Nowe odkrycia w ewolucji molekularnej
Kasia Kuleszewicz | 2007-11-19
Ewolucja jest procesem prowadzącym do różnorodności biologicznej. Nie wszystkie geny są jednak w jednakowym stopniu poddawane modyfikacjom. Naukowcy zbadali od czego zależy, które geny zostaną zmodyfikowane, a także przeanalizowali przypadek konsekwencji replikacji całego genomu u drożdży.
Ewolucja jest procesem w którym dziedziczone cechy występujące w populacji i które przekazywane są na potomne pokolenia ulegają modyfikacji. Cechy te to na przykład ekspresja genów kopiowanych i przekazywanych podczas reprodukcji. Mutacje w tych genach mogą prowadzić do stworzenia nowych lub zmodyfikowanych cech, których rezultatem będzie dziedziczna różnica między organizmami.
Wszystkie zmiany obserwowane w danym organizmie są wynikiem zmian molekularnych jakie zachodzą w materiale genetycznym tego organizmu. Nie chodzi jedynie o geny, które jak wiadomo zajmują niewielki procent całego genomu, ale o introny, sekwencje powtórzone oraz geny kodujące RNA.
Nowe cechy mogą być także rezultatem transferu genów pomiędzy populacjami, tak jak podczas migracji czy pomiędzy różnymi gatunkami w poziomym transferze genów.
Ewolucja następuje kiedy te dziedziczne różnice stają się coraz częstsze lub rzadsze w populacji. Może to być wynikiem naturalnej selekcji lub dryftu genetycznego.
Modyfikacja jednej cząsteczki działającej w komórce może spowodować cały ciąg zmian prowadzących w końcu do trwałej zmiany i ewolucji komórki. Zatem taka jednostkowa modyfikacja może mieć całą gamę różnych istotnych konsekwencji. Jak już wcześniej zauważono zmiany w cząsteczkach dotyczących funkcjonowania genów i białek miały wpływ na ewolucję.
Naukowcy z Weizmann Institute*s Molecular Genetics Department analizowali w ostatnim czasie ekspresję genów, proces podczas którego informacja zawarta w materiale genetycznym „tłumaczona” jest na odpowiednie białka, oraz ewolucję mechanizmu ją kontrolującego.
Badanie zostało opisane na stronie American Committee for the Weizmann Institute of Science, a badania zostały nagrodzone za innowacyjność grantem na 5 lat dalszych badań.
Zmiany w genach, co w konsekwencji może skutkować zmianami w strukturze białek, mogą nadać komórkom nowe właściwości lub pozwolić im przetrwać w niekorzystnych warunkach. Jednak mogą być one także przyczyną choroby organizmu lub jego śmierci.
Jak się okazuje nie wszystkie geny ewoluują w tym samym stopniu i z tą sama szybkością. Niektóre geny były zakonserwowane przez długie okresy czasu, czego dowodem są geny o bardzo podobnej budowie i funkcjach występujące u tak odległych ewolucyjnie grup jak drożdże, rośliny, robaki, muchy i ludzie.
Jakie zatem czynniki wpływają i od czego zależy które geny podlegają zmianom podczas ewolucji? Oczywistym jest, że zakonserwowane geny spełniają uniwersalne i podstawowe funkcje potrzebne do życia organizmu, a modyfikacje jakim ulegają mogłyby pociągać za sobą drastyczne konsekwencje takie jak śmierć czy utrudnienie rozmnażania. Jak zatem ewolucja decyduje które geny muszą być zakonserwowane, a które mogą być zmieniane bez strat czy negatywnych skutków dla rozwoju organizmu. I w końcu, co sprawia że geny te nie podlegają zmianom?
Naukowcy odkryli, że genetyczna sekwencja obecna w odcinku promotora genu zawiera kluczową informację dla konserwacji danego genu. Geny, które zawierają sekwencję TATA w promotorze mają większą szansę ulec zmianom niż te które nie zawierają TATA box. TATA box jest sekwencją, która bierze udział w inicjacji transkrypcji, poprzez wiązanie białka TBP (TATA-binding protein) rozpoznawanego przez polimerazę RNA. Zatem poziom ryzyka modyfikacji zapisany jest w kodzie genetycznym.
Naukowcy badali także efekty drastycznych zmian w materiale genetycznym jakie zachodziły podczas ewolucji, w tym także podwojenie całego genomu. Przeanalizowano dwa spokrewnione gatunki drożdży, spośród których jeden – S.cerevisiae przeszedł podwojenie genomu miliony lat temu. Po tym wydarzeniu drożdże zdobyły nową umiejętność wzrostu i mnożenia się w otoczeniu ubogim w tlen.
Nie było jednak wiadomo, czy cecha ta jest związana ze zmianą w ekspresji genów. Naukowcy przetestowali 50 genów, które są zaangażowane w przetwarzanie tlenu u obu gatunków. Analiza ujawniła zmianę w sekwencji genu odpowiedzialnego za ekspresję tych genów. Zmiana w tym pojedynczym genie wystąpiła prawdopodobnie na skutek podwojenia genomu u drożdży. Efekt tej jednej zmiany miał wpływ na 50 kolejnych genów, co z kolei wpłynęło na wymagania tlenowe tych organizmów.
Nabyta cecha niezależności w stosunku do obecności tlenu dałaby S.cerevisae dużą przewagę nad innymi drożdżami gdyby na ziemi zmieniły się warunki atmosferyczne i atmosfera stała się beztlenowa.
Wspomniana mutacja jest typowym przykładem zmian jakie zachodzą w ciągu ewolucji i które powodują zmienność organizmów.
Źródła:
- American Committee for the Weizmann Institute of Science
- Wikipedia.org: Ewolucja_biologiczna
Komentarze
Szympek | 2008-01-24 00:00:00
Hmm, gdyby bylo to napisane w moim jezyku, tomoze bym skorzystal:P ale iz rzekomo nie mam na to czasu, to niestety muszęę udać się do inne forum poswiecone tymze odkryciom biologicznym. Serdecznie pozdraaiam, i dziekuje za WIELKA pomoc..