Prawda

Piątek, 10 kwietnia 2020 - 04:17

« Poprzedni Następny »


Jak wieloryb stracił swoje geny


Jerry A. Coyne 2019-10-10


Ewolucja wielorybów, morświnów i delfinów – waleni – jest dobrze rozumiana dzięki wielu skamieniałościom, w większości znalezionych w niedawnych latach (dobre streszczenie danych znajduje się tutaj). Zaczynając od małego, podobnego do jelenia parzystokopytnego, który żył około 48 milionów lat temu (Indohyus może być spokrewniony z wspólnym przodkiem waleni) ta ewolucja postępowała szybko, z dwiema grupami współczesnych waleni - Odontoceti (zębowce – zębate walenie, w tym delfiny) i Mysticeti (fiszbinowce), rozchodzącymi się dopiero około 12 milionów lat później. Innymi słowy, w zaledwie 12 milionów lat – tylko około dwukrotność czasu od kiedy oddzieliliśmy się od linii, która prowadziła do współczesnych szympansów – ewolucja przeszła od lądowego parzystokopytnego do w pełni morskiego walenia. To z pewnością jest makroewolucja, jakkolwiek ją definiujesz, i zadaje kłam twierdzeniu kreacjonistów, że nie widzimy dużych przejść zachodzących z czasem. (Omawiam dużo dowodów ze skamieniałości w mojej książce Ewolucja jest faktem).

Tutaj jest ilustracja ewolucyjnej sekwencji niektórych postaci i czas, w jakim pojawiają się w zapisie kopalnym, zaczerpnięta ze strony UC Berkeley Understanding Evolution. 



W tym krótkim okresie przodkowie waleni stracili tylne kończyny i rozwinęły płetwę ogonową, ciało   stało się opływowe, utraciły sierść na ciele (niepotrzebną w pełni wodnemu waleniowi), nozdrza powędrowały do tyłu i zamieniły się w nozdrze wieloryba, wyewoluowało wiele adaptacji potrzebnych do nurkowania, jak również zdolność kurczenia płuc przy nurkowaniu, rozwinęły warstwę tłuszczu wielorybiego i zaszło jeszcze wiele innych fizjologicznych i anatomicznych zmian. Są one opisane w nowym artykule w „Science Advances” (kliknij na link pod zrzutem z ekranu poniżej, pdf tutaj, odnośnik pod spodem).


Autorzy jednak niezbyt przejmują się morfologicznymi zmianami, które są dobrze opisane, bo chcieli zobaczyć, jakie geny zmieniły się, a zwłaszcza, które geny przodków waleni zostały wyłączone, ponieważ były bezużyteczne dla w pełni morskich ssaków.


Aby znaleźć te geny, autorzy spojrzeli na całe genomy waleni (delfinów butlonosów, orki oceanicznej, płetwali karłowatych i kaszalotów) i porównali je z genomami 62 ssaków łożyskowych. Znaleźli w waleniach 2472 „popsute” geny: geny z delecjami, kodonami stopu, mutacjami splice-site, mutacjami przesuwającymi ramkę odczytu i inne zmiany, które wstrzymywały ekspresję tych genów. Następnie wybrali podzbiór tych genów, które nie były wyłączone u 95% lądowych ssaków użytych do porównania, tak że wyłączone geny były w zasadzie unikatowe dla wszystkich waleni. To zmniejszyło liczbę wyłączonych u waleni genów do 350.


Następnie wykluczyli geny, o których już było wiadomo, że są wyłączone w linii waleni, włącznie z genami receptorów węchowych (omawiam utratę „genów węchu” u waleni w Ewolucja jest faktem) i genami związanymi z keratyną, głównie zaangażowanymi w tworzenie włosów.  


Na koniec wykluczyli geny, o których wiadomo, że są nienaruszone u najbliższych żyjących krewnych waleni- hipopotamów. To zostawiło autorów z 85 genami, które były wyłączone u wszystkich badanych walenie (fiszbinowców i zębowców) ale nie u ich żyjących krewnych; były to przypuszczalnie geny, które zostały wyłączone u wspólnego przodka tych dwóch grup waleni i które w nieczynnym stanie zostały przekazane wszystkim żyjącym waleniom.


Dlaczego gen miałyby zostać wyłączony w tej grupie? No cóż, przypuszczalnie dlatego, że nie jest potrzebny. Istnieją jednak dwa sposoby, na jakie bezużyteczny gen może zostać wyłączony przez nagromadzenie unieczynniających mutacji. Po pierwsze, wyłączenie może być „neutralne”: gen, który nie jest potrzebny i staje się niefunkcjonalny może nie dawać selekcyjnej korzyści lub niekorzyści w porównaniu z jego czynną postacią i może z czasem stać się „zafiksowany” (obecny we wszystkich osobnikach w populacji) poprzez losowy dryf genetyczny.  


Alternatywnie, wyłączony gen może zwiększać swoją frekwencję w populacji, ponieważ ma selekcyjną przewagę nad swoimi funkcjonującymi rywalami. To jest, brak produkcji przez gen może oszczędzać energii, którą można skierować  do innych funkcji, lub może to zredukować niepotrzebny narząd, który mógłby ulegać uszkodzeniom (obu tych argumentów używano do wytłumaczenia, dlaczego zwierzęta w jaskiniach, które nie „potrzebują” oczu, na ogół je tracą). Autorzy  zakładają, że większość wyłączonych genów u waleni nagromadziła się przez neutralne procesy, ale bardzo trudno odróżnić ten scenariusz od argumentu „wzrostu przez dobór”, ponieważ wymagałoby to porównania sekwencji DNA i szukania „podpisu selekcji”, co jest niemal niemożliwe z takimi danymi.


To jest jednak poboczna kwestia. Ważne są tu dwie rzeczy. Pierwszą podkreślałem w Ewolucja jest faktem:


1). Obecność niefunkcjonalnych genów w genomie waleni – genów, które są funkcjonalne u ich żyjących krewnych – jest mocnym dowodem na wspólne pochodzenie waleni i lądowych organizmów, i jest sprzeczna z każdym scenariuszem kreacjonistów. Jest także dowodem na makroewolucję. Doprawdy bardzo trudno podać powody, dla których inteligentny projektant lub bóg miałby zainstalować niepotrzebne geny w genomie, które jednak pozostają użyteczne w grupie krewnych. Jest to jednak właśnie to, czego oczekuje się, jeśli walenie wyewoluowały ze zwierząt lądowych, których inni potomkowie nadal mają te geny i są one użyteczne. Od dawna jednak wiedzieliśmy o tych wyłączonych genach (np. genach węchowych) i zwolennicy Inteligentnego Projektu oraz kreacjoniści nadal nie potrafią ich wyjaśnić.  


2.) Wyłączone geny dostarczają dowodu do czego były używane u przodków i dlaczego nie były potrzebne waleniom.
 Tak więc autorzy spojrzeli na to, co robią te geny, kiedy są funkcjonalne, co pomaga w zrozumieniu, dlaczego mogły nie być potrzebne u waleni. Wyłączone geny dzielą się na kilka kategorii; omówię tylko trzy:

a. Geny związane z koagulacja krwi. Kiedy walenie nurkują, obwodowy przepływ krwi zostaje zredukowany, zwiększając prawdopodobieństwo tworzenia się szkodliwych skrzepów krwi, szczególnie, kiedy w krwi tworzą się pęcherzyki azotu (to właśnie powoduje narkozę azotową u płetwonurków). Autorzy znaleźli dwa geny związane z koagulacją krwi, które były wyłączone u waleni.  Podobnie jak z wszystkimi wyłączonymi genami, ten scenariusz, dlaczego te geny są wyłączone, jest zgadywaniem, ale może skłonić do dalszych badań. 


