Informacije

Zajedničko porijeklo naših ćelija do prve jednoćelijske ćelije

Zajedničko porijeklo naših ćelija do prve jednoćelijske ćelije


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ako započnemo poglavlje života sa samoreplicirajućim RNK niske vjernosti koji formiraju potpuno identične kopije samih sebe, koje su kasnije evoluirale da formiraju prve primordijalne osnovne ćelije koje su se dalje razmnožavale, i formirale identične ćelije kćeri i tako dalje… pored mutacije i drugih faktora koji može uticati na ekspresiju gena, naš genom još uvijek mora biti izveden iz prve RNK lanca.

Dakle, da li je predaleko reći da su u našim tijelima naše ćelije same primordijalne ćelije, budući da se reprodukcija događa ili mitozom i mejozom (koje održavaju integritet prvog genoma ćelije osim faktora kao što su mutacije, itd.)?


Čini se da se ovdje borite s nedostatkom jasnih definicija.

Da, jedinstvo osnovnih ćelijskih mehanizama implicira neprekinutu liniju spuštanja nazad ka izvorima života. Ali to ni na koji način ne znači da su ćelije zapravo iste. Mislim da bi vam bilo poučno da naučite o zagonetki Tezejevog broda, koja je suština problema kojim se bavite. Ukratko, kada se promene mogu desiti (npr. mutacija, kao što ste primetili), moguće je imati i kontinuitet i fundamentalno drugačiju stavku.

Osim toga, također je vrijedno napomenuti da na svakom koraku imamo posla ne s pojedincima već sa populacijama, čak i vjerojatno natrag u mrak abiogeneze (kada bi populacije bile razne kemikalije i protoćelije neke vrste), te da se genomi također modificiraju u mnogo divlji niz načina, npr. svi različiti oblici horizontalnog transfera gena.


Zajedničko porijeklo heterodimerizirajućih faktora transkripcije TALE homeoboxa preko Metazoa i Archaeplastida

Kompleksna multicelularnost zahteva razrađene razvojne mehanizme, često zasnovane na raznovrsnosti interakcija heterodimernog transkripcionog faktora (TF). Homeobox TF u superklasi TALE duboko su ugrađeni u regulatorne mreže gena koje orkestriraju embriogenezu. Utvrđeno je da TF-ovi homeobox-a (KNOX), homologni životinjskom MEIS-u, pokreću haploidnu u diploidnu tranziciju i kod jednoćelijskih zelenih algi i kod kopnenih biljaka putem heterodimerizacije s drugim TF-ovima super klase TALE, pokazujući izvanrednu funkcionalnu konzervaciju razvojnog TF-a. preko loza koje su se razišle prije milijardu godina. Ovdje smo nastojali odrediti da li je heterodimerizacija TALE-TALE pretka eukariota.

Rezultati

Analizirali smo obdarenost TALE u zračenju algi Archaeplastida, biljaka predaka kopnenim. Filogenija homeodomena i bioinformatička analiza podijelile su TALE u dvije široke grupe, KNOX i ne-KNOX. Svaka grupa dijeli prethodno definirane domene heterodimerizacije, biljnu KNOX-homologiju u KNOX grupi i životinjsku PBC-homologiju u ne-KNOX grupi, što ukazuje na njihovo duboko porijeklo. Eksperimenti interakcije protein-protein pokazali su da su TALE u dvije grupe sudjelovali u heterodimerizaciji.

Zaključci

Naša studija pokazuje da su TF dijade koje se sastoje od KNOX/MEIS i TALE koje sadrže PBC morale evoluirati rano u eukariotskoj evoluciji. Na osnovu naših rezultata, pretpostavljamo da je kod ranih eukariota, heterodimerna konfiguracija TALE omogućila transkripcijske prekidače preko supćelijske lokalizacije ovisne o dimerizaciji, osiguravajući izvršenje haploidne u diploidne tranzicije samo kada je fuzija gameta ispravno izvedena između odgovarajućih partnerskih gameta. . Prekidač TALE se zatim diverzificirao u nekoliko linija koje su uključene u složenu višećelijsku organizaciju.


Istraživači kreiraju "Ancestry.com" za ćelije

Jedna od velikih misterija ljudske biologije je kako jedna ćelija može dovesti do 37 triliona ćelija sadržanih u prosječnom tijelu, od kojih svaka ima svoju specijaliziranu ulogu. Istraživači sa Univerziteta Yale i Mayo Clinic osmislili su način da rekreiraju najranije faze ćelijskog razvoja koji dovodi do tako nevjerovatne raznolikosti tipova ćelija.

Koristeći ćelije kože sakupljene od dva živa čovjeka, istraživači u laboratoriji Flora Vaccarino iz Yalea uspjeli su pratiti njihovu ćelijsku lozu identificirajući male varijacije ili mutacije sadržane u genomima tih stanica.

Ove "somatske" ili nenaslijeđene mutacije nastaju pri svakoj diobi ćelije tokom ljudskog razvoja. Procenat ćelija koje nose tragove bilo koje date mutacije opada kako se ove podjele nastavljaju, u suštini ostavljajući naučnicima trag koji mogu pratiti do najranijih ćelija. Ako je udio ćelija sa tragovima mutacije visok, naučnici znaju da je mutacija nastala ranije u liniji ćelija, bliže svom zajedničkom pretku tokom ranog embrionalnog razvoja.

"To je kao Ancestry.com za naša tijela," rekao je Vaccarino, profesor Harris u Centru za proučavanje djece Yalea, profesor neuronauke i ko-stariji autor istraživanja objavljenog 18. marta u časopisu Nauka.

Na primjer, istraživači su znali da su neke mutacije unutar stanica kože nastale rano u embrionalnom razvoju jer su se mogle otkriti i u uzorcima krvi, pljuvačke i urina odraslih. U ljudskom tijelu, svako od tih specijaliziranih tkiva nastaje iz različitog zametnog sloja, ili prvih diferenciranih tipova ćelija u embrionu koji stvaraju nervni sistem, crijeva, krv i vezivna tkiva.

Nalazi pokazuju da se mutacije nastale u embrionu nasljeđuju i zadržavaju od strane svake ćelije kćeri kroz razvoj tijela u odraslo doba, omogućavajući istraživačima da rekonstruišu stabla rane loze za te osobe.

"Ćelijska historija ima posljedice", rekao je Vaccarino.

Nalazi također mogu pomoći naučnicima da prate razvojne poremećaje do njihovih staničnih početaka. Na primjer, neuropsihijatrijski poremećaji kao što su šizofrenija i autizam mogu nastati iz ranih staničnih kvarova koji otimaju rane razvojne regulatore. Ovo može promijeniti rast i širenje određenih staničnih linija ili kada se odvoje kako bi formirale nove ćelijske linije tokom razvoja.

Intrigantno, istraživači su također otkrili da ćelijske loze koje se divergiraju u prvoj diobi imaju tendenciju da budu asimetrične. Na primjer, jedna od prve dvije kćerke ćelije stvorene u embriju na kraju čini čak 90 posto tipova ćelija u tijelu odrasle osobe. Druga ćerka ćelija bi mogla biti posvećena prvenstveno stvaranju placente, koja će njegovati rastući embrion, kažu istraživači.

Vaccarino je naglasio da je tehnologija za praćenje individualnih razlika u ćelijskom porijeklu tokom svakog koraka ćelijskog razvoja još uvijek ograničena.

Ali obećava. „Pronašli smo minimalno invazivan način da zavirimo u prozor nečije lične ćelijske istorije“, rekla je.


Drvo života Charlesa Darwina, povezujući sve oblike života, podrazumijeva da je 9 miliona životnih oblika nastalo preživljavanjem najjačih i patnjom, što je usput stvorilo ljepotu i eleganciju

Izvor: Muslimanski izlazak sunca, zima-2016

Napisao i prikupio Zia H Shah MD, glavni urednik Muslim Timesa

Nobelovu nagradu za medicinu 2016. dobio je Yoshinori Ohsumi iz Japana za njegova otkrića o tome kako tjelesne ćelije detoksifikuju i popravljaju se procesom koji se zove autofagija. Njegov rad je također pružio suptilan dokaz evolucije i činjenice da svi oblici života na planeti Zemlji dijele svoje porijeklo.

Yoshinori Ohsumi koristio je pekarski kvasac za identifikaciju gena bitnih za autofagiju. Zatim je nastavio da razjasni osnovne mehanizme autofagije kod kvasca i pokazao da se slična sofisticirana mašinerija koristi u ljudskim ćelijama.[1] Čini se da svih devet miliona životinjskih i biljnih vrsta u našem svijetu dijeli mnogo proteina i enzima.[2]

Jedan zanimljiv primjer je protein citokroma C koji je uključen u ćelijsko disanje. Redoslijed aminokiselina u ovom proteinu poznat je za mnoge organizme, od bakterija i kvasca do insekata i ljudi. Kod životinja, citokrom C se sastoji od 104 aminokiseline. Kod ljudi i čimpanzi, protein se sastoji od istih 104 aminokiseline potpuno istim redoslijedom. Kada se uporede sekvence aminokiselina ljudi i rezus majmuna, pokazalo se da su različite na poziciji 66 (izoleucin kod ljudi, treonin kod rezus majmuna), ali identične na ostalih 103 položaja. Kada se ljudi uporede sa konjima, nađe se 12 razlika u aminokiselinama, a kada se konji uporede sa rezus majmunima postoji samo 11 razlika u aminokiselinama. Sva ova zapažanja podržavaju zajedničko porijeklo.

Da ne govorimo o našoj ljudskoj porodici, svi oblici života na našoj planeti Zemlji, biljke i životinje, 350.000 vrsta cvijeća, bakterija i virusa i slonova i nosoroga imaju zajedničko porijeklo.

Putovanje čovjeka: Genetska odiseja je knjiga Spencera Wellsa, američkog genetičara i antropologa iz 2002. godine, u kojoj koristi tehnike i teorije genetike i evolucijske biologije kako bi pratio geografsku disperziju ranih ljudskih migracija iz Afrike. Od knjige je snimljen TV dokumentarac 2003. godine.[3]

Prema nedavnoj hipotezi o jednom poreklu, ljudski preci potječu iz Afrike, a na kraju su stigli do ostatka svijeta. Analiza Y hromozoma je jedna od metoda korišćenih u praćenju istorije ranih ljudi. Trinaest genetskih markera na Y-hromozomu razlikuje populacije ljudskih bića.

Vjeruje se, na osnovu genetskih dokaza, da sva ljudska bića koja postoje danas potječu od jednog jedinog čovjeka koji je živio u Africi prije oko 60.000 godina. Vjeruje se da su najranije grupe ljudi pronašle svoje današnje potomke među narodom San, grupom koja se danas nalazi u zapadnoj južnoj Africi. San su manji od Bantua. Imaju svjetliju kožu, čvršće uvijenu kosu, a epikantalni nabor dijele sa ljudima centralne i jugoistočne Azije.

Vjeruje se da su južnu i istočnu Afriku prvobitno naseljavali ljudi slični Sanima. Od tog ranog vremena veliki dio njihovog raspona je preuzeo Bantu. Skeletni ostaci ovih predaka nalaze se na paleolitskim nalazištima u Somaliji i Etiopiji. Danas u istočnoj Africi postoje i narodi koji govore bitno različite jezike koji ipak dijele arhaične karakteristike sanskog jezika, njegov prepoznatljiv repertoar klik i pop zvukova. Ovo su jedini jezici na cijelom svijetu koji koriste ove zvukove u govoru.

Kako su ljudi migrirali iz Afrike, svi su nosili genetsku osobinu na Y hromozomu poznatom kao M168 (Haplogrupa CT (Y-DNK)).

Prvi val migracija iz Afrike ostao je blizu obala okeana, prateći pojas duž obalnih područja Indijskog okeana uključujući dijelove Arapskog poluotoka, Bliskog istoka, indijskog potkontinenta i u jugoistočnu Aziju, dolje u ono što je sada Indonezija, a na kraju i do Australije. Ova grana ljudske porodice razvila je novi marker M130 (haplogrupa C (Y-DNK)).

Drugi val migracija uzeo je više sjeverni tok, podijelivši se negdje u području oko onoga što se danas zove Sirija da bi zahvatio unutrašnju Aziju, gdje se još nekoliko puta podijelio u centralnoj Aziji, sjeverno od Afganistana. Loze koje su tekle u Centralnu Aziju nose M9 (Haplogrupa K (Y-DNK)). Ostali markeri su dodani nakon što su putevi migracije krenuli u nekoliko različitih pravaca iz Centralne Azije.[4]

Postoji nekoliko ajeta u Časnom Kur'anu koji aludiraju na evoluciju života i ljudske porodice, koristeći jednu ili drugu metaforu. U sljedećem ajetu Allah spominje zajedničko porijeklo cijelog čovječanstva:

„Vaše stvaranje i vaše uskrsnuće su samo kao stvaranje i vaskrsenje jedne duše. Allah, zaista, sve čuje i sve vidi.”[5]

TV dokumentarni film u trajanju od dva sata, Putovanje čovjeka: Genetska odiseja, može se gledati online u Muslim Timesu i daje nam dobar uvid u ljudsku biologiju i evoluciju različitih rasa u posljednjih 60.000 ili više godina.[6]

Sada, hajde da pričamo o tome šta se desilo ljudima između 60.000 godina i 7 miliona godina. Za ovo predlažem odlazak u Prirodnjačke muzeje u New Yorku i Londonu.

Prirodnjački muzej u Londonu

Prirodnjački muzej u Londonu kaže:

Krenite na putovanje od sedam miliona godina, od prvih hominina do posljednje preživjele ljudske vrste: nas.

Istražite šta definiše hominina i koliko mi moderni ljudi imamo zajedničkog sa drugim ljudskim vrstama, kao i šta nas izdvaja.

Usput ćete otkriti promjene u fizičkim karakteristikama, ishrani, životnom stilu i okruženju koje su oblikovale moderne ljude.[7]

Web stranica zatim prikazuje svoje uzorke zvijezda i eksponate:

  • 3,5 miliona godina star Laetoli pas, najstariji fosil hominina u kolekciji Muzeja
  • Lobanja Gibraltar 1, prva lubanja odraslog neandertalca ikada pronađena
  • Odljevci lobanje i ruke nedavno otkrivene ljudske vrste, Homo naledi
  • Naučno precizan neandertalac u prirodnoj veličini i rani Homo sapiensmodeli
  • Clacton koplje staro 420.000 godina, najstarije očuvano drveno koplje na svijetu

Najveći vrhunac Američkog prirodoslovnog muzeja u New Yorku je Lucy:

“Lucy” je jedan od najkompletnijih do sada pronađenih skeleta od ranih hominida koji su cvjetali prije između 4 i 2 miliona godina. Kostur se sastoji od kostiju jedne jedinke, vjerovatno ženke, koja je bila visoka ispod 4 stope.[8]

Richard Dawkins u svojoj odličnoj knjizi, Priča o predaku: Hodočašće u zoru evolucije, opisuje ljudsko putovanje evolucije od jednoćelijskih organizama do moderne ere, ali putujući unatrag u obrnutom smjeru, počevši od modernih ljudi, preko majmuna, preko primata, glodara i zečeva i tako dalje.[9]

Zadnja korica knjige opisuje:

Sa nenadmašnom duhovitošću, jasnoćom i inteligencijom, Richard Dawkins, jedan od najpoznatijih svjetskih evolucionih biologa, upoznao je nebrojene čitaoce sa čudima nauke u djelima kao što su Sebični gen. Sada, unutra Priča o pretku, Dawkins nudi remek djelo: uzbudljivo obrnuto putovanje kroz evoluciju, od današnjih ljudi do mikrobnih početaka života prije četiri milijarde godina. Tijekom cijelog putovanja Dokins vrti zabavne, pronicljive priče i baca svjetlo na teme kao što su specijacija, seksualna selekcija i izumiranje. Priča o pretku je istovremeno osnovno obrazovanje u teoriji evolucije i zanimljivo štivo.

Dok putujemo kroz vrijeme i dok se dvije vrste spajaju u zajedničku vrstu ili zajedničkog pretka, on tog zajedničkog pretka naziva 'koncestorom'. On piše o zajedničkom poreklu između modernih ljudi i današnjih čimpanzi:

Prije između 5 i 7 miliona godina, negdje u Africi, mi ljudski hodočasnici uživamo u značajnom susretu. To je Rendezvous 1, naš prvi susret sa hodočasnicima druge vrste. Preciznije dvije druge vrste, jer su hodočasnici obične čimpanze i mali šimpanzi ili bonobo hodočasnici već udružili snage jedni s drugima oko 4 miliona godina 'prije' njihovog susreta s nama. Zajednički predak kojeg dijelimo s njima, Koncestor 1, je naš 250.000 pra-prabaka i djed - to je približna pretpostavka, naravno, poput uporedivih procjena koje ću napraviti za druge predake.

Kako se približavamo Rendezvou 1, hodočasnici čimpanze približavaju se istoj tački iz drugog smjera. Nažalost, ne znamo ništa o tom drugom pravcu. Iako je Afrika dala nekoliko hiljada fosila hominida ili fragmenata fosila, nikada nije pronađen niti jedan fosil za koji se sa sigurnošću može smatrati da je duž linije porijekla čimpanze od Koncesora 1. To može biti zato što su šumske životinje, a Listna stelja šumskog tla nije prijateljska prema fosilima. Bez obzira na razlog, to znači da hodočasnici čimpanze traže slijepo. Njihovi ekvivalentni suvremenici Turkana dječaka iz 1470. godine, gospođe Ples, Lucy, Little Foot, Dear Boy i ostalih 'naših' fosila - nikada nisu pronađeni.[10]

Sljedeće točke susreta ili susreta su s gorilama, orangutanima, gibonima, majmunima starog svijeta, majmunima iz novog svijeta, tarsierima, lemurima i grmljastim bebama, kolovozima i rovkama i glodavcima i zečevima da navedemo prvih 10 susreta s nama, modernim ljudima. Do trenutka kada su naši preci upoznali pretke glodara (pacova) i zečeva, mi smo putovali unazad na našem evolucionom putovanju oko 75 miliona godina.

Posljednji sastanak u Dawkinsovoj knjizi označen je brojem 39 i nalazi se s Eubacterijom. Eubactera može biti rod gram-pozitivnih ili gram-negativnih bakterija u porodici Eubacteriaceae. Ove bakterije karakterizira čvrsti ćelijski zid. Mogu biti ili pokretni ili nepomični. Ako su pokretni, imaju flagelum.[11]

Jednoćelijski organizmi su se razmnožavali ili razmnožavali aseksualno. Kada se seksualno razmnožavanje prvi put dogodilo, dva supružnika su proizašla iz istog jednoćelijskog organizma, kao da je organizam iznjedrio svog bračnog partnera. Ovo je opisano u Časnom Kur'anu najmanje tri puta. U prošlosti, kada biologija nije bila dobro shvaćena, muslimanski učenjaci su ove stihove shvatili kao da je baka Eva došla iz rebra proroka Adama, kako je opisano u Bibliji. Mnogi srednjovjekovni učenjaci islama, koji još uvijek nisu dobro informirani, nastavljaju zadržati isti stav i razumiju ajete koji slijede kao da jedan čovjek izlazi iz rebra drugog. Međutim, svako ko ima vrlo osnovno znanje o biologiji i evoluciji, što je svaki dobar srednjoškolac na Zapadu, mislio bi da je ideja o Evi koja dolazi iz Adamovog rebra apsurdna. Prvi od ova tri ajeta nije ništa drugo nego onaj koji se uči kad god se brak sklapa u islamskoj tradiciji:

O vi ljudi! bojte se Gospodara svoga, koji vas je od jedne duše stvorio i od nje stvorio njenu drugu, a od njih dvoje se raširilo mnogo muškaraca i žena i bojte se Allaha, u čije ime se obraćate jedni drugima, i Njega se posebno vodeći računa o međusobnim vezama. Zaista, Allah vas čuva.[12]

Postoji suptilan nagoveštaj na arapskom u ovom ajetu da se ne odnosi na Adama i Evu i da zaista govori o fazi od aseksualnog do seksualnog množenja. Korištena zamjenica مِنْهَا jer je majčinski organizam iz kojeg je došao par je ‘ženka’ a ne ‘muško,’ suprotno onome što bi opis trebao biti da je Eva došla iz Adamovog rebra.

Druga dva stiha sa istom temom su:

On je Taj koji vas je stvorio od jedne duše i od nje stvorio njenu bračnu drugu, da bi mogao naći utjehu u njoj. A kad je upozna, ona nosi lagani teret i ide s njim. A kada ona oteža, oboje se mole Allahu, Gospodaru svom, govoreći: 'Ako nam daš dobro dijete, sigurno ćemo biti zahvalni.’[13]

I On je Koji vas je proizveo iz jedne duše i tu je za vas dom i konak. Mi smo detaljno objasnili znakove za ljude koji razumiju.[14]

Sveznajući Bog islama i Kur'ana zna sve o prošlosti i budućnosti i ne može reći ništa u Časnom Kur'anu što je protiv dobro utvrđenih činjenica evolucije na našoj planeti Zemlji u posljednje 4 milijarde godina.


Ćelijska loza: Istraživači stvaraju "Ancestry.com" za naša tijela

(© stock.adobe.com)

Jedna od velikih misterija ljudske biologije je kako jedna ćelija može dovesti do 37 triliona ćelija sadržanih u prosječnom tijelu, od kojih svaka ima svoju specijaliziranu ulogu. Istraživači sa Univerziteta Yale i klinike Mayo osmislili su način da rekreiraju najranije faze ćelijskog razvoja koji proizvodi tako nevjerovatnu raznolikost tipova ćelija.

Koristeći ćelije kože sakupljene od dva živa čovjeka, istraživači u laboratoriji Flora Vaccarino na Yaleu uspjeli su pratiti njihovu ćelijsku lozu identificirajući male varijacije ili mutacije sadržane u genomima tih stanica.

Ove "somatske" ili nenaslijeđene mutacije nastaju pri svakoj diobi ćelije tokom ljudskog razvoja. Procenat ćelija koje nose tragove bilo koje date mutacije opada kako se ove podjele nastavljaju, u suštini ostavljajući naučnicima trag koji mogu pratiti do najranijih ćelija. Ako je udio ćelija sa tragovima mutacije visok, naučnici znaju da je mutacija nastala ranije u liniji ćelija, bliže svom zajedničkom pretku tokom ranog embrionalnog razvoja.

“To je kao Ancestry.com za naša tijela”, rekao je Vaccarino, profesor Harris u Centru za dječje studije na Yaleu, profesor neuronauke i ko-autor istraživanja objavljenog 18. marta u časopisu Science.

Istraživači su znali da su neke mutacije unutar ćelija kože nastale rano u embrionalnom razvoju jer su se mogle otkriti i u uzorcima krvi, pljuvačke i urina odraslih. U ljudskom tijelu, svako od tih specijaliziranih tkiva nastaje iz različitog zametnog sloja, ili prvih diferenciranih tipova ćelija u embrionu koji stvaraju nervni sistem, crijeva, krv i vezivna tkiva.

