Dowody na ewolucję: Bezwłose zwierzęta mają martwe geny na sierść

Genomy prawie wszystkich znanych nam zwierząt są cmentarzyskiem martwych genów. Stanowią one, podobnie jak nasze geny żółtka, niezbity dowód na ewolucję. Nadal tam są, ponieważ odziedziczyliśmy je po wspólnym przodku, ale ewolucja zwykle dezaktywuje niepotrzebne geny nie przez wycinanie ich z genomu, ale przez umożliwienie mutacjom „inaktywację”, likwidowanie produkcji białka przez te geny. (Alternatywnie inaktywacja może nastąpić poprzez zabicie genu promotora, który powoduje transkrypcję genu). Geny po prostu tam siedzą jako „ciche zapiski historii”.

Znaleziono oba typy martwych genów i opisano w nowym artykule w czasopiśmie „eLife”, a są to geny normalnie promujące wzrost włosów u krewnych tych gatunków, które straciły większość włosów. Fakt, że geny nadal istnieją, ale nie działają, po prostu nie może być wyjaśnione niczym innym niż wspólnym pochodzeniem. Właśnie dlatego kreacjoniści, tacy jak głupki, których opiszę w następnym poście, ignorują to. (Podobnie ignorują dowody z biogeografii wysp oceanicznych – również wyjaśnione w Ewolucja jest faktem – ponieważ nie ma kreacjonistycznego wyjaśnienia poza „Cóż, Bóg chciał, aby rzeczy wyglądały tak, jakby ewoluowały”).

To długi i skomplikowany artykuł z „eLife”, ale pokazana poniżej popularna wersja w „Science Alert” nie jest wystarczająco szczegółowa. Spróbuję uprościć artykuł „eLife”, ale podam więcej informacji niż popularne streszczenie.

Plik PDF z artykułem z „eLife” znajduje się tutaj.

W skrócie: autorzy zsekwencjonowali garstkę stosunkowo bezwłosych gatunków, które pochodzą od przodków, którzy mieli włosy, szukając genów wspólnych dla tych zestawów, które a. prawdopodobnie były zaangażowani w produkcję włosów, ale b. zostały inaktywowane u tych gatunków przez „osłabienie selekcji”. Oznacza to, że u tych gatunków nie było już doboru naturalnego, który utrzymywałby sierść (i miał dobry powód, aby tego nie robić), więc mutacje dezaktywujące geny – i elementy kontrolujące je – nagromadziły się. Co więcej, dobór naturalny może przyspieszyć ten trend, faworyzując warianty genów, które redukują owłosienie, albo dlatego, że geny, które powodują rośnięcie włosów, zużywają energię metaboliczną, na coś, co nie jest potrzebne, albo, co bardziej prawdopodobne, ponieważ włosy są przeszkodą w ich stylu życia.

Interesującą rzeczą w tym artykule jest to, że sekwencjonując DNA stosunkowo bezwłosych gatunków, znaleźli wspólne zestawy genów wśród bezwłosych gatunków, co sugeruje, że istniały wspólne ewolucyjno-genetyczne ścieżki redukcji włosów. Nazywa się to ewolucją zbieżną, która zwykle odnosi się do podobnego wyglądu organizmów, które prowadzą podobny styl życia, ale nie są blisko spokrewnione – jak kret torbacz i kret łożyskowy – ale w tym przypadku jest to zbieżność na poziomie genów.

Oto gatunki, którym się przyglądali:

nosorożec
słoń
golec piaskowy
człowiek
świnia
pancernik
mors
manat
delfin
orka

. . oraz podzbiór wszystkich badanych gatunków, pokazujący ich ewolucyjne pokrewieństwo. Uwielbiam przykład, którego używają dla ludzi:

Większość z tych zwierząt ma trochę włosów, ale autorzy nie bez powodu przypuszczają, że ich przodkowie byli znacznie bardziej owłosieni. Zapewne tak, chociaż słoń i manat mieli niedawno wspólnego przodka i nie jest jasne, czy ich bezwłosość wyewoluowała dwukrotnie. (Autorzy potwierdzają to, przytaczając istnienie włochatych mamutów jako zwierząt bliżej spokrewnionych ze współczesnym słoniem, sugerując, że przodek słonia był owłosiony. Ale włochate słonie mogły reprezentować ponowną ewolucję włosów u stosunkowo bezwłosego przodka. Podobnie z delfinami i orkami; nie jestem pewien, jak te dwa, które są dość blisko spokrewnionymi ssakami morskimi, można uznać za niezależnie łysiejące. Z drugiej strony mors, mniej spokrewniony, mógł stracić włosy niezależnie).

Przyjrzeli się także 52 innym gatunkom, ponieważ potrzebne jest porównanie sekwencji DNA u zwierząt owłosionych. Powyższy rysunek pokazuje niektóre gatunki włochate, których DNA zostało zsekwencjonowane (przyjrzeli się dużej części genomu: prawie 20 000 genów kodujących i 350 000 regionów regulatorowych).