b. Geny związane z naprawą DNA.
 Kiedy tkance brakuje tlenu, jak w sytuacji, kiedy walenie nurkują, a porcję tlenu otrzymują później, zbiera się rodzaj „reaktywnego” tlenu, który może uszkodzić DNA. Walenie utraciły enzym, POLM, który naprawia DNA, ale robiąc to wprowadza wiele błędów do zreperowanego DNA. Ponieważ istnieją inne, mniej skłonne do błędów sposoby naprawy DNA, autorzy zgadują, że utrata POLM jest sposobem unikania „mutagenicznego czynnika ryzyka” u waleni. Chodzi o to, że jeśli jesteś podatny na uszkodzenia DNA z powodu nurkowania, jest lepiej pozbyć się systemu, który naprawia z błędami, i zamiast tego polegać na innym systemie, który naprawia wolniej, ale z mniejszą liczbą błędów.


c. Geny związane z biosyntezą melatoniny.
 Walenie, podobnie jak kaczki, śpią tylko połową mózgu, druga zaś jest aktywna i obudzona, żeby pilnować, czy nie ma niebezpieczeństwa, jak również u waleni, by zwierzę mogło pływać, wychodzić na powierzchnię wody i oddychać oraz utrzymywać ciepłotę ciała. Strony zamieniają się rolami, tak że w końcu cały mózg otrzymuje niezbędny odpoczynek. (To pokazuje, jak ważny jest sen, chociaż nadal nie wiemy, dlaczego.) Melatonina jest hormonem syntetyzowanym przez szyszynkę, która pomaga zwierzęciu w regulowaniu rytmów dobowych. Autorzy odkryli, że cztery geny związane z syntezą melatoniny  (AANAT, MTNR1A, MTNR1B, and ASMT) były nieczynne u walenie, ale aktywne u ich krewnych.  


Autorzy zgadują, że utrata syntezy melatoniny „pomaga rozłączyć wzory sen/czuwanie od czasu dnia”, jako że walenie śpią połową mózgu zarówno w ciągu dnia, jak nocy. Ponadto, ponieważ synteza melatoniny hamuje regulację temperatury ciała, jej nieobecność może pomagać waleniom zachować wysoką temperaturę ciała w zimnym środowisku.

Są jeszcze inne szlaki, gdzie walenie mają nieczynne geny, włącznie z genami związanymi z transportowaniem aminokwasów do nerek i genami ulegającymi ekspresji w płucach, co może ułatwiać nieszkodliwe kurczenie się płuc, jakie zachodzi u waleni. Można przeczytać o tym w artykule; powody ich utraty są przekonujące, ale oparte na przypuszczeniach.


Wreszcie – autorzy przyjrzeli się dwóm innym grupom ssaków wodnych, których przodkowie niezależnie zeszli do morza: manatowatym (brzegowce, spokrewnione ze słoniami i góralkowcami) oraz płetwonogim, takim jak foki i lwy morskie (pochodzące od lądowych drapieżników). Chcieli zobaczyć, czy zachodziła niezależna, „konwergentna” utrata podobnych genów między tymi grupami a waleniami. Znaleźli dwa geny, włącznie z  AANAT, które były wyłączone u manatowatych i płetwonogich, ale nie u ich lądowych krewnych.  


Co to wszystko znaczy? 
Jak powiedziałem powyżej, ten artykuł podaje dalsze dowody na ewolucję w postaci martwych genów; genów niepotrzebnych w pewnych grupach zwierząt, ale potrzebnych i ”żywych” u ich lądowych krewnych i przypuszczalnie u ich przodków. To są dalsze dowody na ewolucję, a szczególnie na wspólne pochodzenie, chociaż dowody (także w postaci martwych genów) są obecnie już niezbyt potrzebne.


Co ważniejsze jednak, ta praca mówi nam, jakie geny mogły być bezużyteczne – a więc wyłączone – u przodków wszystkich waleni: geny, które byłyby przeszkodą w pełnym zaadaptowaniu się do morskiego trybu życia. No cóż, nie wiemy z pewnością, czy wspomniane powyżej geny zostały wyłączone z powodu nowego sposobu życia, ale autorzy dostarczają sugestywnej i pożytecznej listy do dalszych badań.  