Nalazi pokazuju da se mutacije nastale u embriju nasljeđuju i zadržavaju od strane svake ćelije kćeri kroz razvoj tijela do odrasle dobi, omogućavajući istraživačima da rekonstruiraju stabla rane loze za te osobe.

"Ćelijska istorija ima posledice", rekao je Vaccarino.

Nalazi također mogu pomoći naučnicima da prate razvojne poremećaje do njihovih staničnih početaka. Na primjer, neuropsihijatrijski poremećaji kao što su šizofrenija i autizam mogu nastati iz ranih staničnih kvarova koji otimaju rane razvojne regulatore. Ovo može promijeniti rast i širenje određenih staničnih linija ili kada se odvoje kako bi formirale nove ćelijske linije tokom razvoja.

Intrigantno, istraživači su također otkrili da ćelijske loze koje se divergiraju u prvoj diobi imaju tendenciju da budu asimetrične. Na primjer, jedna od prve dvije kćerke ćelije stvorene u embriju na kraju čini čak 90 posto tipova ćelija u tijelu odrasle osobe. Druga ćerka ćelija bi mogla biti posvećena prvenstveno stvaranju placente, koja će njegovati rastući embrion, kažu istraživači.

Vaccarino je naglasio da je tehnologija za praćenje individualnih razlika u ćelijskom porijeklu tokom svakog koraka ćelijskog razvoja još uvijek ograničena.

Ali obećava. „Pronašli smo minimalno invazivan način da zavirimo u prozor nečije lične ćelijske istorije“, rekla je.

Aleksej Abyzov sa klinike Mayo je ko-stariji autor rada. Prvi autori su Liana Fasching, postdoktorska saradnica na Yale School of Medicine, i Yeongjun Jang sa Mayo Clinic.


Put ka pomirenju

Ne slažu se svi u potpunosti sa zaključcima Degnanovih. Izvlačenje zaključaka iz profila genske ekspresije nije tako jednostavno. „Kopajte u [to] i mogli biste potpuno drugačije protumačiti neke podatke“, rekao je Burkhardt. Razlike u ekspresiji gena ne isključuju nužno dva tipa ćelija da dijele porijeklo.

Ervin se složio. Takvi podaci, rekao je on, "su snimak [napravljen] u određenom trenutku." S obzirom na to da su se hoanflagelati i spužvasti hoanociti razvijali sami u posljednjih 700 miliona godina, logično je da oni izražavaju vrlo različite gene.

U svakom poređenju modernih organizama, "gledate životinje koje imaju istoriju gubitaka i dobitaka", rekla je Maja Adamska, evolucijski razvojni biolog sa Australijskog nacionalnog univerziteta koja nije učestvovala u Degnansovoj studiji. “Rizikujete da ćete previše pojednostaviti svoja otkrića.”

Druge vrste sunđera, dodala je, uopće nemaju arheocite. Umjesto toga, njihovi hoanociti obavljaju te uloge poput matičnih stanica. „Sumnjam da bismo, ako bismo uradili poređenje u [tim hoanocitima]“, rekla je Adamska, „našli veću sličnost sa hoanoflagelatima.“

Adamska smatra da je prva životinja mogla biti palačinka matičnih ćelija koje su često mijenjale njihov identitet. Ona također smatra da poređenje ekspresije gena ne isključuje evolucijske veze između hoanflagelata i prvih višećelijskih životinjskih stanica. „U stvari, čvrsto verujem da su moji preci imali hoanocite“, rekla je.

Dvije teorije o porijeklu životinjske višećelijske ne isključuju se međusobno. “Mislim da postoji mjesto i za osobine slične choanoflagellate i osobine [vremenske diferencijacije] u posljednjem zajedničkom pretku kojeg pokušavamo slikati”, rekla je Adamska. “Ne vidim tu kontradikciju.” Ona i njene kolege sada rade na profilisanju ekspresije gena u sunđerima bez arheocita kako bi dalje testirali ovu ideju.

Nagoveštaji kombinovane teorije već se pojavljuju iz Burkhardtove laboratorije. U preprintu koji su u maju objavili na biorxiv.org, Burkhardt i njegove kolege su otkrili da ćelije u koloniji hoanoflagelata nisu sve identične: razlikuju se po svojoj morfologiji i u odnosu svojih organela. Ova zapažanja, rekao je, sugeriraju da se prostorna diferencijacija stanica već događala u lozama hoanoflagelata, a možda čak i ranije - mogućnost koja spaja nove ideje (da je sposobnost diferencijacije drevna i da je prijelaz na višećelijnost životinja bio postepen) sa stari (da se to može dogoditi sa ćelijama sličnim hoanoflagelatu).

Dakle, iako još uvijek nema definitivnog odgovora na to kako je točno izgledala prva životinja, slika je sve jasnija. „Sve bliže smo razumevanju odakle smo došli u dubini vremena“, rekla je Adamska. “I mislim da je to tako kul.”


Ćelijski procesi: migracija ćelija

Migracija ćelija je proces koji je od vitalnog značaja za razvoj tkiva i organa. Kretanje ćelije je također potrebno za mitozu i citokinezu. Migracija ćelija omogućena je interakcijama između motornih enzima i mikrotubula citoskeleta.


Dinoflagelati

Dinoflagelati su jednoćelijski eukariotski organizmi koji se nalaze u slatkovodnim i morskim sredinama. Mnogi morski dinoflagelati su fotosintezatori koji stvaraju hranu koristeći svjetlost, ali neki su i grabežljivi, što znači da se hrane plijenom. Postoji više od 1500 opisanih vrsta dinoflagelata (slika 2.35). Mogu se naći kao slobodnoživući planktonski organizmi ili kao simbionti u staništima grebena.

Određeni dinoflagelati prolaze kroz bioluminiscencija, emitirajući svjetlosnu energiju iz kemijskih reakcija unutar ćelije. Ovi bioluminiscentni dinoflagelati emituju plavo-zeleno svjetlo kada su uznemireni udarom valova ili motora čamca (slika 2.35 B). Smatra se da koriste bioluminiscenciju kao odbranu, tako što će zaprepastiti predatore i skrenuti pažnju na još veće grabežljivce.

