Грешките в преписването на Рецептурника за еволюция

: Как "copy-paste" грешките са довели до полета на насекомите, камуфлажа на октоподите и човешкия интелект

Ваня Милева Последна промяна на 18 април 2024 в 00:00 3721 0

Еднодневкaтa, един от 20-те вида, изследвани в статията.

Кредит Isabel Almudi

Еднодневкaтa, един от 20-те вида, изследвани в статията.

Преди седемстотин милиона години за първи път се появява забележително същество. Макар и да не е било много за гледане според днешните стандарти, животното е имало предна и задна част, горна и долна. По онова време това е новаторска адаптация, която определя основния план на тялото, който в крайна сметка наследяват повечето сложни животни, включително и хората.

Невзрачното животно е живяло в древните морета на Земята, като вероятно е пълзяло по морското дъно. Това е последният общ прародител на билатералните животни - огромна супергрупа животни, включваща гръбначни (риби, земноводни, влечуги, птици и бозайници) и безгръбначни (насекоми, членестоноги, мекотели, червеи, бодлокожи и много други).

До днес повече от 7000 групи гени могат да бъдат проследени до последния общ прародител на билатералните, според проучване на 20 различни вида билатерални, включително хора, а също и акули, маймуни, стоножки и октоподи. Констатациите са направени от изследователи от Центъра за геномно регулиране (CRG) в Барселона и са публикувани днес в списание Nature Ecology & Evolution.

Забележително е, че проучването установява, че около половината от тези гени на предците са били използвани от животните в определени части на тялото, по-специално в мозъка и репродуктивните тъкани. 

Откритията са изненадващи, тъй като древните, запазени гени обикновено имат фундаментални, важни задачи, които са необходими в много части на тялото.

Когато изследователите се вгледали по-внимателно, установили, че за това са виновни поредица от случайни грешки от типа "copy paste" по време на еволюцията на билатералните. Например, в началото на историята на гръбначните животни имало важен момент. За пръв път се появяват множество тъканно-специфични гени, които съвпадат с две събития на дублиране на цели геноми.

Животните можели да запазят едното копие за основни функции, а второто копие можело да се използва като суров материал за еволюционни иновации. Подобни събития, с различна степен на мащабност, се случват постоянно в цялото еволюционно дърво на билатералните.

"Нашите гени са като огромна библиотека от рецепти, които могат да се приготвят по различен начин, за да се създадат или променят тъкани и органи. Представете си, че случайно се окажете с две копия на рецепта за паеля. Можете да запазите и да се наслаждавате на оригиналната рецепта, докато еволюцията коригира допълнителното копие, така че вместо него да се прави ризото.

"А сега си представете, че цялата книга с рецепти е копирана - два пъти - и възможностите, които това открива пред еволюцията. Наследството от тези събития, случили се преди стотици милиони години, продължава да живее в повечето сложни животни днес", обяснява Федерика Мантика (Federica Mantica), автор на статията и изследовател в Центъра за геномно регулиране (CRG) в Барселона.

Авторите на изследването откриват много примери за нови, специфични за тъканите функции, станали възможни благодарение на специализацията на тези гени на предците. Например гените TESMIN и tomb, които произхождат от един и същ прародител, в крайна сметка независимо играят специализирана роля в тестисите както при гръбначните животни, така и при насекомите. Тяхното значение се подчертава от факта, че проблеми с тези гени могат да нарушат производството на сперматозоиди, засягайки плодовитостта както при мишки, така и при плодови мушици.

Специализацията на гените на предците също така полага някои основи за развитието на сложни нервни системи. Например при гръбначните животни изследователите откриват гени, които са от решаващо значение за образуването на миелиновите обвивки около нервните клетки, които са от съществено значение за бързото предаване на нервните сигнали. При хората те идентифицират и FGF17, за който се смята, че играе важна роля за поддържане на когнитивните функции в напреднала възраст.

При насекомите специфични гени са се специализирали в мускулите и в епидермиса за образуване на кутикула, което допринася за способността им да летят. В кожата на октоподите други гени са се специализирали за възприемане на светлинни стимули, което допринася за способността им да променят цвета си, да се маскират и да общуват с други октоподи.

Чрез изучаване на еволюцията на видовете на тъканно ниво изследването показва, че промените в начина на използване на гените в различните части на тялото са изиграли голяма роля за създаването на нови и уникални характеристики при животните.

С други думи, когато гените започнат да действат в специфични тъкани, това може да доведе до развитието на нови физически черти или способности, което в крайна сметка допринася за еволюцията на животните.

"Нашата работа ни кара да преосмислим ролите и функциите, които играят гените. Тя ни демонстрира, че гените, които са от решаващо значение за оцеляването и са били запазени през милиони години, също могат много лесно да придобият нови функции в еволюцията.

"Това отразява балансиращия акт на еволюцията между запазването на жизненоважни роли и изследването на нови пътища“, заключава професорът от ICREA Мануел Иримия (Manuel Irimia), съавтор на статията и изследовател в Центъра за геномна регулация.

Справка: Evolution of tissue-specific expression of ancestral genes across vertebrates and insects, Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02398-5

Източник: Evolution's recipe book: How 'copy paste' errors led to insect flight, octopus camouflage and human cognition, Center for Genomic Regulation

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !