Convergens morfológia a gén konvergenciájának eredményeképpen • Elena Naimark • Tudományos hírek az "elemekről" • Biológia, evolúció

Konvergens morfológia a gén konvergenciájának eredményeként

Ábra. 1. Nagy patkó (a bal oldalon) és a palackozott delfin a cikk fő karakterei természet, egyesülnek az echolocation képességével, és kiderült, hogy hasonló gének az echolocationt szolgálják. Fotók www.kto-takoy.ru és www.mooreadolphin.com

A delfinek és a denevérek genomikus szekvenciáinak összehasonlításával – az echolocation képességekkel rendelkező emlősök – az európai tudósok felfedezték a konvergens evolúció genetikai módjait. A konvergencia, vagyis hasonló tulajdonságok megjelenése nem kapcsolódó organizmusokban a különböző génkészletek evolúciójának eredménye volt: hasonló gének hasonló mutációinak megjelenésének valószínűsége túlságosan jelentéktelen. De, mint kiderült, az echolocation egy komplex adaptív vonás – a delfinek és a denevérek esetében, éppen a hasonló gének hasonló mutációinak köszönhető. Ez megváltoztatja a konvergencia genetikai lényegének megértését, és azt is mutatja, hogy a filogenetikai rekonstrukciók molekuláris módszereinek alkalmazását óvatosan kell kezelni.

A konvergens evolúció hasonló jelek megjelenése a nem kapcsolódó csoportokban. A konvergens jellemzőket figyelembe veszikhasonló környezetekben alakulnak ki, és hasonló feladatokat látnak el: a burkoló lakótörő végtagjai, a szórólapok szárnyai, a mély sötétségben élő vakságok, a különösen gondoskodó szülőkkel való együttélés stb. A konvergens tünetek súlyosan bonyolítják az evolucionista már nehéz életét, ezért hogy minden esetben el kell dönteni, hogy a hasonlóság egy közös eredetre vagy általános adaptív igényekre utal, vagy mindkettő.

Feltételezzük, hogy konvergens tulajdonságok alakulnak ki nem kapcsolódó (nem ortológ) gének mutációi vagy az ortológ gének különböző mutációi miatt. Erről sok megerősítés van (lásd: A rovarok és emlősök illatának érzékelése különböző molekuláris mechanizmusokon alapul, Elemek, 2006. január 26., és Olvasd el a selaginella, a holdok képviselőjének elemeit, Elemek, 2011. május 13.). Valójában nehéz elképzelni az azonos gének véletlenszerű azonos változását, ha ezek a gének és nukleotidok több százezer. A genetikusok erőfeszítései a konvergencia vonatkozásában – ez a megtévesztő jellegű kaszkadőr – főként az azonos tulajdonságú alternatív mechanizmusok megtalálására irányulnak.

De egy másik telepítés lehetséges: nincs olyan megvalósítható útvonal, amellyel egy funkciót lehet létrehozni, különösen ha összetett. Igen, számos lehetséges út létezik, de nincs sok megengedhető és összeegyeztethető az életével (lásd: Az evolúciós útvonalak előre meghatározott molekuláris szinten, "Elements", 2006. április 12.). Így számos európai intézmény genetikája (a londoni egyetem (Anglia), a torinói egyetem (Olaszország) és a koppenhágai európai kémia (BGI), a konvergens evolúció legfontosabb kérdéseinek megoldása: "Különböző génekben, különböző módon vagy hasonló génekben hasonló módon? "

A genetika az echolocation felé fordult – komplex komplex vonás, amely különböző nem kapcsolódó állatokban létezik: denevérek és delfinek (echolocation is rovarok, de itt nem vették figyelembe). Nyilvánvaló, hogy a denevérek és delfinek nem túl közeli hozzátartozók. És az echolocation-képes denevéreket a nem-echolocation testvérekkel keverik. Úgy döntöttek, hogy ennek a komplex vonásnak a genetikai bázisát hasonlítják össze a denevér és a palackozott delfinek között annak reményében, hogy meghatározzák a kialakulásának genetikai útjait.Ugyanazok vagy különböznek egymástól? Az ellenőrzéshez olyan állományok genomjairól volt szó, amelyek nem alkalmasak az echolocationra, valamint a más delfinekhez hasonlóbb emlősök genomjairól, mint a denevérek.

Ebből a feladatból 2326 ortológ kódoló gént azonosítottunk 21 emlős fajban. Ezek közül a fajok közül 5 vette be az echolocationt: a palackozott delfint és a 4 denevérfajta. A szettben lévő denevérek két egymáshoz nem kapcsolódó kincsre oszthatók. Két faj tartozik a Yinpterochiroptera alá; A denevérek rekonstruált molekuláris fa alapján ítélve ebbe a részrendbe tartoznak azok a fajok, amelyek képesek és nem alkalmasak echolocationra. Két másik szonárfaj tartozik a Yangochiroptera alá.

Ábra. 2. A molekuláris hasonlóság alapján a 21 emlős genomjainak génfaja a munka során. A cikk tárgyát képező cikk rendszere természet

Tegyük fel, hogy különböző filogenetikus fákat építünk (lásd a 2. és 3. ábrát), különböző hipotézisek alapján, amelyek az echolocation eredetét tükrözik. Az egyik fa a teljes molekuláris hasonlóságot tükrözi – ez az elfogadott megközelítés. A másik lehetõvé teszi, hogy az összes monopóliás denevér egyesítse egy monophyletikai tapsolni, terjesztve õket testvéreinkkel és természetesen delfinekkel.A harmadik fa általánosságban egyesíti a sonar összes állatait – és a denevéreket és a delfint, és elválasztja őket más nem-szonáraktól. Nem számít, mennyire abszurd a két utolsó fák tűnhet nekünk, elemezhetjük őket ugyanolyan módon, mint azok a fák, amelyek elfogadhatónak tűnnek számunkra. Ráadásul bizonyos gének egyes szekvenciáinak kiszámítása során kiderül, hogy ezek a nevetséges fák nagyon jóak. Miután meghatározták egy ilyen géncsoportot, biztos lehet abban, hogy a konvergens evolúció ezeken a helyeken dolgozik. Pontosan ez a genetika, ami a 2326 ortológ kódoló gén hasonlóságának számításait veszi figyelembe.

