علم الوراثة وراء تطور الطيور بلا طيران


منذ عهد داروين ، تساءل العلماء كيف ترتبط الطيور التي لا طيران لها مثل emus ، النعام ، الكيوي ، الكاسواري وغيرهم ، ولعدة عقود كان الافتراض أنهم يجب أن يتشاركوا جميعًا في سلف مشترك تخلى عن السماء من أجل حياة أكثر ترابطًا.

بحلول أوائل الألفينيات من القرن الماضي ، قلبت الأبحاث الجديدة التي تستخدم الأدوات الوراثية تلك القصة ، وبدلاً من ذلك أشارت إلى فكرة أن اللاغشيات تطورت عدة مرات عبر التاريخ. على أية حال ، إذا تركت دون إجابة ، فقد كانت تساؤلات حول ما إذا كان التطور قد جذب سلالات جينية متشابهة أو مختلفة في كل من سلالات الطيور المستقلة هذه.

يعتقد فريق من الباحثين في جامعة هارفارد أنهم ربما لديهم الآن جزء من الإجابة.

بناءً على تحليل جينومات أكثر من عشرة من الطيور التي لا طيران لها ، بما في ذلك moa منقرضة ، وجد فريق من الباحثين بقيادة تيم ساكتون ، مدير المعلوماتية الحيوية في مجموعة FAS Informatics وأستاذ علم الأحياء العضوية والتطورية ، سكوت إدواردز تظهر الأنواع تنوعًا كبيرًا في أجزاء ترميز البروتين في جينومها ، ويبدو أنها تتجه إلى نفس المسارات التنظيمية عند تطور فقد الرحلة. يوصف الدراسة في ورقة 5 أبريل نشرت في العلوم .

بالإضافة إلى ساكتون وإدوارد ، شارك في تأليف الدراسة أستاذ الإحصاء وأستاذ الإحصاء الحيوي جون ليو ، مساعد أبحاث الإحصائيات جيروي هو ، وأليسون كلوتير ، باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه يعمل في مختبر إدواردز ، وفرق من نيوزيلندا ، جامعة تكساس في أوستن ، ومتحف أونتاريو الملكي.

"هناك تاريخ طويل في البيولوجيا التطورية للصفات المتقاربة - فكرة أن هناك تطورا مستقلا نحو نفس النوع من النمط الظاهري" ، قال ساكتون. "ما كنا مهتمين به هو كيف يحدث ذلك؟

"هذه الطيور لديها كل خطة الجسم مماثلة" ، وتابع. "لقد قللوا من المقدمة ، بدرجات مختلفة ، ولديهم جميعًا فقدان" العارضة "في عظمة صدرهم التي ترسو عضلات الطيران. ما يرقى إلى ذلك هو مجموعة من التغييرات المورفولوجية المتقاربة التي أدت إلى خطة الجسم المماثلة هذه عبر كل هذه محيط."

لفهم ما الذي دفع هذه المجموعة من التغييرات ، تحول ساكتون وإدواردز وزملاؤه إلى جينومات الطيور نفسها.

وقال ساكتون: "أردنا أن نقارن ليس فقط أجزاء الجينوم التي تشفر البروتينات ، ولكن أيضًا أجزاء الجينوم التي تنظم وقت التعبير عن هذه البروتينات". لتحديد تلك المناطق ، استخدم الفريق عملية تضمنت مواءمة جينومات أكثر من ثلاثين نوعًا من الطيور - سواء كانت طيرانًا أو بلا طيران - ثم حددت المناطق التي أظهرت اختلافات قليلة نسبيًا في تسلسلها الوراثي. من المحتمل أن يكون لهذه الأماكن في الجينوم المحفوظة ، ولكنها ليست جزءًا من البروتينات ، وظيفة تنظيمية.

"لقد عملنا مع متعاونين في الإحصاء هنا في هارفارد لتطوير طريقة إحصائية جديدة سمحت لنا أن نسأل ، لكل من هذه العناصر التنظيمية ، كم من هذه الأنواع أظهر نفس نمط الاختلاف ، مما يوحي بأنها غيرت نفس العناصر التنظيمية ، قال ساكتون. "وما وجدناه هو أنه على الرغم من عدم وجود مشاركة كبيرة في جينات ترميز البروتين ، فهناك هذه المناطق التنظيمية ، مما يشير إلى أن هناك مسارات تنموية مشتركة يتم استهدافها بشكل متكرر في كل مرة تطورت فيها هذه النمط الظاهري."

