Версия для слабовидящих
Механизм возникновения биологического разнообразия Печать Email
Новости об инновациях
30.05.2014

Биологи-дарвинисты из Массачусетского университета (США), провели исследование, которое показало как мутация всего в одном гене во время процесса развития, может привести не только к появлению различных форм черепа и челюсти, но и определить рацион, позволяя занять определенную нишу в животном мире.

Исследование цихлида, проведенное биологом-дарвинистом Йинаном Ху (Yinan Hu) и его помощником Крейгом Альбертсоном (Craig Albertson), это один из первых шагов, направленных на определение влияния изменения одного гена на признак и функции. Труд опубликован в интернет-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как говорит Альбертсон, до сих пор эволюционная биология развития была сосредоточена на связи генетических изменений с эволюцией различных анатомических форм, или морфологии, и не преуспела в определении того, как эти изменения влияли на поведение организмов в окружающей среде. Это оставляло пробел в понимании того, что позволяет видам адаптироваться в новой среде.

«Не форма организма определяет его пригодность к окружающей среде, а то, как организм взаимодействует с окружающей средой, определяет его выживаемость. Форма это лишь часть, а функция приближает нас к пониманию того, насколько животное вписывается в окружение. Я думаю, что в нашем исследовании мы углубили наши знания о том, как гены и генетические вариации влияют на экологическую пригодность», – говорит он.

В своей работе, Ху и Альбертсон совместили традиционное генетическое картирование и экспериментальную эмбриологию, чтобы показать как изменение в гене ptch1 («patch1»), входящем в сигнальный путь, влияют на развитие черепа и челюсти африканских цихлид, приводят к внешним изменениям. Они также смоделировали череп этих рыб, чтобы показать, как эти генетические изменения и их анатомические последствия определяют механизм питания.

Африканские цихлиды – это идеальная модельная система для изучения того, как образуется и развивается биоразнообразие, по словам Альбертсона это связанно с «беспрецедентным количеством их видов, развившихся за короткое время».

«Patch1 – это хорошо изученный ген, связанный с различными аспектами строения организмов во время развития. Мы показали то, как различные изменения этого гена влияют на череп, который в свою очередь должен влиять на то, как рыба живет. Одна форма гена позволяет рыбе быстрее двигать челюстью, таким образом, ей проще ловить быструю жертву. Другая – делает челюсть более медленной, но более мощной, что лучше для поимки добычи покрупнее. Это происходит благодаря изменению сразу многих костей в голове. Другими словами, эти простые модификации позволяют организмам занять другую экологическую нишу», – говорит Ху.

Для этих экспериментов Ху и Альбертсон рассматривали череп рыбы не просто как набор костей, связок и мышц, а как динамическое механическое устройство, способное выполнять сложный диапазон движений. В частности они применяли основу механической инженерии: шарнирный четырехзвенник – простую подвижную цепочку с четырьмя суставами, для понимания того, как генетические изменения черепа влияют на движения челюстей.

Череп рыбы – это сложный динамический механизм, с множеством костей, способных двигаться независимо друг от друга. Биологи использовали концепции механической инженерии, чтобы разобраться в этом. Ху и Альбертсон отмечают в исследовании, что изменения в гене ptch1 приводят к изменению длины двух из трех подвижных звеньев этой четырехзвенной системе. В результате получаются две различных формы черепа с различной кинематической схемой, или геометрией движения челюстями.

Говоря об этих изменениях в форме и кинематической схеме черепа, Альбертсон добавляет:

«Влияние различных вариаций ptch1 на развитие челюсти может помочь объяснить, как эта группа смогла образовать такое количество видов в такой короткий период времени. Одно генетическое изменение влияет на множество элементов скелета, таким образом, меняя механизм питания. Естественному отбору не нужно координировать изменения сразу в нескольких генах, чтобы дать видам возможность адаптироваться к новой среде. Небольшого количества изменений, скорее всего, достаточно для того, чтобы конкурирующие виды попадали в разные ниши, создавая возможность для сосуществования. В этом истинная суть биоразнообразия – насколько эффективно виды способны адаптироваться в меняющихся условиях».

Описанное влияние ptch1 на развитие цихлид ограничено лишь нижней челюстью, в другой недавней работе, опубликованной в Nature Communications, Альбертсон и его коллеги демонстрируют то, как изменения другом молекулярном пути – Wnt/β катенине, могут привести к функциональным изменениям верхней челюсти цихлида.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/mekhanizm-vozniknoveniya-biologicheskogo-raznoobraziya

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта