Kinek van négy kamara szíve?
Szigorúan véve a négykamrás szív csak madarakban és emlősökben, beleértve az embereket is. Ez annak köszönhető, hogy ezeknek az állatoknak a keringési rendszerét két vérkeringési körbe osztották. A vérkeringés nagy köre közvetlenül a szervezet szerveihez szállít vért, míg a kis kör a vér oxigénnel történő telítettségét szolgálja a tüdőben. A krokodilok feltétlenül négykamrás szívvel rendelkeznek, mert bár a szívelválasztás két kamrába és két atriába esik, ez a szétválasztás nem teljes, és szükség esetén a krokodil vénás vérben gazdag szén-dioxidot küld az artériákba - ez a képesség segít a krokodiloknak emésztéssel, a gyomornedv termelésének ösztönzésével. Még inkább konvencionálisan a négy kamra a halak szívének tekinthető, amely az átriumon és a kamrán kívül két kis kamrával rendelkezik: a vénás sinus és az aorta kúp.
Négykamrás krokodil szív.
A krokodilok az egyetlen hüllő, amely ilyen szívvel rendelkezik.
By the way, van egy kis lyuk a septum között a gyomor és a vér keveredik elég gyakran. Ezért a krokodilok hosszú ideig víz alatt maradhatnak.
Azt is mondják, hogy a békáknak négykamrás szíve van, de úgy tűnik, hogy ez nem bizonyított (nem tudom pontosan).
A négykamrás szív ilyen élőlényekkel rendelkezik a Földön, mint: normál ember, krokodil, madarak, emlősök, egy négykamrás szív: egy bal pitvar és egy kamra, egy jobb pitvar és egy kamra.
A szív halakban kétkamrás, kétéltűek és a hüllők többségében, háromkamrában, de csak a madaraknak és az emlősöknek négykamrás szívük van. Az egyetlen hüllő, akinek 4 kamerája van, egy krokodil. De ez kissé rosszabb, hiszen az atriák nem különülnek el egymástól egy interatrial septum.
A békáknak háromkamrás szívük van, de még két különálló szakadék van, így csak feltételesen tekinthető, hogy ezek a kétéltűek csak három.
Úgy véljük, hogy az első négykamrás szívek a dinoszauruszok idején megjelentek, majd az evolúció során ez a tulajdonság a közvetlen leszármazottaikra került.
Az ember, mint emlős, szintén négykamrás szívvel rendelkezik.
A négykamrás szív madarakban és emlősökben, beleértve az embereket is.
A hüllő (hüllő) krokodilnak is van egy ilyen szíve, de ez feltételes, mivel az atriának van egy üzenetük közöttük.
A négy kamra két atria, egy pitvari elválasztással, és két kamrával, amelyek szintén szeparáltak (interventricularis)
Az atria kommunikál a kamrákkal olyan nyílásokkal, amelyeken mindkét oldalon egy szelep van (három jobb oldali szelep van, kettő balra, mitrális szelepnek is nevezik).
A bal fél az artériás vért, a jobb vénát tartalmazza. Nincs üzenet. Igaz, a magzatnak van egy lyuk az interatrialis septumban, amely általában a születéskor vagy az élet első célján nő. Ha ez nem történik meg, akkor egy szívhiba alakul ki.
Furcsa, amint hangzik, egy személynek négy kamara szíve van.
A madaraknak ugyanaz a szíve - például egy galambnak van egy ilyen szíve.
Amint már említettük, a krokodil a fontos testület boldog tulajdonosává vált.
Tény, hogy nem számít, milyen valaki valaki - a legfontosabb dolog, hogy veri és működik.
A négykamrás szív a jobb pitvarból, a jobb kamrából, a bal pitvarból és a bal kamrából áll. A madarak és az emlősök (beleértve az embereket is) ilyen szívvel rendelkeznek.
A hüllőknek háromkamrás szíve van, de egyik képviselőjük, a krokodil, már négykamrás szívvel rendelkezik (bár az interatrialis septum még mindig nem választja el teljesen az átriumot).
Általában a négykamrás szív, madarakban és emlősökben, beleértve az embereket is. A 4 kamra szívébe tartozik a bal pitvar és a kamra, valamint a jobb pitvar és a kamra. Az egyetlen kétéltű, négykamrás szívű krokodil.
Először is természetesen velünk vagyunk, vagyis az embereknek van egy 4 kamrájú szíve. A 4-kamrás szív madarakkal, emlősökkel, hüllőkkel is rendelkezik. Ezeknek az egyéneknek a szíve nagyon hasonló.
Emberekben krokodilok, minden állat emlősosztály és még sok más.
Kinek van négy kamara szíve?
Négykamrás krokodil szív.
A krokodilok az egyetlen hüllő, amely ilyen szívvel rendelkezik.
By the way, van egy kis lyuk a septum között a gyomor és a vér keveredik elég gyakran. Ezért a krokodilok hosszú ideig víz alatt maradhatnak.
Azt is mondják, hogy a békáknak négykamrás szíve van, de úgy tűnik, hogy ez nem bizonyított (nem tudom pontosan).
Szigorúan véve a négykamrás szív csak madarakban és emlősökben, beleértve az embereket is. Ez annak köszönhető, hogy ezeknek az állatoknak a keringési rendszerét két vérkeringési körbe osztották. A vérkeringés nagy köre közvetlenül a szervezet szerveihez szállít vért, míg a kis kör a vér oxigénnel történő telítettségét szolgálja a tüdőben. A krokodilok feltétlenül négykamrás szívvel rendelkeznek, mert bár a szívelválasztás két kamrába és két atriába esik, ez a szétválasztás nem teljes, és szükség esetén a krokodil vénás vérben gazdag szén-dioxidot küld az artériákba - ez a képesség segít a krokodiloknak emésztéssel, a gyomornedv termelésének ösztönzésével. Még inkább konvencionálisan a négy kamra a halak szívének tekinthető, amely az átriumon és a kamrán kívül két kis kamrával rendelkezik: a vénás sinus és az aorta kúp.
Gén és egy négykamrás szív kialakulása
A biológusok felfedeztek egy gént, melynek változásai egy kétkamrás szívből, kétéltűekből és hüllőkből evolúciós átmenetet eredményeztek a madarak és állatok négykamrájába, ami segít a melegvérűvé válás módjában. A madarak, az emlősök és a krokodilok két részre osztott négykamrás szívje lehetővé teszi a vérkeringés két körének létezését, azaz a tüdő és a szervezet egészének kiszolgálását. Ennek eredményeként az artériás és a vénás vér nem keveredik össze, mint a kétéltűek szívében, és a test sokkal jobb oxigénnel van ellátva.
A hüllők között a szív "kialakításának" különböző változatai vannak. Különösen a háromkamrás szívük ventrikulumában lévő teknősnek van egy septumja, amely azonban nem teljesen elválasztja őket. "A hüllők szíve ellentmondás tárgyát képezte - függetlenül attól, hogy van-e egyetlen kamrája vagy két, teljesen nem elválasztott kamrája" - írja a tanulmányt, egy kutatócsoportot az Egyesült Államokból, Kanadából és Japánból, a Kaliforniai Egyetem Katsuko Koshiba-Takeuchi vezetésével. San Franciscóban.