وقال ساكتون إنه بينما يبدو أن جينات ترميز البروتين مسؤولة عن عمليات التكيف في النظام الغذائي ووظيفة الريش والبيئة ، يبدو أن المناطق التنظيمية تلعب دوراً رئيسياً في التغييرات التي تطرأ على الجسم والتي تترافق مع فقد الرحلة.

وقال "الشيء المثير للاهتمام حول التغييرات المورفولوجية ... هو أن عليهم الحفاظ على معوقاتهم". "هناك العديد من الطرق لمنع تشكل أحد الأطراف ، ولكن تقليص مقدمة القدم دون تغيير hindlimb أكثر صعوبة."

وقال ساكتون إنه في بعض النواحي ، فإن هذه القصة منطقية - غريبة كما قد يبدو ، من المحتمل ألا يكون من السهل تشكيل طرف مقابل الانكماش.

وقال "إذا فكرت في الأمر ، فهناك العديد من الطرق لكسر شيء ما". "هناك مجموعة من الخطوات المبكرة في تطور الأطراف حيث ، إذا لم يتم التعبير عن البروتين ، فسيؤدي ذلك إلى إيقاف تشغيل النظام ولن تحصل على أطرافه.

وتابع "لكن هذا في الواقع تحول معقد في تحجيم الجسم". "لا يمكنك فقط تنمية أطرافه إلى أحجام مختلفة ، لذلك ... من المهم أن يحافظوا على عوائق وظيفية تقيد النظام وقد يكون السبب وراء هذا النمط المتقارب."

لإثبات هذه النظرية ، قام الفريق بتمييز مناطق تنظيمية معينة في جينومات الطيور بجين ينتج بروتين الفلورسنت الأخضر ، ووجد أنه - في الأنواع الخالية من الطيران ، حيث تلك المناطق التي يُعتقد أنها شهدت تغيرات وظيفية - الجين الوسم تم إيقاف فعال.

وقال ساكتون: "لكي يبدأ أحد الأطراف في النمو ، يجب أن تحدث مجموعة من الأشياء ... لذلك إذا تمكنت من التخلص من المحسّن وتجعل من الصعب التعبير عن هذه البروتينات ، فيمكنك تأخير هذه العملية". "هذا يشير إلى أنها ربما فقدت هذه المناطق بعض مواقع الربط المهمة التي تمنعها من العمل كمحسّن."

وقال ساكتون إن ما يتلخص في النهاية هو أن الطيور لديها عدد محدود من الخيارات التي يجب متابعتها عندما يتعلق الأمر بفقدان الرحلة ، وبالتالي فإن الأنواع المختلفة قد ذهبت إلى نفس الشيء مرارًا وتكرارًا.

وقال "هذا هو الاستنتاج الذي يمكن أن نستخلصه من هذا العمل". "هناك عدد محدود من الطرق التي يمكنك من خلالها الحصول على هذا النوع من التغيير في القياس ، وهي تركز على هذا التنظيم لتطوير الأطراف المبكرة."

تبرز الدراسة أيضًا قوة النهج متعدد التخصصات الذي اتبعه ساكتون وإدواردز وزملاؤه.

"أحد الأشياء التي كانت مثيرة حول هذا المشروع ، بالنسبة لي شخصيا ، كانت كيف تمكنا من استخدام الخبرة الحسابية في مجموعة المعلوماتية في التأثير على هذا السؤال المهم حقًا في البيولوجيا التطورية. هذا الجمع بين علم الوراثة الحسابي والإحصائي مع الطبيعة تعتبر وجهات نظر التاريخ مهمة للحصول على الصورة الكاملة لكيفية تطور هذه الطيور. "

وأضاف إدواردز "إنه أمر مثير ما يمكن القيام به مع فريق بحثي به مجموعات مهارات متنوعة". "كان لدى مجموعتنا علماء الأحياء التطوري ، وعلماء الأحياء الحسابي ، وعلماء المورفولوجيا ، والإحصائيون ، وعلماء الوراثة السكانية - وبالطبع ، علماء الطيور. يجلب كل منهم منظورًا مختلفًا ، وأعتقد أن النتائج مذهلة".

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

اعلانك هنا

الاكتر شيوعا

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة

المشاركات الشائعة