Dünyadaki yaşamın evriminin şok edici gizemi!
Milyarlarca evrim sırasında yeryüzündeki yaşam ne tür inişler ve çıkışlar yaşadı? Kaç kader dönüşü deneyimledin? Bugün, İnsan Genom Projesi ile hayatın tüm başarıları ve başarısızlıkları dünyaya açıklanmaktadır.
3 milyar yıl önce vücudumuzda
GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCTCCAATAGCGTATATTAAAGTTGCTGCAGTTAAAAAG, bu DNA dizisi bir grup bozuk koda benziyor, ancak olağanüstüdür. Dünyadaki tüm yaşamda mevcuttur. İster denizin dibindeki kaplıcalardan, ister gökyüzündeki bulutlardaki soğuk bakterilerden olsun, hayatı nerede bulursanız bulun, istisnasız bulabilirsiniz. Dev virüsler gibi kesinlikle canlı olmayan bazı organizmalarda bile bulabilirsiniz.
Bu sekansın bu kadar yaygın olmasının nedeni, dünyadaki tüm yaşamın ortak atası olması ve yaşam formlarında anahtar rol oynamasıdır, bu nedenle ortaya çıktığından beri çok az değişiklik olmuştur. Diğer bir deyişle, vücudunuzdaki DNA'nın bir kısmının uzun bir geçmişi var, yaklaşık 3 milyar yıllık inanılmaz bir geçmişi var, size ulaşmak milyarlarca el aldı.
Bu süper kadim DNA'ya ek olarak, DNA'nızın bir kısmı yepyeni. Her insanın vücudunda ebeveynlerinin sahip olmadığı yaklaşık 100 genetik mutasyon vardır: dizideki bir veya iki harf farklıdır veya bir parça DNA dizisi eksik veya fazladır.
Bilim adamları, genomları karşılaştırarak size hangi DNA'nın yeni ve hangisinin eski olduğunu söyleyebilirler. Örneğin, genlerinizi kardeşlerinizle karşılaştırırsanız, yeni genetik mutasyonlar, insan ve hayvan genomlarını karşılaştırırken bazı daha eski genler bulabilirsiniz.
Dolayısıyla genom, sadece yaşamın gizli tarifi değil, aynı zamanda canlı bir tarihsel tasvirdir. Ve genomumuz çok büyük olduğu için - 6 milyardan fazla DNA kodundan oluşuyor - tüm geçmişimizi çok detaylı olarak kaydediyor. İlkel yaşamdan şimdiye kadar yaşamın doğumundan bu yana tüm evrimsel süreçlerin izini sürmemizi sağlarlar.
Bilim adamları, DNA kodunun ortaya çıkardığı sırlar aracılığıyla, yaşamın atalarının sadece sonsuz hayatta kalma savaşlarına girdiklerini değil, aynı zamanda muhteşem "gen savaşları" olduğunu keşfetmeye başladılar.
Hayatın ortak atası
Hayat ilk olarak RNA'dan doğdu. Bu "çok yönlü" molekül yalnızca bilgiyi depolamakla kalmaz, aynı zamanda reaksiyonu hızlandırabilen katalitik bir etkiye de sahiptir, bu da bazı RNA'nın kendi kendini katalizleyebildiği ve kopyalayabildiği anlamına gelir. Ve bir RNA molekülü kendini kopyalamaya başlar başlamaz, genom ortaya çıkacaktır. Bu şekilde ilk genom doğdu.
RNA'nın dezavantajı kararsızlığıdır.Bu nedenle, DNA'nın ortaya çıkmasından sonra, yaşam bilgiyi RNA'dan biraz farklı olan ve kolay bölünemeyen başka bir "omurga" üzerinde depolamayı seçmiştir. Protein, RNA'yı katalizör olarak kullanmayı seçer ve reaksiyonlar arasında iğne ipliği açma rolünü tam olarak oynamasına izin verir. DNA, protein yapım yöntemini kaydeder ve bu "sırları" RNA'ya aktarır ve ardından bunları "protein üretim makinesine" iletir. RNA-DNA-protein birlikte yaşamı yarattı.
Yaklaşık 3.5 milyar yıl önce, belirli bir organizmanın zaten RNA ve protein üretebilen bir genomu vardı - bu, tüm yaşamın en eski ortak atasıdır ve toplamda 1.000'den fazla gen içerir. Bilim adamları, tüm canlı organizmalarda bu kaynağa kadar izlenebilecek en az 100 gen olduğuna inanıyorlar, bunların arasında bu makalenin başında bahsedilen her yerde bulunan DNA dizisi de var.
