Dlaczego ludzie nie mają ogonów?

Zapisz się na biuletyn naukowy CNN dotyczący teorii cudów. Eksploruj wszechświat dzięki wiadomościom o fascynujących odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.



CNN

Ludzie mają wiele wspaniałych cech, ale brakuje nam jednej rzeczy, która łączy większość zwierząt z kręgosłupem: ogona. Właśnie dlatego było to czymś tajemniczym.

Ogony są przydatne do utrzymywania równowagi, napędu, komunikacji i obrony przed gryzącymi owadami. Jednakże ludzie i nasi najbliżsi krewni naczelnych — małpy człekokształtne — pożegnali się ze swoimi ogonami około 25 milionów lat temu, kiedy grupa oddzieliła się od małp Starego Świata. Stratę od dawna łączono z przejściem na dwunożność, ale niewiele wiedziano na temat czynników genetycznych, które doprowadziły do ​​bezogonowości naczelnych.

Teraz naukowcy powiązali utratę ogona z krótką sekwencją kodu genetycznego, która jest bogata w naszym genomie, ale przez dziesięciolecia była odrzucana jako śmieciowe DNA, sekwencja, która wydaje się nie służyć żadnemu celowi biologicznemu. Zidentyfikowali fragment, znany jako element Alu, w kodzie regulacyjnym genu związanego z długością ogona zwanego TBXT. Alu należy również do klasy zwanej genami transpozycyjnymi, czyli sekwencjami genetycznymi zdolnymi do zmiany swojej lokalizacji w genomie i wyzwalania lub odwracania mutacji.

W pewnym momencie naszej odległej przeszłości element AluAluY wskoczył do genu TBXT u przodka homininów (wielkich małp i ludzi). Kiedy naukowcy porównali DNA sześciu gatunków homininów i 15 naczelnych niebędących homininami, znaleźli AluY tylko w genomach homininów, jak podali naukowcy 28 lutego w czasopiśmie. Natura. W eksperymentach na genetycznie zmodyfikowanych myszach – co trwało prawie cztery lata – manipulowanie wstawkami Alu w genach TBXT gryzoni spowodowało zmianę długości ogonów.

Przed tym badaniem „istniało wiele hipotez na temat tego, dlaczego homininy wyewoluowały w stronę bezogonową”, a najczęstszą z nich była związek bezogonowości z wyprostowaną postawą i ewolucją dwunożności, stwierdził główny autor badania. Bo Xiapracownik naukowy w Obserwatorium Regulacji Genem i główny badacz w Broad Institute of MIT i Harvard University.

Jeśli jednak chodzi o ustalenie, w jaki sposób ludzie i małpy człekokształtne tracili ogony, „nie było (wcześniej) niczego, co zostało odkryte ani postawionych hipotez” – Shea powiedziała CNN w e-mailu. „Nasze odkrycie jest pierwszym przypadkiem, w którym zasugerowaliśmy mechanizm genetyczny” – powiedział.

Jak wynika z badania, ponieważ ogony stanowią przedłużenie kręgosłupa, odkrycia mogą mieć również wpływ na zrozumienie wad cewy nerwowej, które mogą wystąpić podczas rozwoju płodu ludzkiego.

READ  Kosmiczne trio - Księżyc, Wenus i Mars - podczas przesilenia w czerwcu 2023 r.

Współautor badania powiedział, że przełomowy moment dla badaczy nastąpił, gdy Shea przeglądała region TBXT genomu w internetowej bazie danych powszechnie używanej przez biologów zajmujących się rozwojem. Itai Yanaiprofesor w Instytucie Genetyki, Biochemii i Farmakologii Molekularnej w Grossman School of Medicine na Uniwersytecie Nowojorskim.

Itai Yanai

W badaniu genetycznie zmodyfikowane myszy wykazywały różną długość ogona: od braku ogona do długich ogonów. (Groty strzałek podkreślają różnice w fenotypach ogonów. „cv” to „kręgi ogonowe”, „sv” to „kręgi krzyżowe”, a „WT” to „typ dziki”).

„To musiało być coś, czemu przyglądały się tysiące innych genetyków” – Yanai powiedziała CNN. – To niewiarygodne, prawda? Że wszyscy patrzą na to samo, a Po zauważył coś, czego wszyscy nie zauważyli.

Pierwiastki aluminiowe są bogate w ludzkie DNA; Insercja w TBXT to „dosłownie jedna insercja na milion, która istnieje w naszym genomie” – powiedział Yanai. Jednak podczas gdy większość badaczy odrzuciła insercję Alu w TBXT jako śmieciowe DNA, Shea zauważyła jego bliskość do sąsiedniego pierwiastka Alu. Podejrzewano, że jeśli się połączą, mogą zakłócić proces produkcji białka w genie TBXT.

„Stało się to w mgnieniu oka. Potem przetestowanie tego zajęło cztery lata pracy na myszach” – powiedział Yanai.

Naukowcy wykorzystali go w swoich eksperymentach Technologia edycji genów CRISPR Aby hodować myszy z insercją Alu w genach TBXT. Odkryli, że Alu powoduje, że gen TBXT wytwarza dwa rodzaje białek. Jeden z nich skutkował krótszymi ogonami; Im więcej genów wytwarza to białko, tym krótsze są ogony.

Odkrycie stanowi coraz większy zbiór dowodów na to, że elementy aluminiowe i inne rodziny skaczących genów wcale nie muszą być „śmieciami” – stwierdził Yanai.

„Kiedy rozumiemy, w jaki sposób replikują się w genomie, jesteśmy teraz zmuszeni rozważyć, w jaki sposób kształtują również bardzo ważne aspekty fizjologii, morfologii i rozwoju” – powiedział. „Myślę, że to niesamowite, że pojedynczy kawałek alo – coś tak małego – może doprowadzić do utraty całego wyrostka, na przykład ogona”.

Shea dodała, że ​​od bardzo dawna nie doceniano skuteczności i prostoty mechanizmów Alu w zakresie wpływania na funkcje genów.

„Im więcej badam genom, tym bardziej zdaję sobie sprawę, jak mało o nim wiemy” – powiedziała Shea.

READ  Pierwsze dane z NASA Webb Space Telescope mają astronomów na Twitterze Buzzing

Bezogonowy i zamieszkujący drzewa

Ludzie nadal mają ogony, gdy rozwijają się w łonie matki jako płody; Ten mały wyrostek jest ogonowym przodkiem wszystkich kręgowców i zawiera od 10 do 12 kręgów. Widoczny jest dopiero od piątego do szóstego tygodnia ciąży, a do ósmego tygodnia życia płodu jego ogon zwykle znika. U niektórych dzieci zachowały się embrionalne pozostałości ogona, ale zdarza się to niezwykle rzadko, a takim ogonom zwykle brakuje kości i chrząstki i nie stanowią one części rdzenia kręgowego – poinformował inny zespół badaczy. wspomniany W 2012.

Chociaż nowe badanie wyjaśnia, „w jaki sposób” dochodzi do utraty ogonów u ludzi i małp człekokształtnych, „dlaczego” wciąż pozostaje otwartym pytaniem – stwierdził antropolog biologiczny. Lisa Shapiroprofesor na Wydziale Antropologii Uniwersytetu Teksasu w Austin.

„Myślę, że ustalenie, jaki mechanizm genetyczny mógł być odpowiedzialny za utratę ogona u homininów, jest naprawdę interesujące, a niniejszy artykuł wnosi w ten sposób cenny wkład” – powiedział CNN w e-mailu Shapiro, który nie był zaangażowany w badania. .

Muzeum Historii Naturalnej/Alamy Stock Photo

Skamieniałości pokazują, że starożytny naczelny Proconsul africanus, pokazany na powyższej ilustracji, żył na drzewach bez ogona.

„Jeśli jednak była to mutacja, która losowo doprowadziła do utraty ogona u naszych małpich przodków, wciąż pojawia się pytanie, czy mutacja została utrzymana, ponieważ była funkcjonalnie korzystna (adaptacja ewolucyjna), czy po prostu nie stanowiła problemu” – Shapiro powiedział, że bada sposób poruszania się naczelnych i rolę kręgosłupa w ruchu naczelnych.