Co zaskakujące, odkryli sporą liczbę genów, które utraciły funkcję (lub miały „osłabioną selekcję”) u wszystkich bezwłosych gatunków. Nie wszystkie geny miały znaną funkcję, ale większość była związana z samymi włosami, mieszkami włosowymi lub brodawkami skórnymi, kluczowymi strukturami, które umożliwiają wzrost włosów. Oto lista pięciu genów i tabela prawdopodobieństwa, że zmieniłyby się one tak szybko u wszystkich gatunków. Kolory pokazują, gdzie działają geny.

Należy zauważyć, że zaangażowany był zarówno kodujący (geny), jak i niekodujący (element kontrolny) DNA; w rzeczywistości wśród wszystkich genów zidentyfikowanych jako prawdopodobnie przyczyniające się do braku owłosienia było więcej zmian niekodujących niż zmian kodujących, co często stwierdzamy, gdy ewoluują nowe struktury lub zanikają stare struktury. Kiedyś myślałem - i napisałem o tym kontrowersyjny artykuł z Hopi Hoekstra - że geny strukturalne (kodujące) były ważniejsze w zmianach ewolucyjnych, ale dane pokazują, że może być na odwrót. Innymi słowy, Hopi i ja mogliśmy się mylić.

Artykuł jest długi i skomplikowany, a jego fragmenty wykraczają poza moją wiedzę, ale mam kilka uwag. Po pierwsze, poziomy istotności, których używają do ustalenia wspólnej ewolucji genów wśród zestawu stosunkowo bezwłosych gatunków, nie są tak małe. Podkreślają nawet geny, jak widać powyżej, z dostosowanymi wartościami prawdopodobieństwa powyżej 0,05; tradycyjnie byłyby one uważane za „nieistotne”. Nie jestem pewien, dlaczego to zrobili. Jednak, jak widać z powyższej tabeli, niektóre skorygowane prawdopodobieństwa były bardzo, bardzo małe: wartość p dla niekodujących sekwencji w korze włosa wynosi na przykład 0,000003. Jestem przekonany, że znaleźli przynajmniej kilka genów, które szybko się zmieniały w całej grupie bezwłosych gatunków.

Po drugie, w niektórych przypadkach nie są pewni, czy szybka ewolucja genów była rzeczywiście związana z utratą funkcji genów. Można to powiedzieć o kodowaniu genów, ponieważ w sekwencji DNA będzie „kodon stop” lub „kodon nonsensowny”, który będzie kodował mRNA, który tworzy niefunkcjonalne białko. Nie mówią o tym szczegółowo, ale po prostu używają „szybkiej ewolucji” jako wskaźnika niefunkcjonalności. (Może coś przegapiłem.)

Wreszcie, w przypadku par takich jak słoń i manat z jednej strony oraz delfin i orka z drugiej, nie mam zbytniej pewności, że ich utrata włosów nastąpiła niezależnie.

Niemniej możemy mieć pewność, biorąc pod uwagę niskie wartości prawdopodobieństwa, że niektóre strukturalne i kontrolne DNA wyewoluowały niezależnie w grupie gatunków bezwłosych, powodując utratę włosów. To całkiem nowy przypadek zbieżnej ewolucji genów.

Och, zapomniałem wspomnieć, dlaczego te gatunki gubią sierść. W naszym gatunku prawdopodobnie sprzyjało to łatwiejszemu ochładzaniu się naszych ciał poprzez pocenie się, gdy ewoluowaliśmy w wyprostowane stworzenia na sawannie. Prawdopodobnie dotyczy to również nosorożców i słoni, zwłaszcza że gatunki słoni w północnych klimatach, takie jak mamuty, były owłosione. U ssaków morskich sprawa jest oczywista: sierść jest bezużyteczna jako izolacja i stanowi jedynie przeszkodę w pływaniu. Jeśli chodzi o pancerniki i świnie, to każdy może zgadywać. Dzikie świnie są dość owłosione (przynajmniej te, które widziałem), ale pancerniki mają muszle, które służą do izolacji zwierzęcia (mają włosy na brzuchu, ale są rzadkie).

Brzuch pancernika z Flickr:

Wniosek : Są to prawdopodobnie przypadki „genów szczątkowych”, chociaż przypadki te stałyby się podręcznikowymi przykładami, gdyby badacze dokładnie wiedzieli, co robią geny i, co ważne, mogli bez wątpienia wykazać, że zostały inaktywowane u gatunków bezwłosych. Dane te nadejdą pewnego dnia, ale tymczasem wolę powoływać się na nieczynne geny żółtka jaj u ssaków: pozostałości genów, które wytwarzały składniki odżywcze dla zarodków naszych przodków gadów, ryb i płazów. To bardzo solidny przypadek.

Tu można przeczytać „popularne” ujęcie: Humans Still Have The Genes For a Full Coat of Fur.

h/t: Barry

______________

Kowalczyk, A., M. Chikina, and N. Clark. 2022.  Complementary evolution of coding and noncoding sequence underlies mammalian hairlessness. eLife 11:e76911.  https://doi.org/10.7554/eLife.76911

Evidence for evolution: Hairless animals have dead genes for a full coat of hair

Why Evolution Is True, 15 stycznia 2023

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska