrumentu transformācijai un pārprofilēšanai, lai veidotu jaunas struktūras. Šī stratēģija, ko biologi sauc par kooptāciju, izskaidro, kā noteiktas sarežģītas pazīmes var rasties, neradot kaut ko no jauna.
Hoxd gēni, patiesie embrija attīstības arhitekti, lieliski ilustrē šo principu. Šīs DNS sekvences ar pārsteidzošu precizitāti kontrolē dažādu ķermeņa daļu veidošanos. Mūsdienu zīdītājos tās, piemēram, virza pirkstu augšanu, bet to sākotnējās funkcijas bija pilnīgi citas.
Regulējošā zona 5DOM darbojas kā ģenētisks vadītājs, vienlaikus kontrolējot vairāku gēnu ekspresiju. Šī kontroles zona, kas šodien ir nepieciešama mūsu ekstremitāšu veidošanai, sākotnēji kalpoja pilnīgi citas struktūras attīstībai mūsu ūdens senčiem.
Embriji atklāj pārsteidzošas savstarpējās saiknes.
Fluorescento marķieru izmantošana pelēm un danio rerio zivtiņām atklāja pārsteidzošu parādību. Zīdītājiem šie marķieri iedegas zonās, kur attīstās pirksti. Zivīm tie norāda uz intensīvu aktivitāti kloakā — vienīgajā atverē, ko izmanto gan izdalīšanai, gan vairošanai.
Eksperimenti, izmantojot CRISPR tehnoloģiju, apstiprināja šo saistību. Noteiktu regulējošo sekvenču nomākšana rada gaidāmos efektus:
- Peles: pirkstu anomāla attīstība.
- Danio zivis: kloakas malformācija.
- Abos gadījumos: vienas un tās pašas ģenētiskās mehānismu izmaiņas.
Šī korelācija liecina, ka ģenētiskie regulatori, kas atbild par pirkstu veidošanos, pastāvēja jau ilgi pirms sauszemes ekstremitāšu parādīšanās. To galvenā funkcija bija saistīta ar gremošanas trakta aizmugurējiem galiem, kas atklāj negaidītu evolūcijas saikni starp šīm, šķietami nesaistītām struktūrām.
Kad gali maina savu funkciju
Galu koncepcija izskaidro šo evolūcijas transformāciju. Pirkstiem un kloakai ir kopīga anatomisko ekstremitāšu īpašība, kas izskaidro to kopīgo ģenētisko izcelsmi. Regulējošā sistēma, kas kādreiz kontrolēja kloakas veidošanos, pakāpeniski pārvietojās uz ekstremitāšu kontroli.
Šāda ģenētiskā pārprofilēšana nav vienīgais gadījums. Piemēram, dzimumorgāni arī izmanto līdzīgas Hox regulatīvās sistēmas. Tādējādi evolūcija demonstrē savu ievērojamo spēju transformēt vecās ģenētiskās programmas, lai radītu jaunas adaptīvās funkcijas.
Gēns darbojas kā plašs evolūcijas instruments, kurā katrs elements potenciāli var mainīt savu funkciju. Šī elastība ļauj evolūcijas ierobežojumiem pārvērsties radošās iespējās, radot struktūras, kas ir tikpat sarežģītas kā cilvēka roka, no programmām, kas sākotnēji bija paredzētas primitīvākām funkcijām.
Šie darbi lieliski ilustrē, kā evolūcija pārveido veco, radot jauno, atklājot negaidītas saiknes, kas apvieno visas dzīves formas.