Bu ortak atanın, protein üretimi de dahil olmak üzere bugün yaşamın birçok temel işlevi vardır. Ancak işlevleri bugün bildiklerimizden tamamen farklı olabilir. Bazı araştırmacılar, ortak atamızın bir zarla çevrili bağımsız bir hücre olmadığına, deniz altındaki kaplıcaların alkali gözeneklerinde yaşayan birçok virüs benzeri birimin bir karışımı olduğuna inanıyor.
Yavaş yavaş, ortak atanın virüs karışımları, metanla beslenen arkealar geliştirdi.Yüz milyonlarca yıl sonra, bu arke dalı, fotosentetik siyanobakterilere ve oksijenle beslenen aerobik bakterilere dönüştü. Daha sonra, yaklaşık 2 milyar yıl önce, aerobik bakteriler yanlışlıkla fagositik kabiliyete sahip büyük bir arkeaya girdi ve onunla karşılıklı olarak yararlı bir simbiyotik ilişki kurdu. Nesilden sonra nesilden sonra, aerobik bakteriler yavaş yavaş mitokondriye dönüştüler ve hücre içinde enerji sağlayan ve hücreyi enerji kısıtlamalarından kurtaran "enerji fabrikası" haline geldi. O zamandan beri ökaryot olan yeni bir yaşam biçimi doğdu. Ökaryotların ortaya çıkışı, genomu değiştirdi ve ilk hayvanların evriminin yolunu açtı.
Genellikle basit organizmaların karmaşık organizmalara dönüşmesinin doğal olduğunu düşünürüz, ancak gerçekte, iki eski ata bakteri arasında bir ittifak yoksa, karmaşık yaşam asla ortaya çıkmayabilir. Çünkü güçlerini birleştirmezlerse, enerji bariyerini asla aşamazlar.
Ayrıca mitokondrinin ataları da bize pek çok gen katkısında bulundu. İlkel aerobik bakteriler yaklaşık 3.000 gen içeriyordu, ancak zamanla, genlerin çoğu ya kayboldu ya da ana genoma aktarıldı ve mevcut mitokondride genlerin sadece küçük bir kısmı kaldı.
İttifaktan sonraki riskler ve zorluklar
Aerobik bakteriler ve arkeler arasındaki ittifak, açıkça hayata fayda sağlamasına rağmen, tehlikeye de eşlik ediyor. Özellikle antik mitokondriler, translokasyonların yanı sıra parazitik bakterilerden DNA parçalarını içeriyordu Bu tür genler, kendilerini kopyalamaktan başka bir şey yapamazlardı. Konakçı hücrede, kendilerini kopyalamaya devam ederler ve sonra konakçı genin bir yerinden diğerine geçerler ve bazen genomun içine gömülerek dizide birçok ilgisiz büyük DNA parçalarına neden olurlar. Alan-intronlar, pasta tarifine doldurulmuş anlamsız bir çorba tarifi gibidir.
Yaşamın erken dönemlerindeki DNA dizilerinin, özlü ve neredeyse hiç kodlamayan DNA'ya sahip olmayan küçük gen kümelerinden oluştuğu düşünülebilir.Bu, ilkel basit organizmaların çevreye uyum sağlamaları gereken bir özelliktir. Mevcut prokaryotlar, mitokondri ve kloroplastlar temelde bu özellikleri korurlar. Bununla birlikte, ökaryotik hücrelerde, transpozonlar ortalıkta dolaşırken ve rasgele olarak genoma yerleştirildiğinde, genom kaçınılmaz olarak birçok işe yaramaz intronu biriktirecektir.
Bu işe yaramaz intronlar son derece sıkıcıdır ve mutasyonlarla oynamayı severler. Erken ökaryotların karşılaştığı ciddi bir sorun, intronların gittikçe daha şiddetli bir şekilde mutasyona uğraması, genom işlevini ciddi şekilde bozması ve sonunda genlerin normal şekilde ifade edilememesine ve etkisiz hale gelmesine neden olmasıdır. Bu duruma yanıt olarak, bu erken ökaryotlar, RNA transkripsiyon genlerindeki intronları kesebilen, spliceozom adı verilen özel yapılar geliştirdiler.
Ancak birleştirme kör bir çözümdür, transkribe edilmiş RNA genlerini keser ve intronları orijinal DNA'dan çıkarmaz, bu nedenle bu yöntem son derece verimsizdir. Sadece bu değil, ekleme hızı da çok yavaştır: Birçok RNA intronu, protein üretim fabrikasına eklenmeden önce ulaşmıştır ve bu da çok sayıda mutant proteinin üretimine yol açmıştır.
Bu sorunu çözmek için, ökaryotlar mitokondri etrafında bir çekirdek geliştirir Çekirdek, "protein fabrikasını" izole eder ve enerjiyi boşa harcayacak işe yaramaz proteinlerin oluşumunu önlemek için yalnızca eklenmiş RNA'nın girip çıkmasına izin verir.
Eski atalarımız intronların çoğalmasıyla başa çıkmak için karmaşık bir mekanizma geliştirmiş olsalar da, yine de tüm sorunları çözemediler. Şimdiye kadar, genlerimizin her biri 8 kadar işe yaramaz intron içeriyor.
Neyse ki, uzun vadede, eklenen karmaşıklık ökaryotlara evrim için birçok yeni fırsat verecektir. Hücre çekirdeğinin oluşumu, hücrenin iç mekanizmasını daha karmaşık hale getirir Ökaryotik hücreler, kendi savunma mekanizmalarını geliştirebilir ve çeşitli mutant DNA ve virüslerin istilasına direnebilirler. Tüm bu yeni özellikler evrimsel bir patlamaya yol açtı. Ökaryotlar gelişti ve evrimin hızlı şeridine girdi.
Hatalar evrimi teşvik eder
Tamam, şimdi evrimin bir sonraki büyük aşamasına geçebiliriz: yaklaşık 800 milyon yıl önce, ökaryotik hücreler çeşitli koşulların yardımıyla çoklu hücreler oluşturdular ve mantarlar gibi daha büyük karmaşık organizmalar geliştirdiler. , Yosun, her türlü hayvan ve bitki.
Evrimin nedenlerinden biri, hücre birleşmesi ve birbirleri arasında bilgi alışverişi gibi daha fazla işleve hazırlanabilen daha fazla gene sahip olmalarıdır. Daha da önemlisi, gen modülerliğinin bu özelliği evrim sürecini hızlandırır. Örneğin, hücreleri bir arada tutan bir protein, biri hücre zarı arasında, diğeri zar dışında olmak üzere iki bölümden oluşur. Gen modülleri ile, tüm farklı tipteki ekstra membran proteinleri entegre edilebilir ve membranlar arasında uzanan parçalara yapıştırılabilir, bu da proteinlerin giderek daha karmaşık işlevleri yerine getirmesine olanak tanır.
Ek olarak, ökaryotların daha gelişmiş gen kontrol mekanizmaları da hücre fonksiyonlarını daha spesifik hale getirebilir. Farklı genlerin açılıp kapanmasını kontrol ederek, farklı hücre türleri çeşitli roller oynayabilir. Bu şekilde, organizmalar farklı dokular geliştirmeye başlayabilir ve böylece basit erken hayvanlardan daha karmaşık hayvanlara dönüşmeye başlayabilir.
Bir sonraki büyük sıçramaya iki "genetik kaza" neden oldu. Omurgalıların atalarında, çoğaltma iki kez yanlış gitti - çok kazara, tüm genom iki kez kopyalandı Bu son derece nadirdir, çünkü genom kopyalanması çok sayıda fazlalık gen üretir.
Bu fazlalık genler anlamsız görünüyor ve çoğu daha sonra kayboldu, ancak bazıları tutuldu ve hücreler tarafından tamamen kullanıldı, vücudun gelişim aşamasında kullanılabilecek kontrol genleri haline gelme gibi önemli yeni roller oynadı. Vücudun büyümesini kontrol edin. Genel olarak bu genlerin iç iskeletin evriminde anahtar rol oynadığına inanılmaktadır.
Cinsel faydalar
Yaşamın evriminde uzun bir süre, basit hücreler cinsel katılım olmadan gen alışverişinde bulunurlar. Partenoseksüel üreme geometrik, hızlı ve kullanışlı bir şekilde büyür, ancak mutasyon mekanizmasından yoksundur. Cinsel üreme, aynı türün farklı bireyleri arasındaki gen akışını gerçekleştirir. Cinsiyet değiştiren genlerin gelecek neslin üretimi, bir genetik rekombinasyon sürecidir. Rekombinasyon temel bir sorunu çözer: Bir dizi boncuk gibi olabilir, orijinal kolyeyi parçalarına ayırabilir ve genleri yeniden birbirine bağlayabilir.
İçinde yanlışlıkla kötü bir boncuk bulunan güzel bir inci kolyeniz olduğunu hayal edin. Bu boncuğu değiştiremezseniz, tüm kolyeden vazgeçmelisiniz, aksi takdirde kusurlu bir kolye takmanız gerekecektir. Benzer şekilde, eğer yararlı bir mutasyon, olumsuz bir mutasyonun yanında ise, bununla baş etmenin yalnızca iki yolu vardır: Ya ikisini de atın ya da zararlı mutasyonu bırakmak zorunda kalır, böylece kusur yararlı mutasyonu sürüklemeye devam eder.
Yeniden yapılanma size inci takas etme fırsatı verir. Nasıl ki, yeniden yapılanma yoluyla hem mükemmel bir inci kolye hem de kusurlu bir kolye yapabildiğiniz gibi, yavrularınızdan bazıları kusurlu genleri ortadan kaldırdı ve mükemmel ve mükemmel genler elde etti ve sağlıklı bir şekilde büyüyecekler; diğerleri Yavrular, kusurlu geni miras alabilir ve bu "şanssız" bireyler muhtemelen ölür.
Gen sistemindeki bu yenilik, türlerin çeşitliliğini büyük ölçüde artırdı, çevresel değişikliklere uyum sağlama yeteneğini geliştirdi ve çeşitlilikteki artış, biyolojik evrim oranını da hızlandırdı, türlerin çeşitliliğini ve ekolojiyi teşvik etti ve dünyadaki her şey çok zengin hale geldi. Renkli.
Bununla birlikte, tek tek organizmalar söz konusu olduğunda, biseksüel üremenin hiçbir faydası yoktur, genetik materyalini değişmez şekilde yavrulara aktaramaz. Döllenme ve embriyoların gelişmesini sağlamak için eşeyli üreme, bir dizi organın evrimini ve oldukça zahmetli bir dizi fizyolojik süreci gerektirir. Ve doğada, erkekler ve dişiler birbirlerini tanımak ve üreme hakları için rekabet edebilmek için özel yapılar geliştirirler, örneğin erkek hayvanlar güçlü dişler çıkarır; erkek kuşlar güzel tüyler çıkarır vb. Bireysel çıkarlar açısından cinsel üremede hiçbir avantaj yoktur, ancak bir grup mirası olarak cinsel üremenin önemi açıktır.
Biz galip gelenlerin torunlarıyız
Tüm gezegende hayatta kalma mücadelesinde, omurgalıların çok başarılı olduğu söylenebilir: Okyanusu fethettiler, karayı işgal ettiler, ormana kaçtılar ve sonunda en zeki primat olan iki kişi ile yürüyen adamı geliştirdiler.
Bizi diğer maymunlardan bu kadar farklı kılan nedir? Çok bariz bir fark var: İnsanlarda 23 çift kromozom varken, maymun atalarımızda 24 çift var.
Esasen, bir kromozom "paketlenmiş" bir genler kümesidir, bu nedenle kromozomlar gerekli genlere sahip oldukları sürece, birkaç veya daha fazla birleşmeleri veya bölünmeleri arasında çok fazla fark olmamalıdır. Ancak durum böyle değil: Kromozomların evrimindeki bir dizi küçük değişiklik beynimizi ve bedenimizi yavaş yavaş değiştirdi. Şimdiye kadar, bilim adamları birkaç anahtar mutasyon tespit ettiler, ancak bu sadece başlangıç ve binlerce mutasyon olabilir.
Evrim tarihindeki birçok önemli olay mutasyonlardan kaynaklanmıştır. Örneğin, organizmada organizmanın şeklini özel olarak düzenleyen bir gen sınıfı vardır ve bu genler mutasyona uğradıktan sonra vücudun bir kısmı deforme olur. Aslında insan evriminin başlangıcında, bir gendeki mutasyon nedeniyle insan kasları, ataları maymunlar kadar gelişmemişti.
Ek olarak, virüsler ve parazitik bakteriler yaşamın evriminde büyük rol oynamıştır. Hücrelerimizi istila ediyorlar, yok etmeye çalışıyorlar, genlerimizi dışarı atıyorlar ve hatta değiştiriyorlar, bu da bize evrim yolunda büyük bir bedele mal oluyor. Ancak varlıkları nedeniyle, genomumuz onlara karşı savaşma sürecinde giderek güçlendi.
Evrim yolunda sayısız iniş çıkışlar ve sayısız trajik başarısızlık yaşanmaktadır ve "genler savaşı" nedeniyle sayısız hayvan ölmüştür. Şimdiye kadar yaşayan hepimiz piyango ödülünü kazanmanın çocuklarıyız ve ödül, yavrularının daha uzun yaşayabilmesidir. Tarih galipler tarafından yazılırsa, o zaman genomumuz zaferin izidir, başarılı bir şekilde yaratılan ve inatla hayatta kalan cesur atalar tarafından yazılan tarih.
Aslında, genomumuz mükemmel bir bitmiş ürün olmaktan çok uzaktır. Aksine, genetik parçaların ve çeşitli tesadüflerin eski parazit kalıntılarının bir araya getirilmesidir.Kontrolörsüz çılgın deneylerin ürünüdür ve zaman zaman ölümcül hatalar meydana gelecektir. Bu süreç günümüzde de devam ediyor - belki herhangi bir hastanede genetik hastalıklardan ölen çocukları bulabilirsiniz. Ancak embriyo taraması gibi yöntemler nedeniyle bilim adamları insan genomunun evrimini kontrol etmeye başladılar. Genetik kalıtımı kontrol edebilecek yeni bir çağ geliyor.