Ale jaki mechanizm doprowadził do wyłączenia genów? Autorzy zakładają mutację, po której nastąpiły pokolenia „neutralnej” postaci genu, z wyłączoną postacią zafiksowaną u waleni przez dryf genetyczny:

Wiele z tej utraty genów było prawdopodobnie neutralne i ich utrata zdarzyła się z powodu rozluźnionej selekcji na zachowanie ich funkcji.  

No cóż, to może być prawdą, ale taka fiksacja wyłączonych genów zabiera bardzo dużo czasu, a jeśli są neutralne, to prawdopodobnie przez bardzo długi czas występują zarówno wyłączone, jak i czynne geny, szczególnie jeśli populacja jest duża. Dlaczego więc wyłączone geny zawsze są „zafiksowane” u walenia zamiast współistnieć z ich czynnymi postaciami?


Biorąc pod uwagę to, że autorzy spekulują, iż utrata funkcji genu mogła być adaptacyjna u waleni, wydaje się bardziej prawdopodobne, że dobór naturalny doprowadził do fiksacji wyłączonych genów, ponieważ były adaptacyjnie lepsze od czynnych genów (patrz powyżej, dlaczego). Jest to wyzwanie dla przyszłych prac – ustalenie przez analizę sekwencji DNA, czy wyłączone geny zostały zafiksowane przez pozytywny dobór czy przez losowy dryf genetyczny z powodu „rozluźnionej selekcji” (tj. żadnego doboru nieczynnych kontra czynnych genów).   

____________________

Huelsmann, M., N. Hecker, M. S. Springer, J. Gatesy, V. Sharma, and M. Hiller. 2019. Genes lost during the transition from land to water in cetaceans highlight genomic changes associated with aquatic adaptations. Science Advances 5:eaaw6671.


How the whale lost its genes

Why Evolution Is True, 27 września 2019

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Jerry A. Coyne

Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem książki "Faith vs Fakt". Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.
 

Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1088 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02
Punkt szczytowy inteligencji   Novella   2019-11-30
Likwidowanie przeziębienia miedzią   Novella   2019-11-27
Dlaczego wyjaśnianie problemów przez biały przywilej jest niesłuszne   Rob Henderson   2019-11-25
LiveScience zachwala panpsychizm jako rozwiązanie trudnego problemu świadomości   Coyne   2019-11-22
Jak walczyć z firehosing   Novella   2019-11-19
Odwołajcie antyszczepionkową konferencję w Tel Awiwie   Blum   2019-11-15
Ewolucja dwunożności   Novella   2019-11-14
Granice „przeskoczenia” progu opłacalności   Lomborg   2019-11-13
Dlaczego nie żyjemy w epoce post-prawdy   Pinker   2019-11-11
Śledząc pochodzenie człowieka   Novella   2019-11-09
Skamieniałe trylobity idące gęsiego. Ale dlaczego to zrobiły?   Coyne   2019-11-06
Saga o złotym ryżu   Novella   2019-11-04
Kolejne badanie rolnictwa organicznego   Novella   2019-11-02
Fabrizio Benedetti pyta: “Czy badania placebo wzmacniają pseudonaukę?”     2019-11-01
Nathaniel Comfort raz jeszcze: nauka nie czyni postępów (czy może robi to?)   Coyne   2019-10-31
Pochwała jednoznaczności   Witkowski   2019-10-29
Stare i nowe  troski o bezpieczeństwo żywnościowe   Ongu   2019-10-28
Powrót Adama i Ewy jako rzeczywistych ludzi, jak proponuje kolejna pseudonaukowa teoria   Coyne   2019-10-25
Pradawne przechowywanie żywności   Novella   2019-10-24
Artykuł w naukowym piśmie ”Nature” dyskredytuje naukę i „scjentyzm”, kwestionuje wartości Oświecenia   Coyne   2019-10-22
Błogosławieni ci, którzy wycofują   Jacoby   2019-10-19
Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk