Sadece yemek için, dev panda ve kırmızı panda ne tür bir emek verdi! Orijinal
Tencere yuvarlanmış kapağını bulmuş. İnsanların ilk izlenimi, uçabilen insanların çoğunun kuş olduğu ve iyi yüzenlerin balık olduğu yönündedir.Ancak, doğada böyle bir fenomen olacaktır: gece gökyüzünde yarasalar genellikle kuvvetli duruşlarda görülür, ancak bunlar kuş değildir; yunuslar, balinalar Denizsiz yaşayamazlar ama balık değiller Yarasalar ve yunusların yankılanma yetenekleri var ama biri karada, diğeri okyanusta yaşıyor. Bilim adamları bu fenomene yakınsak evrim diyorlar Basitçe ifade etmek gerekirse, yakınsak evrim, filogenetik olarak ilişkili iki veya daha fazla türün, benzer seçim baskılarına uyum sağlamak için aynı veya benzer özellikleri evrimleştirmesi anlamına gelir. Evrimsel biyoloji araştırmalarında sıcak bir konudur.
Doğada birçok yakınsak evrim fenomeni vardır, peki bu fenomen nasıl gerçekleşir? Türlerin evrimini hangi güçler yönlendiriyor? Bilim adamları sürekli olarak bu sorunları genetik perspektifinden açıklamaya çalışıyorlar. Daha geleneksel araştırma yöntemi aday gen yöntemidir.Örneğin yunusların ve yarasaların ekolokasyon yeteneği çalışmasında, koklear kıl hücrelerinde bulunan Prestin proteininin bu beceride önemli bir rol oynadığı bulunmuştur. Bununla birlikte, aday gen yöntemi genellikle yalnızca bir veya birkaç geni analiz eder, analiz verimi çok küçüktür ve yakınsak evrim mekanizmasının keşfini hızlı bir şekilde destekleyemez. İkinci nesil yüksek verimli sıralama teknolojisinin geliştirilmesiyle, giderek daha fazla bitki ve hayvan genomu belirlendi ve genomiklerin gelişimi, genom düzeyinde yakınsak evrimin genetiğinin kapsamlı, derinlemesine ve hızlı bir şekilde ifşa edilmesini sağlayan altın bir çağa girdi. Mekanizma mümkün hale gelir.
Bu makale denenecek Genom seviyesi Yakınsak evrimin genetik mekanizmasını açıklamak.
Araştırma nesnesi
Şekil 1 Dev panda (kırmızı daire sözde başparmak yapısını gösterir) ve kırmızı panda
Dev pandalar ve kırmızı pandalar, nesli tükenmekte olan vahşi yaşamı korumanın amiral gemisi türleridir. Hepimizin bildiği gibi, dev pandalar Çin'in ulusal hazineleri ve birinci sınıf korunan vahşi hayvanlar. Şu anda Çin'in Sichuan, Shaanxi ve Gansu eyaletlerinde dağıtılıyorlar. Ursidae taksonomisine aittirler. Küçük pandalar herkes tarafından iyi tanınmazlar, onlar genellikle bizim dediğimiz gibi dev pandaların yavruları değildirler, farklı bir türdürler. Taksonomik olarak, Carnivora takımının Mustelaidae ailesine aittirler. , Şu anda Çin'in Sichuan, Yunnan ve Tibet illerinde ve Myanmar, Hindistan, Butan ve Nepal gibi komşu ülkelerde dağıtılmaktadır. Bu iki panda türünün evrimi 40 milyon yıldan fazla bir süredir farklılık gösteriyor. Bununla birlikte, nispeten uzak evrimsel ilişkilerine rağmen, aynı bambu yeme alışkanlığını geliştirdiler.Düşük besleyici, yüksek lifli bambu, besin bileşimlerinin% 90'ından fazlasını oluşturuyor; daha da ilginci, bu iki pandanın ön ayağı hala Bambuyu kavramaya yardımcı olmak için özel bir yapı-pseudothumb (pseudothumb) geliştirildi.Bu yapı, bileğin radyal tarafında bir sesamoid kemiğin genişlemesidir. Bu nedenle, dev pandalar ve kırmızı pandalar, adaptif evrim ve yakınsak evrimin klasik vakalarıdır. Bilimsel makale yazarı Stephen Gould, 1980'de yayınlanan ve pandanın sözde parmağına halkın büyük ilgisini uyandıran ünlü bilimsel makale koleksiyonu The Panda's Thumb'de özellikle dev pandanın sözde başparmağının evrimini tartıştı. Bununla birlikte, sözde başparmak oluşumunun genetik mekanizmasının ortaya çıkarılması zor olmuştur.
Filogeni analizi
Araştırmacı Wei Fuwen'in liderliğindeki araştırma ekibi, dev pandalar ve kırmızı pandalar arasındaki morfoloji (sözde başparmak) ve fizyolojik özelliklerin (özel bambu yeme alışkanlıkları) yakınsamasının genetik mekanizmasını ortaya çıkarmak için, kırmızı pandaların tüm genomunu ilk kez sıralamak için ikinci nesil dizileme teknolojisini kullandı. , Ek dizileme yoluyla dev panda genomunun derlenmesi ve ek açıklaması ve yeniden montajı, montaj kalitesi önceki sürüme kıyasla büyük ölçüde iyileştirildi. Bu temelde, yine etobur ama etobur olan kutup ayıları, gelincik, köpek ve kaplanların genomları karşılaştırılmış ve analiz edilmiştir. Genom düzeyindeki filogenetik analiz, dev pandaların ve kutup ayılarının birlikte Ursidae ailesine, kırmızı pandalar ve gelinciklerin birlikte Mustela ailesine ait olduğunu göstermektedir. Sonuçlar, moleküler düzeyde önceki sınıflandırma sonuçlarını desteklemektedir ve iki türün ayrışması 47,5 milyon yıl öncesine kadar izlenebilir.
Şekil 2 Dev pandaların filogenetik ağaçları ve kırmızı pandalar, tüm genom verilerine ve bunların özel sahte parmaklarına (PNAS makalesinden) dayanmaktadır.
Protein uyumluluğunun yakınsama analizi
Genom düzeyinde dev ve kırmızı pandaların yakınsak evriminin moleküler mekanizmasını analiz etmek için karşılaştırmalı genomik yöntemler kullandılar. İlk olarak, genom düzeyinde, dev pandalarda ve kırmızı pandalarda uyarlamalı olarak yakınsak olan 70 gen belirlediler.Bu genlerin bazıları, kirpikler toplanması, akral gelişim, protein sindirimi ve emilimi ve retinol metabolizması gibi kategoriler veya yollar açısından zenginleştirildi. Kırmızı pandanın sözde başparmağının gelişimi, bambudaki temel besin maddelerinin emilimi ve kullanımı ile yakından ilgilidir.
Akral gelişim genleri DYNC2H1 ve PCNT, sözde parmaklarının gelişiminden sorumlu önemli aday genlerdir.Bu iki gendeki mutasyonların insanlarda ve farelerde çok parmaklı yapılar ürettiği bilinmektedir. İlginç bir şekilde, araştırdıkları 60'tan fazla memeli genomu arasında, DYNC2H1 ve PCNT proteinlerinin her biri, dev pandalar, kırmızı pandalar, kutup ayıları, köpekler ve insanlar için yalnızca dev pandalarda ve kırmızı pandalarda görülen bir amino asit yakınsak bölgeye sahiptir. Farelerin popülasyon genom verileriyle yapılan analiz, yukarıda bahsedilen yakınsak mutasyonların dev pandalarda ve kırmızı pandalarda sabitlendiğini, ancak diğer hayvan gruplarında bulunmadığını doğruladı.
Şekil 3 DYNC2H1 protein alanı, potansiyel olarak dev pandalarda ve kırmızı pandalarda sözde başparmakların gelişimi ve 62 memeli genomunda (PNAS makalesinden) iki amino asit yakınsak bölgelerinin (R3128K ve K3999R) karşılık gelen mutasyon bölgeleri ile ilgilidir.
Çalışma ayrıca, esansiyel amino asitlerin (lizin ve arginin), esansiyel yağ asitlerinin (araşidonik asit) ve vitaminlerin (A vitamini ve B12) emilimi ve kullanımı ile ilgili genlerin de dev ve kırmızı pandalarda uyarlanabilir olduğunu buldu. Yakınsama, dev ve kırmızı pandaların bambudan temel besinleri çıkararak düşük besinli bambu yiyeceklerine uyum sağlama yeteneğini artırmaya yardımcı olabilir.
Pseudogene analizi
Ayrıca tüm genom düzeyinde dev pandalar ve kırmızı pandalar tarafından paylaşılan sözde genleri de analiz ettiler. Sözde genler, yapı olarak normal genlere benzer, ancak normal işlevlerini kaybetmiş DNA dizileridir. Et lezzetini algılayan umami reseptör geni TAS1R1 de dahil olmak üzere pandalar ve kırmızı pandalar tarafından paylaşılan 10 sahte gen belirlediler. Analiz, TAS1R1'in hem dev hem de kırmızı pandalarda sahte olduğunu, kutup ayıları, yaban gelinciği, köpekler ve kaplanlar gibi diğer etoburların genlerinin hepsinin normal olduğunu ve beslenme alışkanlıklarının uzmanlaşmasının neden olduğu ilginç bir genetik yakınsama olayını gösterdiğini buldu. Dev ve kırmızı pandaların etçil ve omnivor diyetinden bitki bazlı gıdalara ve nihayetinde özel diyete doğru evriminin bir yansımasıdır. Daha ileri analizler, kırmızı panda TAS1R1 geninin sözde genleştirme süresinin, kırmızı pandanın diyetinin bitki besininin bir kısmına dönüştürülmesinden sonra, yani kırmızı pandanın diyetinin bitki besininin bir kısmına dönüştürülmesinden sonra olması gerektiğini gösterdi, umami reseptör proteini TAS1R1'in kullanımı artmaktaydı. Daha az, zamanla gen sonunda inaktif hale gelir.
Şekil 4 Umami tat reseptör geni TAS1R1, ekleme / silme mutasyonları nedeniyle dev pandalarda ve kırmızı pandalarda psöojenize edilirken, etobur kutup ayılarının, gelinciklerin, köpeklerin ve kaplanların gen yapıları normaldir.
Yukarıdaki araştırma, dev panda (Ailuropoda melanoleuca) ve kırmızı panda (Ailurus fulgens) olmak üzere iki etçil türün morfolojik ve fizyolojik özelliklerinin yakınsak evriminin genetik mekanizmasını ortaya çıkarmak için karşılaştırmalı genomik yöntemler kullandı. Evrimsel biyolojide sıcak bir konu olan yakınsak evrim için yeni bir araştırma vakası sağlar.
Bu çalışma, Çin Bilimler Akademisi Zooloji Enstitüsü'nden araştırmacı Wei Fuwen önderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından tamamlandı.Sonuçlar, Ulusal Bilimler Akademisi'ndeki bambu yiyen dev ile kırmızı pandalar arasındaki yakınsak evrimi ortaya koyuyor. Gazetede.