Összehasonlító tanulmányt készítettek a vörösfülű teknősökről (Trachemys scripta elegans) és az iguánákról - a vörös torkos anolákról (Anolis carolinensis) a szívfejlődéssel kapcsolatos genetikai tényezők tekintetében. A megfigyelések eredményei azt mutatták, hogy mind a teknősökben, mind az iguánokban az első szakaszban a Tbx5 gén a jövő kamra teljes felületén nyilvánul meg, de a teknősök későbbi szakaszaiban ez a gén csak a bal oldali felében működik. Az emlősökben és a madarakban ez a gén pontosan a bal kamra kialakulásához kapcsolódik.
Ez azt jelenti, hogy az evolúciós folyamatban a Tbx5 gén fokozatosan egy négykamrás szív szerkezetének kialakulásához kezd. A hipotézis megerősítéséhez a tudósok kísérletet folytattak az egereken, amelyeknél a Tbx5 gén ki volt kapcsolva. Ennek eredményeképpen az egerek kamrái közötti partíció eltűnt, a hüllők szívéhez hasonló háromkamrás szív alakult ki.
Ki rendelkezik egykamrás, kétkamrás, háromkamrás, négykamrás szívvel?
A kétéltűek és hüllők már két vérkeringési körrel rendelkeznek, és szívük háromkamrás (interatrial septum jelenik meg). Az egyetlen modern hüllő, melynek egy alacsonyabb szintje van (az interatrialis septum nem teljesen elválasztja az atriumot), de már a négykamrás szív krokodil. Úgy véljük, hogy először a négykamrás szív dinoszauruszokban és primitív emlősökben jelent meg. A jövőben a dinoszauruszok - madarak és a primitív emlősök leszármazottai - közvetlen emlősei - a modern emlősök - örökölték ezt a szívstruktúrát.
Valamennyi akkordok szíve szükségszerűen szívzsákot (perikardiumot), szelepet tartalmaz. A puhatestűek szívében szelepek is lehetnek, perikardiájuk van, amely a hasüregben lefedi a hátsó beleket. Rovarokban és más ízeltlábúakban a keringési rendszer szervei a nagy edények perisztaltikus expanziói formájában nevezhetők szívnek. A színekben a szív egy páratlan szerv. A puhatestűek és ízeltlábúak esetében az összeg változhat. A "szív" fogalma nem vonatkozik a férgekre stb.
[szerkesztés] Az emlősök és a madarak szíve
A háromkamrás szívből négykamrás szívré alakuló molekuláris mechanizmus megfejtésre kerül.
A négykamrás szív megjelenése a madarakban és az emlősökben a legfontosabb evolúciós esemény, melynek köszönhetően ezek az állatok melegvérűvé váltak. A gyík és a teknős embriók szívének fejlődéséről és a kétéltűekre, madarakra és emlősökre vonatkozó adatokkal való összehasonlítás részletes tanulmánya kimutatta, hogy a háromkamrás szívek négy kamrává történő átalakításában a kulcsfontosságú szerepet játszott a Tbx5 szabályozó gén változásai, amelyek a kezdetben egyetlen kamrában működnek. Ha a Tbx5 egyenletesen fejeződik ki a csírákon, a szív háromkamrás, ha csak a bal oldalon - négy kamrával.
A gerincesek megjelenése szárazföldön a tüdő légzés kialakulásához vezetett, ami a keringési rendszer radikális átalakítását igényelte. A hal-lélegző gillek, egy kör a vérkeringés, és a szív, illetve a kétkamrás (áll egy átrium és egy kamra). A földi gerincesekben három- vagy négykamrás szív és két vérkeringési kör van. Egyikük (kicsi) vért vezet a tüdőn, ahol oxigénnel telített; akkor a vér visszatér a szívbe, és belép a bal pitvarban. A nagy kör az oxigénben gazdag (artériás) vért az összes többi szervbe irányítja, ahol oxigént ad fel és visszatér a szívbe a vénákon keresztül a jobb pitvarra.
A háromkamrás szívvel rendelkező állatokban a vér egyaránt egy kamrába kerül, ahonnan ezután a tüdőbe és minden más szervbe utazik. Ugyanakkor az artériás vér különböző mértékben keveredik a vénás vérrel. Az embrionális fejlődés során négykamrás szívvel rendelkező állatokban az egyetlen kamrát kezdetben egy szeptummal osztják fel a bal és jobb oldalon. Ennek eredményeként a két keringési kör teljesen elválik egymást: a vénás vér csak a jobb kamrába kerül, és onnan a tüdőbe megy, az artériás vér csak a bal kamrába megy, és onnan minden más szervbe megy.
A négykamrás szív kialakulása és a vérkeringési körök teljes szétválasztása szükséges volt ahhoz, hogy az emlősökben és a madarakban melegvérűséget alakítsanak ki. A melegvérű állatok szövetei sok oxigént fogyasztanak, így „tiszta” artériás vérre van szükségük, amely maximálisan oxigénnel telített, és nem kevert artériás vénás vér, amely hidegvérű gerincesek egy háromkamrás szívvel elégedettek (lásd: A keringési chordus filogenezise).
A háromkamrás szívvel a kétéltűek és a legtöbb hüllők jellemzőek, bár az utóbbi részlegesen elválasztja a kamrát két részre (egy nem teljes intraventrikuláris septum alakul ki). A jelenlegi négykamrás szív három egymástól függetlenül fejlődött: krokodilok, madarak és emlősök. Ez a konvergens (vagy párhuzamos) evolúció egyik legjelentősebb példája (lásd: Aromorfózisok és párhuzamos evolúció; Párhuzamok és homológ variabilitás).
Az Egyesült Államokból, Kanadából és Japánból származó kutatók nagy csoportja, akik a Nature folyóirat legújabb számában publikálták eredményeiket, megpróbálták megismerni e fontos aromorfózis molekuláris genetikai alapját.
A szerzők részletesen tanulmányozták a szív kialakulását két hüllő embrióban - a vörös fülű teknős Trachemys scripta és az anoly gyík (Anolis carolinensis). A hüllők (kivéve a krokodilokat) különösen érdekesek a probléma megoldása szempontjából, mivel szívük struktúrája sok szempontból közbenső a tipikus háromkamrás (például kétéltűek) és a valódi négykamrás, például a krokodilok, a madarak és az állatok között. Eközben a cikk szerzői szerint 100 éve senki sem tanulmányozta komolyan a hüllő szív embrió fejlődését.
Más gerinceseken végzett vizsgálatok még mindig nem adtak határozott választ arra a kérdésre, hogy milyen genetikai változások okozzák a négykamrás szív kialakulását az evolúció során. Megjegyezték azonban, hogy a Tbx5 szabályozó gén, a kódoló fehérje, egy transzkripciós szabályozó (lásd a transzkripciós faktorokat), a kétéltűek és a melegvérűek esetében eltérő módon fejeződik ki a fejlődő szívben. Az előbbiben egyenletesen fejeződik ki a jövőbeni kamrában, az utóbbiban kifejeződése maximális az anlage bal oldalán, amelyből a bal kamra később alakul ki, és minimálisan a jobb oldalon. Azt is megállapították, hogy a Tbx5 aktivitás csökkenése hibákat okoz a kamrák közötti szeptum kialakulásában. Ezek a tények lehetővé tették a szerzők arra utalását, hogy a Tbx5 génaktivitás változásai szerepet játszhatnak a négykamrás szív fejlődésében.
A gyík szívének kialakulása során a kamrában kialakul egy izomhenger, amely részben elválasztja a kamrai kimenetet a fő üregétől. Ezt a görgőt néhány szerző értelmezte, mint egy szerkezetét, amely homológ a gerincesek egy négykamrás szívvel való intergastikus partíciójával. A szóban forgó cikk szerzői, a görgő növekedésének és finom szerkezetének tanulmányozása alapján elutasítják ezt az értelmezést. Felhívják a figyelmet arra a tényre, hogy ugyanaz a párna röviden megjelenik egy csirke embrió szívének kialakításakor - a valódi szeptummal együtt.
A szerzők által gyűjtött adatok azt mutatják, hogy a gyíkban nem tűnik fel a jelenlegi interventricularis septummal homológ struktúrák. A teknős, éppen ellenkezőleg, hiányos partíciót képez (egy kevésbé fejlett izomhengerrel együtt). Ennek a partíciónak a kialakulása a teknősben sokkal később kezdődik, mint a csirke. Mindazonáltal kiderül, hogy a gyík szíve „primitívebb”, mint egy teknős. A teknős szíve közbenső a tipikus háromkamrás (például kétéltűek és gyíkok) és a négykamrás, például krokodilok és melegvérűek között. Ez ellentétes a hüllők fejlődésével és osztályozásával kapcsolatos általánosan elfogadott elképzelésekkel. A teknősök anatómiai jellemzői alapján hagyományosan a modern hüllők között a legprimitívebb (bazális) csoportnak tekintették. Ugyanakkor számos kutató által végzett DNS összehasonlító elemzése időről időre rögtön rámutatott a teknősök közelségére az archosaurákra (a krokodilok, a dinoszauruszok és a madarak csoportja), valamint a skaly (gyíkok és kígyók) alaphelyzetére. A szív szerkezete megerősíti ezt az új evolúciós rendszert (lásd az ábrát).
A szerzők több szabályozó gén expresszióját tanulmányozták egy teknős és gyík fejlődő szívében, beleértve a Tbx5 gént is. Madarakban és emlősökben, már az embriogenezis nagyon korai szakaszában, a kamrai bud (a kifejezés gyorsan csökken a balról jobbra) éles gradiensét képezi. Kiderült, hogy a gyík és a teknős korai szakaszában a Tbx5 gént ugyanúgy fejezik ki, mint a béka, azaz egyenletesen a jövőbeni kamrában. Egy gyíkban ez a helyzet az embriogenezis végéig tart, és a teknős késői szakaszaiban egy expressziós gradiens képződik - lényegében ugyanaz, mint a csirke, de csak kevésbé kifejezett. Más szavakkal, a kamra jobb oldalán a génaktivitás fokozatosan csökken, míg a bal oldalon magas marad. Tehát a Tbx5 gén expressziós mintázatának megfelelően a teknős egy közbenső helyzetben van a gyík és a csirke között.
Ismeretes, hogy a Tbx5 gén által kódolt fehérje szabályozó - számos más gén aktivitását szabályozza. A kapott adatok alapján természetes volt feltételezni, hogy a kamrák fejlődése és az interventricularis septum fülét a Tbx5 gén szabályozza. Korábban kimutatták, hogy az egér embriókban a Tbx5 aktivitás csökkenése hibákat okoz a kamrák fejlődésében. Ez azonban nem volt elegendő a Tbx5 „vezető” szerepének a négykamrás szív kialakulásához.
További kényszerítő bizonyítékokra a szerzők többféle géntechnológiával módosított egeret használtak, amelyekben az embrionális fejlődés során a Tbx5 gént a kísérleti személy kérésére ki lehetett kapcsolni a szív csíra egy vagy másik részében.
Kiderült, hogy ha kikapcsolja a gént a teljes kamrai rügyben, a csíra még nem kezd két részre osztódni: egyetlen ventrikulum alakul ki belőle anélkül, hogy az interventricularis septum nyoma lenne. Nem alakulnak ki olyan karakterisztikus morfológiai jellemzők is, amelyekkel a jobb kamra a bal oldalt megkülönböztethető, függetlenül a szeptum jelenlététől. Más szavakkal, háromkamrás szívvel rendelkező egér embriókat kapunk! Az embriók az embrionális fejlődés 12. napján halnak meg.
A következő kísérlet az volt, hogy a Tbx5 gént csak a kamrai bud jobb oldalán helyeztük el. Így a gén által kódolt szabályozó fehérje koncentrációs gradiense élesen balra tolódott. Elvben elvárható volt, hogy egy ilyen helyzetben az interventricularis septum jobban balra alakul, mint amilyennek kellene lennie. De ez nem történt meg: a partíció egyáltalán nem kezdett formázni, de a rudiment megoszlása a bal és jobb részre más morfológiai jellemzők szerint történt. Ez azt jelenti, hogy a Tbx5 expresszió gradiens nem az egyetlen olyan tényező, amely a négykamrás szív fejlődését szabályozza.
Egy másik kísérletben a szerzőknek sikerült biztosítaniuk, hogy a Tbx5 gén egyenletesen expresszálódjon az egér embriójának kamráiban, körülbelül ugyanolyan, mint egy béka vagy gyík. Ez ismételten háromkamrás szívvel rendelkező egér embriók kialakulásához vezetett.
A kapott eredmények azt mutatják, hogy a Tbx5 szabályozó gén munkájában bekövetkezett változások valóban fontos szerepet játszhatnak a négykamrás szív kialakulásában, és ezek a változások párhuzamosan és függetlenül történtek emlősökben és archaurákban (krokodilok és madarak). Így a tanulmány ismét megerősítette, hogy a gének aktivitásának változásai - az egyéni fejlődés szabályozói - kulcsszerepet játszanak az állatok fejlődésében.
Természetesen még érdekesebb lenne olyan géntechnológiával módosított gyíkok vagy teknősök kialakítása, amelyekben a Tbx5 egerekben és csirkékben kifejezné, azaz erősen a kamra bal oldalán, és a jobb oldalon gyenge, és nézze meg, hogy nem szív több, mint egy négykamrás. De ez még mindig nem lehet technikailag megvalósítható: a hüllő géntechnológiája eddig nem haladt előre.
Kinek van négy kamara szíve
A halakban a szív kétkamrás, egy átriumból és egy kamrából áll. A vérkeringés egyik köre: a szívből érkező vénás vér a gillekbe megy, ott érrendszerré válik, a test minden szervéhez megy, vénává válik és visszatér a szívbe.
A kétéltűeknél (békák és újszülöttek) a szív háromkamrás, és egy kamrából és két atriaból áll. Két vérkeringési kör:
- Nagy kör: a kamrából a vegyes vér a test minden szervéhez megy, vénásvá válik, visszatér a jobb pitvarba.
- Kis kör: a kamrából a vegyes vér a tüdőbe megy, artériássá válik, visszatér a bal átriumba.
- Az atria véréből belép a kamrába, összekeveredik.
A hüllőkben (gyíkok, kígyók, teknősök) a keringési rendszer ugyanaz, mint a kétéltűeknél, a kamrában hiányos szeptum jelenik meg, ami részben elválasztja a vért: a tüdő a vénás vért kapja, az agy a legtöbb artériát, és az összes többi szerv vegyes. A krokodilok négykamrás szívvel rendelkeznek, az artériákban a vér keveredik.
Az emlősökben és a madarakban a keringési rendszer ugyanaz, mint az embereknél.
tesztek
26-01. Négykamrás szív
A) alligátor
B) teknősök
C) kígyók
D) gyíkok
2.26. Állatokban, melynek szisztematikus csoportja kétkamrás szívvel rendelkezik?
A) rovarok
B) Laposférgek
C) Kétéltűek
D) Hal
3.26. Milyen jelzés jellemzi a keringési rendszert a halakban?
A) a szív csak vénás vérrel van feltöltve
B) két vérkeringési kör van.
C) háromkamrás szív
D) az artériás vér vénássá történő átalakulása a gerincvérben történik
4.26. A két kamrák kialakulásának folyamatában a kétéltűek kialakulása azt a tényt eredményezte, hogy testük sejtjeit vérellátással kezdték el ellátni.
A) vénás
B) artériás
B) vegyes
D) oxigénben gazdag
5.26. Hozzájárult a kétkamrás szív kialakulása kétéltűeknél
A) a partszakaszuk
B) a bőr légzése
B) növelje testük méretét
D) a lárvák vízben való fejlődése
26-06. A fenti akkordok osztályainak képviselői egy-egy vérkeringéssel rendelkeznek?
A) madarak
B) hal
C) emlősök
D) hüllők
7.26. Az evolúciós folyamatban az állatok második vérkeringési körének megjelenése a megjelenéshez vezetett
A) Gill légzés
B) tüdő légzés
B) légcső légzés
D) légzés a szervezetben
8.26. A halak keringési rendszerére vonatkozó ítéletek helyesek?
1. A halnak kétkamrás szíve van, vénás vért tartalmaz.
2. A halaknál a vénás vér oxigénnel gazdagodik és artériás vérré alakul.
A) csak 1 igaz
B) csak 2 igaz
C) mindkét ítélet igaz
D) mindkét ítélet téves
9.26. A kétéltűek keringési rendszerére vonatkozó ítéletek helyesek?
1. A kétéltűek szíve két kamrából áll.
2. A szervekből és szövetekből származó vénás vért összegyűjti a vénákba, és belép a jobb pitvarba, majd a kamrába.
A) csak 1 igaz
B) csak 2 igaz
C) mindkét ítélet igaz
D) mindkét ítélet téves
Milyen állatoknak van háromkamrás szíve
Az evolúció eredményeként az élő lények minden szervét javították, beleértve a keringési rendszert. A szív a véredények átáramlásáért felelős rendszer fő szerve.
A legegyszerűbb lények és szervezetek nem rendelkeznek ezzel a szervvel. A legprimitívebb szíve a sörte-féreg férgekben jelenik meg, amelyet csak egy kamra képvisel. A kétkamrás szív első ízben fejlődik halakban és lamellákban.
A háromkamrás szív megjelenését megkönnyítette a teremtmények teremtése a szárazföldön. Sokkal több előnye van az előzőekhez képest, de még mindig nem tökéletes. A szerv egy kamrából és két atriaból áll. Emellett a háromkamrás szívvel rendelkező állatoknak 2 vérkeringési körük van.
Ki a háromkamrás szív tulajdonosa?
- kétéltűek vagy kétéltűek (békák, varangyok, békák, salamanderek);
- hüllők (kígyók, teknősök, gyíkok, krokodilok).
Figyelembe kell vennünk a krokodil szív szerkezetét is. A kamra septumja üreges és ezáltal négykamrás szív. De mivel van egy lyuk a központban a partícióban, a krokodil szíve nem egy teljes négykamrás, mint a madarak, emlősök és emberek.
Hogy lett a háromkamrás szív négykamrás
A gerincesek megjelenése szárazföldön a tüdő légzés kialakulásához vezetett, ami a keringési rendszer radikális átalakítását igényelte. A hal-lélegző gillek, egy kör a vérkeringés, és a szív, illetve a kétkamrás (áll egy átrium és egy kamra). A földi gerincesekben három- vagy négykamrás szív és két vérkeringési kör van. Az egyik (kicsi) vért vezet át a tüdőn, ahol oxigénnel telített. Ezután a vér visszatér a szívbe, és belép a bal pitvarban. A nagy kör az oxigénben gazdag (artériás) vért az összes többi szervbe irányítja, ahol oxigént ad fel és visszatér a szívbe a vénákon keresztül a jobb pitvarra.
A háromkamrás szívvel rendelkező állatokban a vér egyaránt egy kamrába kerül, ahonnan ezután a tüdőbe és minden más szervbe utazik. Ugyanakkor az artériás vér vénás vérrel keveredik. Négykamrás szívvel rendelkező állatokban a fejlődés folyamán egyetlen kamrát először osztottunk szétválasztással a bal és jobb oldalon. Ennek eredményeképpen a két vérkeringési kör teljesen elkülönül: az oxigénszegény vér a jobb oldali pitvarból a jobb kamrába jut, és onnan a bal oldali pitvarból oxigénnel telített tüdőbe megy át a bal kamrába, és onnan az összes többi szervbe megy.
A négykamrás szív kialakulása szükséges ahhoz, hogy az emlősök és a madarak melegvérűségét fejlesszék. A melegvérű szövetek sok oxigént fogyasztanak, így „tiszta” artériás vérre van szükségük, a legtöbb oxigénnel. A vegyes artériás vénás vér lehet háromkamrás szívvel rendelkező hidegvérű gerincesekkel. A háromkamrás szívvel a kétéltűek és a legtöbb hüllők jellemzőek, bár ez utóbbi részlegesen elválasztja a kamrát két részre (a hiányos intra-kamrai septum alakul ki). A jelenlegi négykamrás szív három egymástól függetlenül fejlődött: krokodilok, madarak és emlősök. Ez a párhuzamos evolúció élénk példája.
Az USA-ból, Kanadából és Japánból származó biológusok sikerült részben megfejteniük ennek a jelentős evolúciós eseménynek a molekuláris genetikai alapját (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). A kulcsszerepet a Tbx5 gén változásai játszották. Ez a gén, amely szabályozó fehérjét kódol, a fejlődő szívben eltérő módon fejeződik ki a kétéltűek (Xenopus spur-szerű béka) és a melegvérű (csirke és egér) szívében. Az előbbiben egyenletesen fejeződik ki a jövőbeni kamrában, az utóbbi esetben az anlage bal oldalán (a jövőbeni bal kamrában) és a jobb oldalon minimális kifejezése. És mi van a hüllőkkel?
Megállapítást nyert, hogy a hüllők - gyíkok és teknősök - korai embrió szakaszában a Tbx5 gént ugyanúgy fejezik ki, mint egy béka, azaz egyenletesen a jövőbeni kamrában. A gyíkban minden a fejlődés végéig marad. Mint egy béka, a gyík sem formál semmit, ami hasonlít a kamrák közötti, legalább részleges szeparációra.
Ami a teknőst illeti, akkor késő szakaszában kifejezőgradiens alakul ki - ugyanaz, mint a csirke, csak kevésbé kifejezett. Más szavakkal, a kamra jobb oldalán a génaktivitás fokozatosan csökken, míg a bal oldalon magas marad. Így a Tbx5 kifejezés jellegéből adódóan a teknős közepe a gyík és a csirke között van. Ugyanez mondható el a szív szerkezetéről is. A teknős egy nem teljes partíciót képez a kamrák között, de későbbi szakaszokban, mint a csirke. A teknős szíve közbenső a tipikus háromkamrás (például kétéltűek és gyíkok) és a négykamrás között, mint a krokodilok és a melegvérűek.
A Tbx5 gén vezető szerepének megerősítésére a szív fejlődésében, kísérleteket végeztünk módosított egerekkel. Ezekben az egerekben a kísérletező kérésére a szívbaktérium egy vagy másik részén a Tbx5 gén kikapcsolása volt lehetséges. Kiderült, hogy ha kikapcsolja a gént a teljes kamrai rügyben, a csíra még nem kezd két részre osztódni: egyetlen ventrikulum alakul ki belőle, anélkül, hogy a septum nyoma lenne. Szerezd meg az egér embrióit háromkamrás szívvel! Az embriók az embrionális fejlődés 12. napján halnak meg.
Egy másik kísérletben a szerzőknek sikerült biztosítaniuk, hogy a Tbx5 gén egyenletesen expresszálódjon az egér embriójának kamráiban - mint a béka és a gyík. Ez ismételten háromkamrás szívvel rendelkező egér embriók kialakulásához vezetett.
Természetesen még érdekesebb lenne olyan genetikailag módosított gyíkok vagy teknősök kialakítása, amelyekben a Tbx5 egerekben és csirkékben kifejeződik, azaz erősen a kamra bal oldalán, gyengén a jobb oldalon, és nézze meg, hogy ebből a szívből inkább egy négykamrás. De ez még nem valósítható meg: a hüllő géntechnológiája eddig nem haladt előre.
Nyilvánvaló, hogy az evolúció a melegvérűség megteremtéséhez és mindazokhoz, amelyek lehetővé teszik ezt az átalakulást (szív, keringési rendszer, integrátum, kiválasztási rendszer stb.) Egyszerű eszközöket használnak: minél kevesebb beállításra volt szükség, annál jobb. És ha egy háromkamrás szívet egy lépésben négykamrává alakíthatunk, akkor nincs ok arra, hogy ne használjuk ki azt.
Gén duplikáció
MULTIFUNKCIÓS GENES - AZ EVOLUTIONÁRIS INNOVÁCIÓK ALAPJA.
Az ötletet, hogy a gén-duplikáció az evolúciós innovációk legfontosabb forrása, már 1930-ban fejezte ki John Haldane kiemelkedő biológusa (Haldane, 1933). Ma nem kétséges. Az ötlet egyszerű. Egy gén „extra” példányának megjelenése a genomban szabadságot nyit az evolúciós kísérletekhez. A két példány egyikében fellépő mutációk, amelyek gyengítik a gén eredeti funkcióját, nem szűnik meg a kiválasztással, mert van egy második másolat, amely ugyanaz a funkció. A kiválasztás kiküszöböli azokat a mutációkat, amelyek csökkentik a test alkalmasságát, és ehhez szükséges, hogy a gén mindkét másolatát egyszerre elrontják. Ezért az egyik másolat valószínűleg többé-kevésbé változatlan marad, a másik pedig szabadon felhalmozódik a véletlenszerű mutációk. Valószínűleg ez a változó másolat reménytelenül sérült vagy teljesen elveszett lesz. Lehetséges azonban, hogy bizonyos mutációk új hasznos tulajdonságot adnak a változó másolathoz. Elég, hogy ezt a tulajdonságot kezdetben a lehető legkisebb mértékben fejezték ki. A kiválasztás „megragadja” az előnyt, és elkezdi optimalizálni az új funkció génjét.
Ezt az innovációs módot neofunkcionalizációnak nevezik. A megduplázódott gén egyik példánya a tisztító kiválasztás hatására marad, nem változtatja meg és nem tartja meg a régi funkciót, míg a másik másolat egy újat kap. Természetesen a legtöbb esetben az új funkció az eredetihez kapcsolódik: a régi téma bizonyos változata lesz (ne feledje, hogy az 1. fejezetben arról beszéltünk, hogy nehéz-e átállni a fitness táj egyik szintjéről a másikra?)
Gyakran előfordul, hogy az egyetlen funkcióval történő kiválasztással optimalizált fehérje más funkciókat is elláthat, amelyek másodlagosak vagy teljesen szükségtelennek bizonyulnak a test számára alacsony hatékonyság mellett, egyszerűen mellékhatásként. Például, az egyetlen szubsztrátummal való együttműködésre szakosodott enzimek többsége kevésbé tud működni más, a fő szubsztrátumhoz hasonló molekulákkal. Az ilyen enzimekről elmondható, hogy az új funkciók megszerzéséhez előzetesen adaptáltak. Ha a körülmények úgy változnak, hogy ez a kiegészítő funkció hasznosnak bizonyul, akkor a fehérje specializálódhat - a hobbi fő munkakörbe (Conant, Wolfe, 2008). Ezenkívül különösen könnyű lesz, ha a fehérje génje véletlenül átesik. Ebben az esetben a gén egyik példánya megtarthatja a régi specializációt, a másik pedig optimalizálható az új funkció végrehajtásához. Ezt nevezzük alfunkcionálisnak, vagy egyszerűen a funkciók szétválasztásának.
Nos, ha a fehérje fő funkciója még mindig hasznos, akkor a kiegészítő funkció („hobbi”) is hasznos, és a funkciók elkülönítése nem fordul elő, mert a gén nem másolódik? Ebben az esetben a kiválasztás optimalizálja a fehérjét mindkét funkció egyidejű végrehajtására. Ez a leggyakoribb dolog: sok gén valójában nem egy, de több hasznos funkciót lát el a testben (az egyszerűség kedvéért két esetről beszélünk). Egy ilyen gén adaptív konfliktusállapotban van. Ha olyan mutáció lép fel, amely javítja az egyik funkció teljesítményét, akkor csak akkor lesz hasznos, ha a második funkció nem érinti ezt. Ennek eredményeként a génegyensúly az optimalizálás két iránya és szerkezete között kompromisszumot jelent az egymással ellentétes kiválasztási követelmények között. Nyilvánvaló, hogy ilyen helyzetben a két funkció egyikét sem lehet tökéletesíteni. Az ilyen gének esetében a duplikáció „hosszú várt felszabadulás” lehet a belső konfliktusokból. Ha a többfunkciós gént végül megkettőzik, a kapott másolatok valószínűleg megosztják a funkciókat egymás között, és gyorsan optimalizálják a különböző irányokat. Ilyen az adaptív konfliktus elkerülése.
Klasszikus példák az új gének duplikációval történő megjelenésére
A kristályok a szem lencséjének fehérjéi. Vízoldhatóság, átláthatóság és stabilitás (hosszú "eltarthatósági idő") - szinte az egyetlen kötelező követelmény a fehérjék kristályos kiválasztására. Valószínűleg ez az oka annak, hogy a legkülönfélébb "improvizált anyagból" többféle kristálytípust állítottak elő az állatokban. Például a madarak és a hüllők delta-kristályai az argininosukcinát-liáz enzimből, az enolázból származó tau-kristályokból, a glutation-S-transzferázból származó SII-kristályokból, a kinon-oxidoreduktázból származó zeta-kristályokból származó duplikációval és szubfunkcionálással jelentkeztek. Egyes kristályok még megtartották az enzimatikus aktivitásukat: az ilyen fehérjék kristályként működhetnek a lencseben, és más szövetekben, mint enzimek vagy chaperonok [70]. Így a madarakban az epsilon-kristály egyidejűleg laktát-dehidrogenáz enzim (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). A gén-duplikációk és a szubfunkcionálódás gyakran szabadítja fel őket egy ilyen kombinációtól. Például az emberekben a kristályos alfa-B egyesíti a kristályos és a chaperon funkcióit, míg a zebrafisben a megfelelő gén ismétlődik, és egy másolat (alfa-B1) a kristálylencsék optikai funkciójára és a második (alfa B2) a chaperone funkciójára összpontosul más szövetekben (Smith et al., 2006).
Különösen gyakran a kristályok keletkeznek glikolízis enzimekből - olyan biokémiai folyamatból, amelynek során a sejt energiát tárol, oxigén használata nélkül. Az a tény, hogy az embrionális fejlődésben a lencséket olyan sejtek alkotják, amelyek nem képesek oxigén légzésre: ezek a sejtek csak glikolízissel képesek kivonni az energiát. Ezért egyenesen glikolitikus enzimekkel töltik be őket. De a természetes szelekció nagyszerű opportunista és opportunista, nem a jobb, hanem az előbbiekből eredő adaptációkat teremt.
A kristályok szerepére a chaperonok vonzása a logika közel azonos - opportunista. A chaperonok felelősek más fehérjék szerkezetének stabilitásáért és a stresszfaktorok, akár mutációk, akár hőmérséklet-ingadozások hatásának. A lencse bizonyos értelemben „stresszes” körülmények között alakul ki (oxigén légzés nélkül), és tartalma nagyon ellenálló minden stressz ellen: a lencsének meg kell őriznie az átláthatóságát és a fénytörés tulajdonságait a szervezet teljes élettartama alatt, magas fényviszonyok között, segítség nélkül kívülről, vérerek nélkül, idegek nélkül. Ezért a chaperonok jelenléte a formáló lencseben egy igazán logikus adaptáció. Nos, mivel már ott vannak, mi nem lényeges az új kristályok fejlődéséhez?
Antarktisz halak fehérje fagyálló. A Nototeny hal a legváltozatosabb és legtöbben halászati csoport a hideg antarktiszi tengerekben. A nototeny sikere a csodálatos fagyálló fehérjék vérében való jelenlétéhez kapcsolódik. Ezek a fehérjék összekapcsolódnak a feltörekvő jégkristályokkal, és nem teszik lehetővé azok növekedését, ami lehetővé teszi számukra, hogy rendkívül alacsony hőmérsékleten éljenek (a sós tengervíz -1,9 ° C-on fagy, és a szokásos tengeri hal vérét −0,7... −0,1) ° C). Meglepő módon a fagyálló nototenyh fehérjéből származik, amelynek funkciója semmi köze a fagyasztás elleni védelemhez. Őseik a tripszin, a hasnyálmirigy enzimje, amely lebontja a fehérjéket az emésztőrendszerben. Minden fagyálló gén (ezek közül több) nagyon hasonlít egymásra, és egyértelműen előfordult az egyetlen ősi gén egymást követő duplikációiban, amely viszont a tripszinogént kódoló gén (a fehérje, amelyből a tripszin előállítható) egy ismétlődéséből alakult ki. A fagyálló gének kezdete és vége ugyanaz volt, mint a tripszin géné, és középen ismétlődő (amplifikált) kilenc nukleotid fragmens volt a három aminosavat kódoló tripszin gén középső részéből: treonin-alanin-alanin. Ez az ismétlődő aminosav motívum a fagyálló molekula gerincét képezi. A molekuláris óra jelzése alapján az eredeti tripszin gén megkettőzése és az első fagyálló megjelenése 5-14 millió évvel ezelőtt történt. Ez megközelítőleg egybeesik az Antarktisz (10–14 Ma) éles hűtésének idejével, valamint a nototenium halak gyors adaptív sugárzásával (Chen et al., 1997).
A nototénia egyik képviselője, az Antarktiszi foghal Dissostichus mawsoni, a tripszinogén és a tipikus fagyálló között fehérje köztiterméket észlelt: az eredeti tripszinogén töredéke maradt benne, amit a maradék fagyásgátlók elvesztettek. Ez a fehérje valódi molekuláris "átmeneti forma".
Néhány sarkvidéki hal a jeges vízben való élethez való alkalmazkodás során fagyálló fehérjéket is jelentett, de mások. A fagyálló tőkehal szerkezetéhez hasonlóan fagyálló nototenivyh, de semmi közös a tripszinogénnel. A tőkehal-fagyálló eredete még nem tisztázott, csak nyilvánvaló, hogy önálló megszerzés volt. Más sarkvidéki halak saját egyedülálló fagyállót képeznek más fehérjékből - lektinekből és apolipoproteinekből (True, Carroll, 2002).
Speciális ribonukleáz (az RNS-t lebontó enzim) megjelenése a leveleket tápláló majmokban. Kolobins - Old World majmok, amelyek táplálják a nehezen emészthető növényi táplálékot - a gyomor egy speciális része fejlődött, ahol a szimbiotikus baktériumok megemésztik az ehető állatpépet [71]. A majom maga is táplálja ezeket a baktériumokat, és ezekben, mint bármely gyorsan növekvő bakteriális populációban, sok RNS van.
A bakteriális RNS emésztéséhez a kolobinoknak szükségük van egy RNase enzimre, amely képes a savas környezetben dolgozni. A kolobin ősei nem rendelkeztek ilyen enzimmel. De minden majomhoz hasonlóan egy másik RNáz (RNáz1) is volt, amely egy lúgos közegben dolgozott és képes kettős szálú RNS hasítására. Ez az antivirális védelem egyik mechanizmusa, amely nem kapcsolódik az emésztéshez.
A szimbiotikus baktériumok táplálkozására való áttérés kapcsán a kolobin kifejlesztett egy új RNase-t, az RNase1B-t. A hasnyálmirigyben termelődik, és belép a vékonybélbe. A kolobinok bélében a többi majomtól eltérően a környezet savas és nem lúgos. Az új enzim tökéletesen emésztik a bakteriális RNS-t, de nem képes semlegesíteni a kettős szálú vírus RNS-t.
Az Rnase1B gén az eredeti RNase1 gén megkettőzésének eredményeként jelent meg. A másolás után az egyik másolat megtartotta a régi funkciót, a másik pedig egy újat kapott. Ugyanakkor az első példányt tisztító szelekció alapján határozták meg, a második pedig pozitív volt, ami kilenc jelentős helyettesítés konszolidációjához vezetett. A kísérletek kimutatták, hogy mind a kilenc helyettesítés csökkenti az eredeti funkció - a kettős szálú RNS szétválasztásának hatékonyságát. Következésképpen az új funkció kialakításához szükség volt a duplikációra: ha Kolobinnak nem volt a régi funkcióját folytató gén „tartalék” példánya, a kiválasztás aligha tudná megjavítani a kilenc mutációt (Zhang és mtsai., 2002).
A csótány Diploptera punctata tejfehérjék. Ezek a viviparous csótányok speciális utódaikat táplálják, amelyek a kis hidrofób molekulák (lipidek, szteroidok, retinoidok stb.) Szállításáért felelős lipokalin - extracelluláris fehérjék duplikációjával és neofunkcionálódásával jöttek létre (Williford et al., 2004). Nyilvánvaló, hogy ugyanabból az ősi lipocalinból egy másik csótányban, Leucophaea maderae-ben volt egy aphrodisiac fehérje, amellyel a férfiak nőstényeket vonzanak (Korchi és mtsai., 1999).
A gyakorlatban lehetséges-e megkülönböztetni a neofunkcionálást az adaptív konfliktusok elkerülésétől? Elméletileg nem lehet olyan nehéz. Az első esetben a gén egy példányát tisztító (negatív) szelekciónak vetjük alá, és folytatjuk az eredeti funkció végrehajtását, és a második példányt pozitív szelekciónak vetjük alá. Megvitattuk, hogyan lehet meghatározni, hogy a 2. fejezetben milyen típusú szelekciót alkalmaztunk a génre. A második esetben mindkét példányt pozitív kiválasztásnak vetjük alá, és mindkét funkció hatékonysága nő.
Az ilyen elméletek gyakorlati teszteléséhez a biológusok csak a közelmúltban tanultak. Például 2008-ban a Duke Egyetem (USA) genetikája alkalmazta ezeket a kritériumokat az ipomoea, a konvolulaceae családból származó növények nemzetségének (Des Marais, Rausher, 2008) kettős enzimgénjére. Az enzimet dihidroflavonol-4-reduktáznak (DFR) nevezik. Ez helyreállítja a különböző flavonoidokat, átalakítva őket vörös, lila és kék antocianin pigmentekké. Ez az enzim eredeti funkciója, amelyet szinte minden virágos növényben végez. Ezen túlmenően az enzim katalizál néhány más kémiai reakciót, és képességei teljes skálája még nem alakult ki.
Ipomoea-ban és számos közeli hozzátartozójában a DFR-gén három példányban van jelen egymáshoz közel (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Más génkonvolátumoknak csak egy példányuk van. A tripla DFR génnel rendelkező összes konvolulaceae egy kladot képez, azaz egy közös származású és minden utódját tartalmazó csoportot. E csoport evolúciójának kezdeti szakaszában a gén két egymást követő tandem duplikáción ment keresztül. Először két példány jelent meg, amelyek közül az egyik a DFR-B gén, és a második ismételten ismételten DFR-A és DFR-C lett.
A szinonimák és a szignifikáns szubsztitúciók aránya szerint a szerzők megállapították, hogy az első duplikáció után a későbbi DFR-A-ra és DFR-C-re osztott gén pozitív szelekció hatása alatt volt. Gyorsan jelentős szubsztitúciókat vett fel, azaz adaptív evolúció történt. Ami a DRF-B gént illeti, úgy tűnik, hogy a duplikáció után a jelentős szubsztitúciók rögzítési sebessége nem nőtt. Ez úgy tűnik, a neofunkcionalizáció mellett áll, vagyis azt sugallja, hogy a DRF-B gén megtartotta az eredeti funkciót, és a DFR-A és a DFR-C újat szerzett. Még mindig korai lenne következtetéseket levonni ebben a szakaszban, mivel a fontos adaptív változások a nagyon kis számú szubsztitúció igen kis számú oka lehetnek. Elvileg akár egy aminosav-szubsztitúció is megváltoztathatja a fehérje tulajdonságait.
Annak érdekében, hogy pontosan meghatározzuk, hogy a DFR-B gén adaptív fejlődése a duplikáció után történt-e, kísérletileg meg kellett vizsgálnunk az általa kódolt fehérje tulajdonságait. Pontosan ezt tették a szerzők. Tanulmányozták a DFR-A, DFR-B és DFR-C Ipomoea fehérjék katalitikus aktivitását, valamint a többi elítélt DFR fehérje eredeti változatát. Minden fehérjét teszteltünk annak érdekében, hogy öt különböző szubsztrátot (anyagokat a flavonoidok csoportjából) helyreállítsanak.
Kiderült, hogy az Ipomoea DFR-B fehérje hatékonyan működik mind az öt szubsztrátummal. Az eredeti fehérje DFR sokkal rosszabbodik velük. Végül a DFR-A és a DFR-C egyáltalán nem mutat katalitikus aktivitást az öt szubsztrátum felé.
Így a DFR-B fehérje a duplikáció után jobban képes megbirkózni a fő funkciójával - a flavonoidok helyreállításával -, mint a duplikáció előtt. És ez annak ellenére van, hogy a párhuzamosság után kevés érdemi helyettesítés történt. Mint kiderült, a kulcspozícióban lévő egyetlen csere jelentősen megnövelte az enzim hatékonyságát. A történet nagyon detektívnek bizonyult.
A DFR fehérje 133. pozíciójában lévő virágos növények többsége az aszparagin aminosav (Asn133), amely fontos szerepet játszik a szubsztrát enzim által történő "beállításában". Az Asn133-val rendelkező DFR fehérjék hatékonyan regenerálják a flavonoidokat. A kúszó kúszók távoli őseiben (a Passel-szín és a gentianus közös ősében) ez a nagyon fontos aszparagin aszparaginsavval (Asp133) váltotta fel. Ez az enzim "flavonoid" funkciójának romlásához vezetett. Miért nem vizsgálták ki az ilyen káros mutációt a kiválasztás? Nyilvánvaló, hogy azóta az evolúciós vonalban lévő DFR-fehérje (azaz a magvirágzás és az őslakosok ősei) új kiegészítő funkciót jelentett. A kiválasztás egyszerre két irányban optimalizálta a fehérjét, és az aszparagin helyettesítése aszparaginsavval a 133. pozícióban kompromisszum eredménye - az adaptív konfliktus közvetlen eredménye. Ez a kiegészítő funkció sajnos nem tudta kitalálni. A változás azonban a fehérje területén történt, amely a szubsztrát kötődéséért felelős, ami azt jelenti, hogy néhány új szubsztrátummal dolgozni kell.
Azóta a vetőmagvirág és a szelíd fajták többsége elégedett volt a DFR fehérje „kompromisszumos” változatával. De az Ipomoea ősei között a DFR-gén megduplázódott, egyedülálló lehetőség van arra, hogy elkerülje az adaptív konfliktusokat, és megoszthassa a funkciókat a fehérjék között. És az Ipomoea ősei nem hagyták el ezt a lehetőséget. Duplikáció után a DFR-B fehérje 133-as pozícióban visszanyerte az aszparagint. Ez jelentősen megnövelte a flavonoidok katalitikus aktivitását. Az enzim hatékonysága ismét magas volt, mint a távoli ősei esetében, akiknél az enzimnek még nincs további funkciója. Ehhez elegendő volt az egyetlen aminosav-szubsztitúció (ezért a szignifikáns és szinonim szubsztitúciók arányának elemzése nem mutatott pozitív szelekciót a DFR-B génben).
Mi történt a DFR-A és DFR-C génekkel? Nyilvánvaló, hogy teljesen elhagyották a régi funkciót (flavonoidokkal dolgozva), és szentelték magukat az új megvalósításának. Ha az aszparagin aszparaginsavval való helyettesítése kompromisszumos megoldás volt, amely mindkét funkciót ugyanabban a fehérjében kombinálta, akkor feltételezhető, hogy a DFR-A és a DFR-C esetében az aszparaginsav helyett valami más, de nem aszparagin. Ez történt. A DFR-A fehérje különböző ipomei típusaiban a 133-as pozíciót különböző aminosavak foglalják el, míg a DFR-C fehérjében mindig van izoleucin, amely megfosztja a fehérjét a flavonoidokkal való együttműködés képességétől.
Bár egy bosszantó „lyuk” maradt ebben a tanulmányban - nem volt lehetőség arra, hogy megtudjuk, mi a DRF-fehérjék új funkciója, azonban az eredmények azt mutatják, hogy éppen az adaptív konfliktustól való eltérés volt, nem pedig neofunkcionálódás. A DRF gén bifunkciósvá vált a duplikáció előtt. A másolás lehetővé tette a funkciók megosztását a másolatok között, az adaptív konfliktus eltávolítását, és az egyes gének optimalizálását egyetlen funkció végrehajtásához.
A cikk végén a szerzők fontos megjegyzést tesznek. Rámutatnak arra, hogy az adaptív konfliktusoktól való eltérés esetén a neofunkcionalizációhoz képest nagyobb a valószínűsége annak, hogy a duplikáció után a gén „extra” példányait megőrzi. Végül is, ha a duplikált gén két funkciót végzett még a másolás előtt, akkor a funkciók szétválasztási folyamatát sok különböző mutáció kezdeményezheti két példányban. A véletlenszerű mutációk nagyobb valószínűséggel kissé fokozzák a fehérje meglévő funkcióit, mint egy teljesen új.
Ezekből a pozíciókból könnyebb megérteni más tanulmányok eredményeit, ideértve a gerincesek evolúciójának hajnalán bekövetkezett két teljes genom duplikáció adatait is.
Orvosi félreértések enciklopédiája
Egy modern ember népszerű tévhitek eloszlatása.
A szív
Vannak, akik úgy vélik, hogy az egyén szívének méretét az öklének mérete határozza meg - azt mondják, hogy egybeesnek. Valójában a szív sokkal nagyobb ököl.
Ha ököllel mérjük, akkor a mérete körülbelül két és fél ököl lesz. A mellkasának egyharmadát veszi a szív.
információ
Kis szervezetek esetében nincs probléma a tápanyagok szállítása és a metabolikus termékek eltávolítása a szervezetből (elegendő a diffúziós sebesség). Ahogy azonban a méret növekszik, szükség van a test egyre növekvő igényeinek biztosítására az energia és az élelmiszer megszerzésének folyamataiban, valamint az elfogyasztott termékek eltávolításában. Ennek eredményeképpen a primitív organizmusok már rendelkeznek úgynevezett "szívvel", amely biztosítja a szükséges funkciókat. Továbbá, mint minden homológ (hasonló) szerv esetében, a rekeszek száma kétre csökken (emberben például két az egyes keringéseknél).
A paleontológiai leletek azt mondják, hogy a primitív akkordok már egyfajta szívvel rendelkeznek. A halakban azonban teljes test található. Van egy kétkamrás szív, egy szelepberendezés és egy szívzsák.
A kétéltűek és hüllők már két vérkeringési körrel rendelkeznek, és szívük háromkamrás (interatrial septum jelenik meg). Az egyetlen modern hüllő, melynek egy alacsonyabb szintje van (az interatrialis septum nem teljesen elválasztja az atriumot), de már a négykamrás szív krokodil. Úgy véljük, hogy először a négykamrás szív dinoszauruszokban és primitív emlősökben jelent meg. Ezt követően a dinoszauruszok közvetlen leszármazottai örökölték ezt a szív-madarak és a primitív emlősök leszármazottai szerkezetét - ezek modern emlősök.
Valamennyi akkordok szíve szükségszerűen rendelkezik szívzsákkal (pericardium), szelepberendezéssel. A puhatestűek szívében szelepek is lehetnek, perikardiájuk van, amely a hasüregben lefedi a hátsó beleket. Rovarokban és más ízeltlábúakban a keringési rendszer szervei a nagy edények perisztaltikus expanziói formájában nevezhetők szívnek. A színekben a szív egy páratlan szerv. A puhatestűek és ízeltlábúak esetében az összeg változhat. A "szív" fogalma nem vonatkozik a férgekre stb.
A biológusok rájöttek, hogyan alakulnak ki a szívhibák az emberekben
A biológusoknak sikerült megtalálniuk egy kulcsfontosságú fehérjét, amely egy embrió szívét egy háromkamrásból négy kamrává alakítja. A tudósok szerint a felfedezésük segít az embereknek, hogy megakadályozzák számos szív rendellenesség kialakulását.
Miért van szüksége egy embernek egy négykamrás szívre
Csak a madarakban és az emlősökben, beleértve az embereket is, négy szívből áll: a bal és a jobb pitvar, valamint a két kamra. Egy ilyen szerkezet biztosítja az oxigénnel ellátott artériás és oxigénszegény vénás vér elválasztását. Egy vénás véráramot küldünk a tüdőbe, a másik pedig az artériás táplálékot az egész testbe. Energetikai szempontból az ilyen keringés a lehető legelőnyösebb. Ezért a tudósok szerint a négykamrás szívnek köszönhetően az állatok megtanulták állandó testhőmérséklet fenntartását. A hidegvérű, például kétéltűek melegvérűségétől eltérően a szív háromkamrás. A hüllők esetében a helyzet bonyolultabb. Ezek egy különleges csoport. Az a tény, hogy a kamráikat szeparáció választja el, de van benne egy lyuk. Mint egy négykamrás szív, de nem egészen. Hiányzik az egyik rész: egy filmpartíció, amely lefedné az interventricular nyílást, és teljes elszigeteltséget teremt a bal és jobb kamra. Egy ilyen filmpartíció sokkal később jelent meg a madarakban és az emlősökben.
Hogyan alakul ki a partíció
A partíció kialakulása után az amerikai, kanadai és japán tudósok nagy csoportja, amelyet Dr. Benoit G. Bruneau vezette a Gladstone-i Szív- és érrendszeri Betegségek Intézetéből. A szerzők megállapították, hogy a partíció megkezdődik, ha a DNS-t kötő és a cardiomyocyták szintéziséért felelős gének transzkripcióját kiváltó Tbx5 fehérjék transzkripciós faktorainak száma mindkét kamrában egyenlőtlen. Ahol a Tbx5 száma csökkenni kezd, és a partíció létrejön.
Teknős és gyík szív
Dr. Bruno és munkatársai tanulmányozták a szívfejlődést a vörös fülű teknős (Trachemus scripa elegans) és a Caroline Anolis gyík (Anolis carolinensis) embrióiban. „Fontos volt számunkra, hogy lássuk, hogyan alakul ki az interventricularis septum ennek és egy másik faj embrióinak. Egy teknősben, amelyben egy négykamrás szív kezdődik, és egy háromkamrás szívű gyíkban - magyarázza a tudósok.
Kiderült, hogy a Tbx5 fehérje egy teknősben egyenlőtlenül oszlik meg. E fehérje koncentrációja csökkent, bár nagyon fokozatosan, a bal oldalt a kamra jobb oldalára. A gyíkokban a Tbx5-tartalom általában ugyanolyan volt a kamrában, így nem volt szükség szeptum megjelenésére. „Ennek alapján úgy döntöttünk, hogy az interventricularis septum előfordulása a Tbx5 különböző koncentrációihoz kapcsolódik” - mondják a tudósok.
Hideg szívű teknős egerek
A kísérlet sikeres volt. Csak azt kellett megértenünk, hogy a Tbx5 koncentrációja valóban az oka, és egy septum megjelenése következménye, vagy pusztán véletlen. Dr. Bruno és munkatársai módosították az egerek DNS-jét, hogy a Tbx5 szintje egybeesett a teknősben a Tbx5 szintjével. Tehát az egerek egy háromkamrás teknős szívvel születtek - anélkül, hogy filmet fedeznének az interventricularis nyitás. Sajnos az egerek szinte azonnal a születés után haltak meg. De ennek a tapasztalatnak köszönhetően a tudósok megértették, hogy a transzkripciós faktor szintjének megoszlása valójában egy, a kamrai nyílást lefedő szeptum kialakulásához vezet.
Szív rendellenességek kezelhetők Tbx5-tel
„Amit tudtunk felfedezni, fontos lépés a szív fejlődésének megértésében. Az interventricularis septum kialakulásának megértése lehetővé teszi, hogy még tovább menjünk. És hogy megtudjuk, hogyan jelennek meg a veleszületett hibák az emberekben, miért nem alakul ki egy interventricularis septum egyes embriókban, és hogyan befolyásolható ez a folyamat, ”a szerzők szerint.
A tudósok munkájáról további részletek a Nature folyóirat legújabb számában találhatók.