Kāpēc ar tik līdzīgiem gēniem mēs tik ļoti atšķiramies no šimpanzēm?

Ievietojis Lisa Olstad


Viens no cilvēka tuvākajiem evolūcijas radiniekiem ir šimpanze. Šķiršanās starp mūsu sugām notika apmēram pirms divpadsmit miljoniem gadu. Bet ģenētiski mēs paliekam gandrīz tādi paši: vairāk nekā 97 procenti cilvēku ģenētiskā materiāla ir identiski šimpanzēm. Tad kāpēc mēs esam tik atšķirīgi?

Attēla kredīts:Beļģu šokolāde


Atbilde nav mūsu gēnos kā tādos. Tas ir tas, kā darbojas un mijiedarbojas mūsu gēni, ieskaitot tos, kas mums ir kopīgi. Šī atšķirība ir īpaši acīmredzama smadzenēs, kur cilvēka gēni ir ciešāk saistīti tīklos nekā tie paši gēni pērtiķiem. Norvēģu un ASV zinātnieki atklāja šo atšķirību, pētot lielu skaitu abu sugu gēnu.

Kā mēs kļuvām par cilvēkiem?

“Kā mēs kļuvām par cilvēkiem? Kāda ir atšķirība starp mums un šimpanzēm? ” jautā NTNU sistēmu bioloģijas profesore Eivinda Almaasa, kura piedalījās Ilinoisas universitātē veiktajā ģenētiskajā pētījumā.

'Viena iespēja ir tāda, ka nejaušs gēns, viens šeit vai viens tur, tiek pakļauts nelielām mutācijām, kas rada ilgstošas ​​izmaiņas sugā. Bet šāda veida izmaiņām, iespējams, būs tikai neliela ietekme. Vēl viena iespēja ir tāda, ka izvēlētās izmaiņas dažos īpašos gēnos - transkripcijas faktori - izraisa modificētas vai jaunas ģenētiskās programmas dažādās ķermeņa daļās. Mūsu jautājums bija, vai šī pēdējā iespēja var izskaidrot atšķirības cilvēku un šimpanzes smadzenēs, ”saka Almaass.




Ķermeņa luksofori

Gēnam pašam nav citas funkcijas, kā būt darba zīmējumam organisma šūnu galvenajiem blokiem. Organismi izmanto gēnus kā recepti, lai izveidotu molekulu, parasti olbaltumvielu. Pēc tam molekula veic to, ko mēs parasti saucam par gēna funkciju.

Šūnu un molekulu veidošanai un uzturēšanai ir nepieciešami dažādi proteīni, un tiem ir svarīga loma visās ķermeņa funkcijās. Tomēr gēnos, ko sauc par transkripcijas faktoriem, proteīnam ir īpaša funkcija: tas tiek nosūtīts tikai citu gēnu kontrolei - tas nozīmē, ka tas kontrolē citu olbaltumvielu ražošanu un darbību.

Transkripcijas faktori ieslēdz un izslēdz citus gēnus, mitrina vai stiprina tos, koordinē un regulē tos. Tos var salīdzināt ar modernu luksoforu sistēmu sarežģītā un pārslogotā krustojumā. Pētniekiem bija aizdomas, ka atšķirību starp mums un šimpanzēm var izsekot ar saskaņotām izmaiņām atsevišķos transkripcijas faktoros un to izmantošanā.


1,2 miljoni ģenētisko testu

Zinātnieki ņēma iepriekšējos audu paraugu rezultātus no piecām šimpanzēm un sešiem cilvēkiem. Šeit abu sugu gēnu aktivitāte sirdī, nierēs, aknās, sēkliniekos un smadzenēs tika analizēta, izmantojot tā sauktos DNS mikrouzņēmumus - rīku, kas ļauj veikt vienu eksperimentu, lai noteiktu aktivitātes līmeni desmitiem tūkstošu gēnu šūnās vai audu paraugi.

Pētnieki salīdzināja aktivitātes līmeņus kopumā 21 000 atsevišķu gēnu, kas abās sugās bija identiski 55 paraugos. Tie visi tika izmērīti mRNS stadijā. Šis ir starpposms, kurā gēna kopija atrodas ceļā no šūnas, lai iegūtu proteīnu, un atspoguļo gēna aktivitātes līmeni.

Izrādījās, ka aptuveni katrs piektais gēns cilvēkiem un šimpanzēm uzvedās savādāk paraugos, kas tika ņemti no smadzenēm, sirds, nierēm un aknām, savukārt gandrīz puse gēnu uzvedās atšķirīgi sēklinieku audos. Kopumā grupa varēja identificēt 90 transkripcijas faktorus, kas bija īpaši atšķirīgi cilvēkiem un šimpanzēm, saka Almaass.


Blīvs tīkls

Kas bija tas, ko šie transkripcijas faktori darīja smadzenēs? Vienkārši sakot: viņi veidoja tīklus. Kopumā tika ietekmēti aptuveni 1400 gēnu. Un lielāko daļu no šiem 1400 gēniem ietekmēja vairāk nekā viens transkripcijas faktors.

Almaass atklāja, ka šimpanzes smadzeņu tīkls ir diezgan līdzīgs cilvēku tīklam - izņemot to, ka cilvēku tīkli ir daudz blīvāki un tiem ir lielāka mijiedarbība. Turklāt šo gēnu funkcija ir saistīta ar palielinātu enerģijas metabolismu, molekulu transportēšanu un olbaltumvielu ražošanu, kas viss ir nepieciešams, lai uzturētu fiziski daudz lielākas cilvēka smadzenes.

Intensīva aktivitāte

Vienu īpašu transkripcijas faktoru grupu sauc par KRAB-ZNF. Šis ir visizplatītākais transkripcijas faktora veids, kas atrodams zīdītājiem, un pilnībā trešdaļa no tiem ir atrodami tikai primātos. Šo īpašo transkripcijas faktoru aktivitāte cilvēka smadzenēs bija acīmredzami atšķirīga nekā šimpanzēm.

'Vidēji KRAB-ZNF gēniem ir daudz vairāk mutāciju nekā citiem gēniem laikā, kad mēs šķīrāmies no šimpanzēm,' sacīja Almaass. 'Tas liek domāt, ka viņi ir veicinājuši daudzas būtiskas atšķirības starp mums un šimpanzēm.'

Sadarbībā ar saviem amerikāņu kolēģiem Almaass tagad izvēlēsies trīs vai četrus no gēniem, kuriem bija ļoti atšķirīga loma šimpanzēs un cilvēkos, un tos sīki izpētīs, lai uzzinātu vairāk par to funkciju.

Liza Olstade strādā Norvēģijas Zinātnes un tehnoloģijas universitātē Trondheimā un strādā par zinātnes žurnālisti žurnālā GEMINI.