Ábra. 3. Mesterséges rokonsági rendszerek az echolocation fajokhoz. felülről Az echolocation denevérek egy csoportba vannak csoportosítva, amelyek szemben állnak azokkal a fajokkal, amelyeknek nincs echolocationje, és a delfinek más emlősökkel külön sorba vannak elválasztva. alulról Az echolocationes fajok (denevérek és delfinek) egyetlen vonalban vannak összekapcsolva, míg más emlősök testvérek. A tárgyalt cikkek rendszerei természet

Mindegyik ortológ gént összehasonlítottuk mindegyikével, és mindegyikhez értékeltük, hogy melyik filogenetikai séma alkalmasabb rá, vagyis melyik fa esetében a genetikai hasonlóság kiderülnekörülbelüllshim.Számos lókusz létezett öt fészkelő állatfajban, amelyeknél az "abszurd" filogenetikus fák alkalmasabbak (a második fához 824 lókusz, a harmadik pedig 392). Más szavakkal, ezekkel a lókuszokkal a konvergens evolúció működött.

Ezek a tünetek leginkább a hallássérültséggel vagy a siketséggel kapcsolatos gének között nyilvánulnak meg. Például a konvergencia hatással volt a cochlea kialakulásáért felelős génekre, valamint azokra, amelyek a belső fülben lévő szőrsejtek fejlődését kódolják. Továbbá a konvergens evolúció egyértelmű statisztikai jelét találjuk olyan génekben, amelyek valamilyen módon kapcsolódnak a látáshoz. Ez aligha meglepő: a delfinek és denevérek alacsony fényviszonyokhoz igazodnak. Ezért a vizuális érzékelés molekuláris és szabályozó rendszereit ennek megfelelően módosította. Ugyanakkor számos gén funkciója egyértelmű konvergens jelrel ismeretlen marad.

A munka fontos része a "konvergens" gének kiválasztási hatásának ellenőrzése volt: a konvergencia semleges volt, vagy a vezetési szelekció eredményeként jött létre. Ezt a kérdést klasszikus módon oldották meg – a szinonim és nem-szinonikus helyettesítések számának összehasonlításával (lásd a nukleotid helyettesítések sebességét).Kiderült, hogy a nem szinonim helyettesítések száma meghaladta a szinonimák számát; következésképpen echolocation esetében sem semleges driftel foglalkozunk, hanem az adaptív karakterek kialakulását támogató motívaválasztással.

Ez a tanulmány két okból fontos megjegyezni. Először is, a teljes genomok leolvasása rutinszerű és látszólag olcsó vállalkozásgá vált. Az a tény, hogy e mű szerzői négyféle denevérfajta genomjait olvassák és megfejtik, felhasználva a berendezést és az Illumina legújabb technológiáját, a mű módszeres részében jelentkezik. A szerzők tisztában voltak azzal, hogy eljött az idő a lelkesedésre a genomikus szekvenciák olvasásának lehetősége, sőt a dekódolás nagy pontossága miatt. Ideje van az eredmény, amely a kilátásokkal szemben felbukkant.

A második ok inkább a biológiai módszertanra vonatkozik, nevezetesen a filogénség módszereire. A morfológiai taxonómia korát felváltotta a molekuláris filogenetika korszaka. Ha korábban a törzsfákat morfológiai hasonlóságok és különbségek alapján és / vagy morfológiai homológiák alapján rekonstruálták, most már szokás az aminosav vagy nukleotid szekvenciák közötti hasonlóságok számára összpontosítani.A molekuláris filogenetika javát választották, nem utolsósorban a konvergenciák és a közös eredet megkülönböztetésének nehézségei miatt.

A molekuláris filogenetikában a külső konvergens hasonlóságot nem tekintették nagy jelentőségűnek, mivel a genetikai változások ugyanazt a morfológiai eredményt mindig eltérőek. Ezért a molekuláris filogenetika nem aggódhatott sokat, hogy a rokonság helyett ökológiai közösség keletkezne.

De, mint kiderül, ez nem így van. Ha a genetikusunk nem volt túl szerencsés, és ha elhozta a 824 hasonló helyet, vagy még rosszabbat, 390 lókot, amelyek hasonlóak a harmadik fánkhoz, abszurd filogéniát kapna az echolocation tree építéséhez És minden jogukban áll megvédeni őket, hivatkozva egy jó és megbízható statisztikai jelre! Körülbelül ugyanaz, mintha a morfológus védte volna a delfinek és denevérek közös eredetét, és csodálatos echolocation-re vonzódott. És pontosan ez volt a molekuláris filogenetika, amely megpróbálta megszökni, de csak rosszabb, mert nem mindenki fogja eldönteni, hogy vitatkozik a statisztikákkal. Tehát ez a munka ismét megmutatjaMindegyik módszer saját korlátai és alkalmazhatósági köre van. A molekuláris filogenetikát továbbra is meg kell határozni.

Forrás: Joe Parker, Georgia Tsagkogeorga, James A. Cotton, Yuan Liu, Paolo Provero, Elia Stupka, Stephen J. Rossiter. Echolocating emlősök genom-szintű aláírása konvergens evolúció // természet. P. 228-231. Doi: 10.1038 / nature12511.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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