Zanim starożytne naczelne zaczęły chodzić na dwóch nogach, straciły już ogony. Najstarszymi przedstawicielami linii hominidów są wczesne małpy człekokształtne Proconsul i Ekembo (znalezione w Kenii i datowane odpowiednio na 21 i 18 milionów lat temu). Shapiro powiedział, że skamieniałości pokazują, że chociaż te starożytne naczelne były bezogonowe, żyły na drzewach i chodziły na czterech kończynach, zachowując poziomą pozycję ciała jak małpy człekokształtne.

„Więc najpierw utracono ogon, a sposób poruszania się, który kojarzymy z żywymi małpami człekokształtnymi, wyewoluował później” – stwierdziła.

Dwunożność mogła wyewoluować, aby dostosować się do utraty ogona, co utrudniałoby naczelnym utrzymywanie równowagi na gałęziach, „ale nie pomaga nam to zrozumieć, dlaczego w ogóle ogon został utracony” – powiedział Shapiro. Dodała, że ​​pogląd, że chodzenie w pozycji pionowej i utrata ogona są ze sobą funkcjonalnie powiązane, a mięśnie ogona przekształca się w mięśnie dna miednicy, „to stary pomysł, który nie jest zgodny z zapisem kopalnym”.

„Ewolucja działa na podstawie tego, co już istnieje, więc nie mogę powiedzieć, że utrata ogona pomaga nam w jakikolwiek bezpośredni sposób zrozumieć ewolucję ludzkiej dwunożności. Pomaga nam zrozumieć naszych małpich przodków” – stwierdziła.

Dla współczesnych ludzi ogony są odległym wspomnieniem genetycznym. Shea stwierdziła, że ​​historia naszych ogonów jeszcze się nie skończyła, a naukowcy wciąż mają wiele do zbadania w kwestii utraty ogonów.

Zasugerował, że w przyszłych badaniach należy przyjrzeć się innym konsekwencjom składnika Alu w TBXT, takim jak wpływ na wzrost i zachowanie ludzkiego płodu. Chociaż brak ogona jest najbardziej oczywistą konsekwencją wprowadzenia Alu, jest prawdopodobne, że obecność genu doprowadziła również do innych transformacji rozwojowych – a także zmian w lokomocji i powiązanych zachowaniach u wczesnych hominidów – aby zrekompensować utratę ogona.

Dodatkowe geny również mogły odegrać rolę w utracie ogona. Chociaż rola Alu „wydaje się bardzo ważna” – stwierdziła Shea, inne czynniki genetyczne prawdopodobnie przyczyniły się do trwałego zniknięcia ogonów naszych przodków z rzędu naczelnych.

„Uzasadnione jest przekonanie, że w tym okresie wystąpiło wiele mutacji związanych z utrwaleniem utraty ogona” – powiedział Yanai. Dodał, że taka zmiana ewolucyjna jest złożona, a nasze ogony zniknęły na zawsze. Nawet gdyby udało się cofnąć mutację kierującą zidentyfikowaną w badaniu, „nie byłaby ona w stanie przywrócić ogona”.

Nowe odkrycia mogą również rzucić światło na rodzaj wady cewy nerwowej u płodów, zwanej rozszczepem kręgosłupa. W swoich eksperymentach naukowcy odkryli, że po genetycznie zmodyfikowanym myszach, które powodowały utratę ogona, u niektórych myszy rozwinęły się wady cewy nerwowej podobne do rozszczepu kręgosłupa u ludzi.

„Być może przyczyną tej choroby u ludzi jest kompromis, na który nasi przodkowie poszli 25 milionów lat temu, chcąc stracić ogony” – stwierdził Yanai. „Teraz, gdy udało nam się powiązać ten konkretny element genetyczny i ten szczególnie ważny gen, może to otworzyć drzwi do badania wad neurologicznych”.

Mindy Weisberger jest pisarką naukową i producentką medialną, której prace ukazywały się w „Live Science”, „Scientific American” i „How It Works”.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *