211service.com
Nye ledetråde til, hvordan primater udviklede sig
For omkring otte til tolv millioner år siden ser den evolutionære forfader til mennesker, chimpanser og orangutanger ud til at have gennemgået et udbrud af evolution, drevet af duplikerede sekvenser af DNA. Denne genetiske forandringsmekanisme, som først for nylig er kommet under videnskabelig undersøgelse, kan have givet primater en evolutionær fleksibilitet, der drev udviklingen af forskellige menneskeabearter, inklusive mennesker.
Darwins glæde: Ved at sammenligne genomerne fra mennesker, chimpanser, makakaber og orangutanger (billedet med uret) opdagede forskerne, at forfaderen til den store abe-slægt, som omfatter mennesker, gennemgik en udviklingsudbrud for omkring 12 millioner år siden. Charles Darwin (billedet nederst til højre), født for 200 år siden i dag, ville have været stolt.
Når en strækning af DNA fejlagtigt duplikeres, tilføjes ekstra kopier af genet eller generne inden for denne region til genomet; disse gener kan derefter mutere separat. Duplikationer er virkelig vigtige fra et evolutionært perspektiv, fordi de tilføjer en masse variation til genomet, siger Tomas Marques-Bonet , en videnskabsmand i Evan Eichlers laboratorium ved University of Washington i Seattle, der ledede forskningen. Disse regioner er i hastig udvikling.
De fleste estimater af genetisk lighed mellem mennesker og andre primater har fokuseret på enkeltbogstavsændringer i genomet som det primære grundlag for evolutionære ændringer. Men forskere opdager nu vigtigheden af strukturelle ændringer i genomet, som omfatter deletioner eller duplikationer af DNA-segmenter mellem 1.000 og 100.000 bogstaver i længden. Disse regioner er flankeret af gentagne strækninger, der menes at udløse fejl i cellernes DNA-replikationsproces, hvilket resulterer i duplikerede gener.
Det er først for nylig, at vi har haft sekvensdataene og de genomiske værktøjer til at studere dette og forstå dets rolle i evolutionær historie, siger George Perry , en videnskabsmand ved University of Chicago, som ikke var involveret i forskningen. Chimpansgenomet blev frigivet i 2005, og genomprojekterne for orangutang og makak er i gang. Derudover kan forskere nu skabe specialdesignede genmikroarrays til hurtigt at opdage et stort antal specifikke duplikationer.
Marques-Bonet og hans kolleger analyserede genomsekvensen af fire primatarter: mennesker, chimpanser, orangutanger og makakaber. Mennesker, chimpanser og orangutanger nedstammer fra den afrikanske menneskeabe-slægt og deler en fælles forfader for omkring 12 millioner år siden, mens makakaber, der er klassificeret som aber fra den gamle verden, delte sig fra den almindelige primat-slægt for mere end 25 millioner år siden. Ved at sammenligne områder med DNA-duplikation i genomsekvensen fandt forskere et udbrud i antallet af duplikationer lige før orangutanger delte sig fra træet, og et andet udbrud før chimpanser og mennesker divergerede, ifølge forskning offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur . Denne stigning skete, selvom antallet af enkeltbogstavsændringer faldt.
Forskere er tøvende med at spekulere om præcis, hvordan accelerationen i hastigheden af duplikering opstod i menneske- og chimpanseslægten, og hvordan det påvirkede menneskets evolution. For eksempel er det endnu ikke klart, om de duplikationer, der fandt sted i denne periode, gav deres bærere en evolutionær fordel. Vi tror, at duplikationer gør genomet mere dynamisk, siger Marques-Bonet. Men at have et dynamisk genom skaber begge sider af medaljen: disse omorganiseringer kan være gavnlige, eller de kan være forbundet med sygdom. Nyere forskning viser, at duplikationer i det menneskelige genom spiller en rolle i en række forskellige sygdomme, herunder autisme, skizofreni og mental retardering.
Det er også uklart, om accelerationen set i chimpansen og den menneskelige forfader er unik. Disse grundlæggende former for mutationer har været i gang i mindst 90 millioner år, siger Nick Patterson, en genetiker ved Broad Institute, i Cambridge, MA. Spørgsmålet er, om der er noget usædvanligt i det, der skete i menneskelig slægt; Jeg tvivler på, at vi har nok data til at svare på det. Denne type sammenligning ville kræve genomsekvenser for mange beslægtede pattedyrarter.
Duplikationer har sandsynligvis meget forskellige evolutionære egenskaber end enkeltbogstavsændringer. Begge opstår fra fejl på molekylært niveau, som så enten kan hjælpe, skade eller ikke gøre noget ved organismens reproduktive egnethed. De fleste enkeltbogstavsændringer falder ind under den neutrale kategori. Men fordi duplikative ændringer ofte øger antallet af kopier af et gen og dermed potentielt øger koncentrationen af protein, som genet producerer, er de mere tilbøjelige til at udøve en effekt på bæreren.
Mens enkeltbogstavsændringer kan gøre et bestemt protein mere eller mindre effektivt ved at justere dets struktur en smule, frigør duplikationer, der skaber yderligere kopier af specifikke gener, de nye kopier til at udvikle et helt nyt formål. Du har to kopier, der kan afvige fra hinanden, siger Perry. En kopi kan derefter opleve mutation og opnå en ny funktion, der kan være vigtig for organismens biologi. For eksempel opstod farvesyn hos primater takket være duplikeringen af genet for visuelt pigment. Med denne form for analyse, siger Perry, kan vi begynde at identificere andre gener, der er specifikke for forskellige afstamninger, og derefter studere den potentielle effekt, de kan have på biologien af disse arter.
De fleste af duplikationerne analyseret i undersøgelsen - mere end 80 procent - deles af mennesker, chimpanser og gorillaer. Men generne i duplikerede områder, der er unikke for mennesker, er stort set dem, der endnu ikke er blevet karakteriseret. Vi fandt mere end 30 gener, der kun duplikeres hos mennesker, siger Marques-Bonet. Men vi ved stadig ikke, hvad de gør.