Symbiodinium je rod dinoflagelata koji formiraju simbiotski odnos sa nekim koraljima i anemonama (životinje iz tipa Cnidaria). The Symbiodinium skupljaju se iz vodenog stupca i zahvataju koraljnim tkivom. The Symbiodinium dinoflagelati se zatim razmnožavaju unutar koraljnog tkiva.

Symbiodinium apsorbuju sunčevu svetlost i potpunu fotosintezu za proizvodnju kiseonika i glukoze (slika 2.35 C). Symbiodinium generiraju čak 85 posto hemijske energije koju koriste koralji. Symbiodinium su od ključne važnosti za održavanje zdravog ekosistema grebena.

Koralji duguju većinu svoje jarke boje Symbiodinium mikroalge koje žive u njihovim tkivima. Kada koralj postane pod stresom, kao što je nagli porast temperature morske vode, koral izbacuje Symbiodinium u vodeni stup — što rezultira izbjeljivanjem koralja (slika 2.36). Ako se temperature vode ohlade i koral više nije pod stresom, može regrutirati nove Symbiodinium iz vodenog stuba nazad u njegova tkiva. Međutim, ako vrućina potraje, koralji gladuju i umiru.

A crvena plima je cvat određenih dinoflagelatnih vrsta koje rezultiraju crvenkasto-smeđom bojom na površini okeana (slika 2.37). Ovi dinoflagelati mogu proizvoditi toksine koji rezultiraju smrću morskih sisara, riba i ptica. Na primjer, dinoflagelat Karenia brevis proizvodi brevetoksin koji uzrokuje iritaciju očiju i dišnih puteva kod ljudi u blizini obale.

Iako se mnoga cvjetanja algi javljaju prirodno, crvene plime i druge štetne cvjetanja algi uzrokovane su povećanim razinama hranjivih tvari kao rezultatom ljudskih aktivnosti. Zagađenje i otjecanje obalnih voda dovode do povećanja fosfata i nitrata, osiguravajući hranjive tvari potrebne za cvjetanje algi. Toksini iz štetnog cvjetanja algi mogu se akumulirati u životinjama koje se hrane filterom kao što su kamenice i školjke i predstavljaju opasnost po zdravlje ljudi.


Genom morskog organizma govori o ljudskim jednoćelijskim precima

Novo sekvencionirani genom jednoćelijskog, planktonskog morskog organizma, objavljen 14. februara u časopisu Nature, već govori naučnicima o evolucijskim promjenama koje su pratile skok od jednoćelijskih oblika života na višećelijske životinje poput nas.

U Nature radu i komplementarnom naučnom radu objavljenom 15. februara, Univerzitet Kalifornije, Berkeley, biolozi Nicole King, Daniel Rokhsar i njihove kolege predstavljaju svoj prvi nacrt genoma hoanoflagelata (ko AN oh FLA je let) nazvan Monosiga brevicollis, i njihova prva poređenja sa genima višećelijskih životinja, takozvanih metazoa.

Sekvenciranje i analizu izvršio je Institut za zajednički genom (JGI) u Walnut Creeku, Kalifornija, u saradnji sa istraživačima sa UC Berkeley i osam drugih institucija.

Prema Kingovim riječima, biolozi ne znaju gotovo ništa o ovim organizmima, osim što su važna hrana za kril, koji je glavni izvor hrane za kitove usamljene, te da, konzumirajući velike količine bakterija, choanflagelati igraju glavnu ulogu. ulogu u ciklusu ugljenika okeana. Ipak, budući da su hoanflagelati i životinje dijelili zajedničkog pretka prije između 600 miliona i milijardu godina, oni imaju ključ za razumijevanje porijekla i evolucije životinja.

"Hoanflagelati su najbliži živi jednoćelijski srodnici životinja i, kao takvi, mogu nam pomoći da naučimo o našoj istoriji i istoriji života na Zemlji, kojom su dominirali jednoćelijski organizmi", rekao je King, docent integrativne biologije. i za molekularnu i ćelijsku biologiju, i dobitnik MacArthur "genijalne" nagrade za 2005. godinu. "Oni pomažu u rasvjetljavanju biologije i sadržaja genoma jednoćelijskih organizama iz kojih smo evoluirali."

Jedno otkriće potvrđeno sekvenciranjem je da choanflagelati imaju mnogo gena koji kod životinja proizvode proteine ​​bitne za signalizaciju od stanice do stanice i za određivanje koje se stanice drže jedna za drugu. Budući da Monosiga ne formira kolonije kao neki drugi hoanflagelati, uloga ovih proteina je misterija, rekao je King.

"Kod životinja, neki od ovih proteina, zvani kadherini, evoluirali su za povezivanje ćelija zajedno, oni su ljepilo koje sprječava da se nakupine ćelija raspadnu", rekao je King. "Choanoflagellates show no hint of multicellularity, but they have 23 genes for cadherin proteins, about the same as the fruit fly or the mouse."

In the Science paper, King and graduate student Monika Abedin report that some of these proteins are found around the base of the choanoflagellate cell, where the choanoflagellate attaches to surfaces, and around the tentacles, where bacteria are captured and ingested.

Perhaps, they argue, the last single-celled ancestor of all animals (including humans) employed these ancient cadherin proteins to bind and eat bacteria, while more complex metazoans adopted these proteins for gluing cells into a larger, many-celled creature. "The transition to multicellularity likely rested upon the co-option of diverse transmembrane and secreted proteins to new functions in intercellular signaling and adhesion," they wrote in Science.

"Choanoflagellates really are a unique window back in time to the origin of animals and humans. They are our best way of triangulating on that last unicellular ancestor of animals, because the fossil record is not there," said Dan Rokhsar, UC Berkeley professor of molecular and cell biology and program head for computational genomics at JGI. King and Rokhsar also are members of UC Berkeley's Center for Integrative Genomics.

Choanoflagellates are found abundantly in salt and fresh water around the world, where they gorge on bacteria. At about 10 microns across, they're about the size of another one-celled eukaryote, yeast. While yeast are well known to genetics researchers, however, choanoflagellates are not - a situation King hopes will change now that the genome is sequenced.

The cells are egg-shaped with a single long tail or flagellum at one end surrounded at its base by a collar of tentacles - choano comes from the Greek word for collar - that capture bacteria. The flagellum propels the choanoflagellate through the water and also washes bacteria towards the tentacles. Because choanoflagellates resemble the feeding cells of sponges, which are among the most primitive of animals, biologists 165 years ago proposed that these organisms were very distant ancestors of multicelled animals.

King and Rokhsar successfully proposed the choanoflagellate for sequencing several years ago as part of the Department of Energy's Microbial Genome Program, and in the intervening years, King worked on isolating enough uncontaminated DNA for sequencing. The draft genome, completed and annotated in 2007, consists of about 9,200 genes. It is similar in size to the genomes of fungi and diatoms, but much smaller than the genomes of metazoans. Humans, for example, have about 25,000 genes.

Interestingly, the choanoflagellate has nearly as many introns - non-coding regions once referred to as "junk" DNA - in its genes as humans do in their genes, and often in the same spots. Introns have to be snipped out before a gene can be used as a blueprint for a protein and have been associated mostly with higher organisms.

The choanoflagellate genome, like the genomes of many seemingly simple organisms sequenced in recent years, shows a surprising degree of complexity, King said. Many genes involved in the central nervous system of higher organisms, for example, have been found in simple organisms that lack a centralized nervous system.

Likewise, choanoflagellates have five immunoglobulin domains, though they have no immune system collagen, integrin and cadherin domains, though they have no skeleton or matrix binding cells together and proteins called tyrosine kinases that are a key part of signaling between cells, even though Monosiga is not known to communicate, or at least does not form colonies.

These findings are helping King and her colleagues assemble a picture of what the original common ancestor of humans and choanoflagellates looked like and also get hints about the first animals.

"It remarkable to what extent we can figure out how those animal ancestors must have been able to stick together and communicate with each other, at least in ways that allow you to make hypotheses about what those first steps toward animals looked like," Rokhsar said.

Nevertheless, it is not always easy determining which genes were in the last common ancestor of choanoflagellates and humans, and which are new. Choanoflagellates and humans have been evolving for the same length of time, so differences between the genomes may reflect genes that have been lost by choanoflagellates as much as genes gained by humans. Comparison of the Monosiga genome to that of other organisms, including another choanoflagellate - a colony-former called Proterospongia, whose genome is due to be sequenced by the National Institutes of Health - may answer such questions.

King has hopes that the Monosiga genome will answer many questions of animal evolution and illuminate the biology of this poorly understood aquatic creature.

"This is a new era, where we start with a genome to understand the biology of an organism," King said, noting a similar situation with the starlet sea anemone, Nematostella vectensis, sequenced in 2007. "The genome is the toehold."

Other authors of the Nature paper are M. Jody Westbrook, Susan L. Young, Monika Abedin, Jarrod Chapman, Stephen Fairclough, Yoh Isogai, Nicholas Putnam, Kevin J. Wright, Richard Zuzow, William Dirks, David Goodstein, Jessica Lyons, Scott Nichols and Daniel J. Richter of UC Berkeley's Department of Molecular and Cell Biology and the campus's Center for Integrative Genomics Robert Tjian and Daniel Rokhsar, UC Berkeley professors of molecular and cell biology Alan Kuo, Uffe Hellsten, Asaf Salamov, Harris Shapiro and Igor V. Grigoriev of JGI, along with the JGI sequencing team Ivica Letunic and Peer Bork of the European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, Germany Michael Marr of Brandeis University David Pincus, Matthew Good and Wendell A. Lim of UC San Francisco Antonis Rokas of Vanderbilt University Derek Lemons and William McGinnis of UC San Diego Wanqing Li and W. Todd Miller of Stony Brook University in New York Andrea Morris of the University of Michigan and Gerard Manning of the Razavi Newman Bioinformatics Center at the Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Calif.


Can a Cell Remember?

Humans have been understandably obsessed by our big brains and their big powers. After all, how many other species have invented ibuprofen, electric blankets and happy hour? But it may be time to take a big breath, a step back, and ask what a cell can do.

I wrote recently about how Stentor, the enormous trumpet-shaped, single-celled predator, may be capable of changing its &ldquomind.&rdquo But this is not the first or even second time free-living cells have shown signs that they possess something like cognition. It was already known that Stentor coeruleus&mdashthe swimming Stentor&mdashis capable of &ldquohabituating&rdquo to touch after you poke it long enough, it will stop contracting so readily, and it can remember to be less touchy for a least a few hours. No one knows how.

Stentor and another ciliate called Paramecij improve their escape times from capillary tubes (the microbial version of a classic experiment with rodents called the &ldquorunway&rdquo learning paradigm) with experience, although in the case of Stentor, only if the tube was vertical.

In the mid-20th century, Paramecij actually got the Pavlov&rsquos dogs treatment (also called classical conditioning) several times. Beatrice Gelber, working alone at the University of Chicago in the 1950s, showed that paramecia trained to associate a metal wire with clinging, delicious bacteria would still flock to the wire even if it was later presented without bacteria. Paramecia trained on a wire alone would not. Her results were strongly criticized and mostly dismissed at the time, although one recent analysis concludes she proved the case.

In another notable example in the 1970s, scientists at Mankato State University exposed paramecia to Pavlovian training sessions of a four-second tone paired for the last two seconds with an electric shock. After two or three sessions, about half or more of the apparently gun-shy paramecia initiated &ldquoavoiding response&rdquo&mdasha backward jerk and/or turn and resumption of swimming&mdashin response to a solo tone.

Incredibly, they could remember to do this for at least 24 hours. They could also be untaught if the tone continued to be unaccompanied by a shock, and then be retrained by pairing them once more. If this study is to be believed, they could also somehow distinguish between 300 and 500 hertz tones in deciding whether to initiate an escape. Yet other conditioning experiments with ciliates using repellant stimuli like shock or heat failed to show an association. It&rsquos fair to say that, if the case is not closed on cells and associative learning, the evidence is highly suggestive.

One further example of wild cellular learning merits mention. In an experiment published in 2008, the slime mold Physarum (a single-celled giant amoeba) learned to anticipate periodic puffs of cold dry air. After three regularly timed puff cycles, the slime mold reacted as if it was expecting another puff at the appropriate time by slowing down, its usual reaction to the unwelcome air. It not only remembered it could somehow tell time.

If it exists, what could the mechanism of all this apparent learning and deciding be? Single cells obviously have no brains or neurons, but they have many other complex structures and molecules upon which natural selection can act. In the case of ciliates like Stentor i Paramecium, as I wrote last time, this is rather an understatement.

Just because other life isn&rsquot wired the way we are does not mean they don&rsquot have hardware capable of producing something like it, perhaps in ways radically and fascinatingly different from ourselves. If the end is the same, do the means matter?

But there is an even more shocking possibility that is being entertained by a growing and diverse cadre of Ph.D.s: animals and ciliates do use the same mechanism.

Take, for instance, the ferret. In an example of classical conditioning, ferrets trained to associate a signal with a stimulus that causes a blink at regular intervals will blink at the appropriate moment after hearing the signal alone. One 2014 study of ferret brain cells responsible for this eyeblink timing implied individual cells were capable of learning and anticipating this same interval all on their lonesome.

Other experiments have traced the acquisition of habituation in the gill withdrawal reflex of the sea slug Aplysia to changes in individual cells. Recent studies in sea slugs and rodents alike have implied certain memories can be transferred between animals or generations via RNA and DNA. Memories have also been transferred from one slime mold to another when they fused. Studies at all levels of life have implied that individual cells or networks of non-neural cells are capable of forming memories. Clearly, brains and nerves are not the last word on memory.

Though it is by no means certain that free-living single cells (if they can indeed form memories) use the same methods as vertebrates, they do seem to possess the same tool kit. The chief hard-drive suspects are DNA or protein tags. The idea is that small chemicals like methyl groups can be added to or removed from DNA histones&mdashthe proteins around which DNA is wound&mdashor other proteins in the cell as a result of a memory-forming experience.

These physical tags then make it more or less likely that genes are turned into proteins by physically altering their accessibility to the enzymes that do the job, or that certain extant proteins do or do not do their jobs, or do them better or worse, and that in some such manner&mdashsometimes straightforward, sometimes mind-splittingly complex&mdashmemories may be formed. If the idea that DNA or proteins could serve as hard drives seems extravagant, it&rsquos worth noting individual proteins may be capable of far more than we ever expected at least one recent report suggests a single protein may be the equivalent of a programmable six-minute timer in fruit flies.

Chemical tags are by no means the only suspects, either. There are other structures and mechanisms (the cytoskeleton, for instance, the extracellular matrix, bioelectricity, or even simple protein clumping) that could conceivably be tasked with encoding memories. One recent paper implicated the tube size of slime molds&mdashas in, the giant, visible-to-the-naked eye tubes that compose the organism&mdashthat could be a memory repository. It is possible that memory formation in any given organism relies on several systems. Various life forms could rely on characteristic combinations of methods.

Or perhaps, as with the genetic code, there is one more or less unifying system. In 1962, Gelber wrote: &ldquoSimply stated, it is hypothesized that the memory engram must be coded in macromolecules&hellip. Possibly the biochemical and cellular physiological processes which encode new responses are continuous throughout the phyla (as genetic codes are) and therefore would be reasonably similar for a protozoan and a mammal."

Jennings, too, as early as the turn of the 20th century, sensed and believed that the behavioral workings of animals were often elaborations on systems already in place in unicellular life. A learning and memory system already present in our single-celled common ancestors could also help explain recent experiments that imply plants, too, can learn and remember.

An even more daring question arises: is there a system organizing the systems? Computational biologist Dennis Bray, in his 2009 book Wetware, speculates that a cell has neurons in the form of proteins and neural nets in the form of interlocking protein cascades sequential protein collisions alter their targets (which may be other proteins or even genes) in a network, communicating and processing information down biological wires or circuits. Cells may even have some sort of central processing unit (the subtitle of his book is &ldquoA computer in every living cell&rdquo).

In animals, he suggests this could reside in the centrosome, a place where an assessment of protein traffic carrying information about conditions inside and outside the cell could be integrated, assessed and acted upon to produce something like decisions. And the capacity to make decisions is the very thing mounting evidence seems to indicate single-celled Stentor is capable of.

Of course, much of this is still pretty out there, evidence-wise. As I write, biologists are dimly glimpsing the true, staggering complexity of cells (extrachromosomal DNA loops and the dark matter in DNA are but two further examples), and chattering excitedly from a ship at sea about the nature of the newly discovered continent. But really, we still just don&rsquot know.

Given the shocking (to me) lack of consensus on how Pavlovian conditioning operates even in animal brains (which also makes me feel that confident pronouncements that free will is an illusion border on reckless), I think it&rsquos time for us to throw preconceived notions of what cells are capable of out the window, rather than unexpected experimental results. Jennings and Gelber got more or less the same treatment because their critics had already decided their results were impossible. With the benefit of the molecular revolution, we now see that maybe their results aren&rsquot so far-fetched after all.

If it is true that sensitive plants can learn, slime molds can remember and Stentor can decide&mdashand certainly, extraordinary claims require extraordinary evidence&mdashone of the most exciting biological prospects of the coming years will be discovering exactly how they do it. We may be stunned to realize, as we have been before, they are not so different from us.


Pogledajte video: The First Major Transition in Evolution. Single-Celled LifeProkaryotes to Eukaryotes (Februar 2023).