Гените ALX1 и HMGA2 ја одредуваат формата и големината на клунот во Дарвиновите прсти; Писанијата Санкоре;
На 27 декември 1831 година, Чарлс Дарвин (22) ја започна својата светска турнеја со истражувачкиот и истражувачки брод HMS1 Beagle. Малиот бриг започнува од Плимут во Англија и би требало да ги испита бреговите на Јужна Америка и да се врати во Англија преку Австралија и Африка. Патувањето трае пет години, при што Дарвин собира многу животни од различни региони на светот. Од 15 септември до 20 октомври 1835 година, ХМС Бигл престојувал покрај Еквадор на островите Галапагос. Меѓу птиците застрелани на овие острови има 31 примерок на галапагосси, подоцна наречени дарови на Дарвин.
Назад во Англија, Дарвин оди да ги среди колекциите на животни што ги собра на своето патување и одново и одново го поставува истото прашање: Дали животните кои изгледаат малку поинакви, се само прашање на варијации во популацијата или од различни видови? Што прави овој вид разновидност да се појави? Како се одржува од генерација на генерација? Дарвин цел живот се бореше со оваа загатка, но и покрај сите напори, тој никогаш не го најде одговорот.
Понекогаш овие отстапувања може да се поделат на класи - ова е она што биолозите го нарекуваат полиморфизам (грчки „разновидност“). Ние знаеме генетски детерминирани полиморфизми од експериментите на Мендел со грашок. Некои растенија од грашок имаа бели цветови, некои црвени, некои семе од грашок беа зелени, други жолти, некои семе од грашок беа кружни, други збрчкани.
Дарвин и Мендел биле современици, но не биле во научна размена едни со други. Книгата на Дарвин, Различните форми на цвеќе на растенија од ист вид, исто така може да доведе до откритие што го направил Мендел. Но, Дарвин го сврте вниманието на нешто друго: варијацијата на квантитативната одлика беше во срцето на Дарвиновата теорија за еволуција, а квантитативната варијација е последното место каде што ќе се гледа наследството на Менделијан во чиста форма [1]. Покрај тоа, првично беше нејасно како природната селекција резултираше со континуирана промена на квантитативната карактеристика, како на пр Б. може да предизвика големина на растение од грашок ако генетските фактори според Менделс - откриени во полиморфизмите - се дискретни единици. Роналд Фишер беше во можност да ја реши оваа очигледна противречност во 1918 година, покажувајќи дека интеракцијата на многу гени резултира со токму оние континуирани промени што се забележуваат во природата.
Денес генетиката е многу понапредна отколку во времето на Мендел и е составен дел од еволутивните истражувања. Еволутивните генетичари затоа се обидуваат да направат полиморфизми како што се Б. формата на клунот и квантитативни карактеристични варијации како што се големината на клунот, што природната селекција може да ги користи за наоѓање гени.
Обликот и големината на клунот се адаптации за карпите на Дарвин. Во еволутивната биологија, адаптација значи генетски детерминирана адаптација што се појавила како резултат на мутации и природна селекција. Специфични клетки на нервниот гребен, кои мигрираат кон черепот за време на ембрионалниот развој, се одговорни за обликот и големината на клунот. Претходно беше непознато кои гени играат улога во формата и големината на клунот. Леиф Андерсон од Универзитетот во Упсала во Шведска и неговиот истражувачки тим бараа гени во родот Геоспиза на островите Галапагос кои се одговорни за наследната варијација на обликот на клунот [2].
За да го направат ова, тие ги споредија ДНК секвенците на заземјуваните финиши со тап клун со оние со зашилен клун низ геномот. Научниците испитале три основни мапи на сипки и четири основни популации на финиш:
Генетичарите откриле повеќето разлики во ДНК секвенците во генот ALX1 (ALX хомеобокс 1). Генот ALX12 кодира протеин кој е неопходен за нормален развој на черепот и лицето кај 'рбетниците. Мутациите кои го деактивираат генот ALX1 предизвикуваат хумана фротоназална дисплазија, специфично нарушување на ембрионалниот развој што доведува до малформации на носот, челото и очите. Исто така, се верува дека генот ALX1 е активен во клетките на нервниот грб кои се одговорни за формирање на клунот.
Протеинот ALX1 е фактор на транскрипција. Факторите на транскрипција се регулаторни протеини кои врзуваат специфични низи во ДНК за да го промовираат или потиснат изразот на гени. Затоа, тие можат да бидат активатори кои „вклучуваат“ генски израз или репресори кои „исклучуваат“ генски изрази. Особено, факторот за транскрипција ALX1 ја контролира активноста на гените кои го регулираат растот и поделбата на клетките (пролиферација) и движењето на клетките (миграција). Овие гени се грижат за време на ембрионалниот развој дека клетките растат и престануваат да растат во одредени периоди и дека се правилно поставени во телото.
Генетичарите пронајдоа две варијанти, т.н. алели, на генот ALX1 во мелевите сирови. Алелот Б (b = тап) доведува до тапи клунови, алелот P (p = зашилен) до зашилен. Огромното мнозинство на гени егзистираат двапати во телесните клетки на мелевиот финч. Ген на мајката и ген на таткото. Дали мајката и таткото го пренеле истиот алел (т.е. истата варијанта на генот) на потомството, на пр. На пример, во генот ALX1, обата алела Б, потомството е хомозиготно за генот ALX1. Ако алелите се разликуваат е z. B. мајчиниот алел Б и татковскиот алел Р, потомството е хетерозиготно за генот ALX1.
Скоро сите измет испитани кај популациите со тап клун (Great Ground Finch и Opuntia Ground Finch на островот Еспањола) беа хомозиготни за алелот Б на островот Волк) биле хомозиготни за алелот П. Алелите Б и П се фиксни алели во овие основни популации на финиш. Фиксен алел е алел кој е единствената варијанта што постои за тој ген кај целата популација. Сите животни во популацијата се хомозиготни за фиксниот алел.
Особено е интересно тоа што генот ALX1 во средната земја (Geospiza fortis) е полиморфен. Генетичарите се однесуваат на ген како полиморфен ако има повеќе алели за генот во популацијата. Наб observудувањата на теренот покажаа дека овој вид има и различни форми на клун. ПП хомозиготните средоземни удари имаат тенденција да имаат релативно долги, зашилени клунови, BB хомозиготите имаа релативно длабоки, тапи клунови, додека BP хетерозиготите имаа средни клунови.
„Највозбудливиот и најзначајниот резултат беше што генетската варијација на генот ALX1 е поврзана со варијацијата на обликот на клунот не само помеѓу видовите на дарвиновиот пердув, туку и помеѓу индивидуите од видот, средниот коп“, објаснува Леиф Андерсон кој ја водеше студијата.
Еколошкото поместување на одликите
Еколошкото поместување на карактеристиките е за тоа колку големи се разликите во карактеристиките, како на пр B. разликата во големината на клунот помеѓу два слични вида во различни живеалишта. Во живеалиште во кое еден вид се наоѓа сам, тој е надворешно прилично сличен на другите видови, бидејќи разликите во карактеристиките се прилично мали. Видовите дури можат да бидат многу тешко да се разликуваат едни од други. Во живеалиште во кое двата вида се појавуваат заедно, двата вида се надворешно сосема различни, бидејќи разликите во карактеристиките се големи. Двата типа затоа полесно се разликуваат едни од други во областа на преклопување.
За да се објасни оваа појава, еволутивните биолози Вилијам Луис Браун јуниор и Едвард Озборн Вилсон ја развија теоријата за поместување на еколошките одлики во 1956 година [3]. Идејата зад оваа теорија е многу едноставна: да претпоставиме дека два многу слични вида доаѓаат во контакт. Ако ресурсите се ограничени, видовите веројатно ќе се натпреваруваат силно и еден можен исход е исклучување: подобро адаптираниот конкурент ќе преживее, а помалку адаптираниот конкурент ќе изумре. Но, алтернативна можност е природната селекција кај секој вид да ги фаворизира оние индивидуи чија карактеристична варијанта, на пр. Б. големината на клунот им овозможува да користат ресурси што не ги користат припадниците на другите видови. Резултатот може да биде дека видовите почнуваат да се разминуваат во однос на употребата на фенотипот и ресурсите (оттука и терминот поместување), намалувајќи ја конкуренцијата на ресурсите и дозволувајќи соживот.
Тимот на истражувачи на Леиф Андерсон забележал еколошко поместување на обележјата во мелевите на островот Галапагос Мејџор Дафне и го идентификувал поврзаниот ген [4]. На Големата Дафна, средниот мелез (Geospiza fortis) и големиот мележ (Geospiza magnirostris) делат живеалиште и се хранат со семе. Помеѓу 2004 и 2005 година имаше голема суша и снабдувањето со големи семиња стана оскудно. Финчињата со големи клунови сега беа во неповолна положба во споредба со големите мелеви и беа изумрени. Како резултат на тоа, просечната големина на клунот кај населението на средноземјени нагло се намали со генерации.
Генетичарите ги споредија ДНК секвенците на средноземните фини кои ја преживеаја сушата со оние на средноземните удари кои починаа за време на сушата. Тие откриле повеќето разлики во генот HMGA2 (висока подвижност АТ-кука 2). Генот бил присутен во два алела, L и S. Средните мелодии со големи сметки беа хомозиготни за L алелот (l = голем). Средните мелници со мал клун беа хомозиготни за алелот S (s = мал).
Како што се очекуваше, пропорционално повеќе лица од СС (со мали клунови) ја преживеаја сушата, додека пропорционално повеќе лица со LL (со големи клунови) починаа. Хетерозиготните ЛС индивидуални пропорционално покажаа просечна стапка на преживување, што зборува за додаток на генетски ефект.
HMGA2 е хроматин-поврзан протеин, кој се чини дека нема внатрешна активност на транскрипција, но ги потенцира ефектите на другите фактори на транскрипција. „Протеинот HMGA2 го модифицира изразот на гените, но точниот механизам со кој ја контролира големината на клунот во дамките на Дарвин е непознат“, рече Леиф Андерсон.
фуснота
1. HMS се залага за „Близу на неговото величество“. Патувањето води преку Островите Зелено'ртски Острови, долж источниот и западниот брег на Јужна Америка, до островите Галапагос, до Тахити, Нов Зеланд, Тасманија, Маурициус, Кејп Таун, повторно Јужна Америка и над Азорските Острови назад во Англија.