Taniec tez ewoluuje

Taniec tez ewoluuje…

 

…ale nie wszyscy tancerze ewoluuja w ten sam sposob…

 

Piosenki

To już było:

Teraz czekam, aż na youtube pojawią się te piosenki:

Drzewo życia jeszcze raz

Pisałam już o drzewie życia, czyli drzewie genealogicznym gatunków. Gdyby ktoś chciał obejrzeć drzewo życia (wg publikacji Ciccarelli et al 2006) w wersji interaktywnej, lub narysować własne, to zapraszam tu. Po kliknięciu na nazwę gatunkową pojawia się krótka informacja wraz ze zdjęciem przedstawiciela. Czy w przypadku Homo sapiens to typowy przedstawiciel naszego gatunku, zdecydujcie sami.

Kod Rybosomu?

Wspominałam już o tym, że w historii linii ewolucyjnej drożdży S. cerevisiae nastąpiła duplikacja całego genomu ich przodka. Wydarzyło się to około 100 milionów lat temu. W toku ewolucji 90% zduplikowanych genów uległo unieczynnieniu w wyniku mutacji, ale nie wszystkie. Niektóre kopie nadal działają. Teraz naukowcy zajęli się losami genów kodujących białka rybosomalne. Spośród 78 takich genów aż 59 zachowało obie powstałe w wyniku duplikacji kopie. Poprzednie próby zbadania (na przykładzie białka L16), czy dwa warianty tych genów różnią się funkcją, doprowadziły do stwierdzenia, że raczej nie - jedna kopia może zastąpić drugą, jeśli tylko jej ekspresja jest na podobnym poziomie. Jednak kilka lat później naukowcy z innego zespołu zaobserwowali, że usunięcie jednej z kopii genów kodujących niektóre białka rybosomalne (oraz związane ze składaniem rybosomów) może w niektórych przypadkach wpłynąć na położenie uwypuklenia rozpoczynającego pączkowanie nowej komórki.

Różnicowy splicing międzygatunkowy

W Genes and Development ukazała się właśnie kolejna praca z cyklu “różnice między ludźmi a szympansami”. Autorzy zajęli się różnicami w splicingu - czyli usuwaniu niekodujących części mRNA. Już kiedyś opisywałam powstanie u ludzi wariantu neuropsyny, którego nie mają nawet szympansy. Ten nowy wariant powstał właśnie dzięki temu, że mutacje umożliwiły alternatywny splicing. Wiadomo, że u myszy i człowieka konserwowane jest mniej niż 20% przypadków splicingu alternatywnego. Jednak nikt nie sprawdził, jak często zdarzają się różnice w splicingu między ludźmi a szympansami. Cytowana praca to próba takiego porównania na dużą skalę.

Naukowcy stwierdzili, że choć w większości zbadanych genów alternatywny splicing u obu gatunków wygląda podobnie, to 6-8% alternatywnych egzonów jest wykorzystywanych inaczej u ludzi, a inaczej u szympansów. Przykładem może być gen GSTO2, gdzie u ludzi produkowana jest większa ilość transkryptu omijającego egzon 4. Białko kodowane przez ten gen - transferaza glutationowa - bierze udział w przekształcaniu różnych ksenobiotyków (obcych dla organizmu związków), np. leków czy substancji o działaniu rakotwórczym, i chroni przed stresem oksydacyjnym. Białko powstające na matrycy wersji transkryptu, która w większej ilości występuje u szympansów, jest mniej stabilne od wersji pozbawionej egoznu 4. Zatem wybór takiej wersji może być jedną z przyczyn, dla których w komórkach ludzkich tego białka jest mniej, niż u szympansów. Ponieważ ostatnio pojawiły się dane, które sugerują, że może istnieć związek między niektórymi wariantami GSTO2 a momentem wystąpienia rodzinnej choroby Alzheimera i Parkinsona, być może okaże się, że ma na to wpływ także wykorzystanie alterantywnego splicingu tego genu.

Grzebanie w śmieciach czyli o niekodującym DNA

Kiedy ponad pięćdziesiąt lat temu naukowcy zaczęli szacować, jak duże są genomy organizmów należących do różnych gatunków, ze zdumieniem odkryli, że są między nimi olbrzymie różnice. Kolejne odkrycia i idee doprowadziły do zaskakującego dla wielu naukowców stwierdzenia, że geny kodujące białka stanowią zaledwie niewielką część genomu eukariontów (u człowieka to około 1,5 - 2%), i że nie ma bezpośredniego związku między wielkością genomu a liczbą genów. Okazało się też, że nie ma wielkiej różnicy w ilości genów kodujących białka między myszą a człowiekiem - te liczby też trochę się zmieniały pod wpływem nowych danych, ale wygląda na to, że - podobnie jak myszy - mamy ok. 20 tys genów. U roślin genów jest nieco więcej - w tej chwili szacuje się, że ryż ma około 41 tys. genów, natomiast Arabidopsis zaledwie 26 tys. Tak czy inaczej geny kodujące białka stanowią niewielką część eukariotycznego genomu, a dodatkowo składają się z kawałków kodujących (egzony) poprzedzielanych kawałkami niekodującymi (intronami). Reszta genomu zawiera liczne geny kodujące RNA (rRNA, miRNA, tRNA, piRNA…), które nie opisują sekwencji białek, a także sekwencje pełniące funkcje regulatorowe - to np. promotory genów, czyli miejsca, do których wiąże się polimeraza RNA, żeby rozpocząć transkrypcję. Poza tym w niekodującym DNA można znaleźć sekwencje repetytywne, centromerowe, telomerowe, elementy ruchome (transpozony i retrotranspozony), a także unieczynnione w wyniku mutacji geny (pseudogeny). Część z nich (telomery, centromery) jest istotna, bo stanowi fragment struktury chromosomów, jednak większość wydaje się nie pełnić żadnej funkcji - stąd mówi się o “śmieciowym DNA” (junk DNA). Nazwę tę zaproponował Susumu Ohno w 1972, sugerując, że ów “nadmiar” DNA w genomach eukariontów może się składać głównie z popsutych kopii genów - czyli tego, co później nazwano pseudogenami. Później okazało się, że nie jest to główna przyczyna gromadzenia się niekodujących sekwencji - większość z nich to efekty pracy ruchomych elementów, które skaczą po genomie zostawiając w nim swoje kopie. Pomysł, że większość naszego genomu nie jest nam potrzebna, nie wszystkim przypadł do gustu - niektórzy uważali, że naturalna selekcja powinna usunąć wszelkie zbędne fragmenty. Jednak kolejni badacze zwracali uwagę na to, że do utrzymania się takich sekwencji w genomie wystarczy, że będą w stanie utrzymać się (i ewentualnie rozmnożyć) nie powodując zbytnich szkód dla organizmu.

Pasażer na gapę czyli znowu o Wolbachii

Wymiana DNA między osobnikami różnych gatunków - poziomy transfer genów - zdarza się przede wszystkim wśród bakterii, jednak zdarza się też i w innych częściach drzewa życia. Zanotowano nieliczne przypadki, gdzie transfer nastąpił między eukariontami, np. między różnymi owadami, czy między bakteriami a archeowcami. Teraz mamy dodatkowy przypadek - stabilny poziomy transfer genów z bakterii do wielokomórkowego organizmu eukariotycznego. Wspominałam już o Wolbachia pipientis - to endosymbiotyczna bakteria, która żyje w komórkach bezkręgowców (na obrazku - żółte kropki to Wolbachie w oocycie muchy). Jest ona przekazywana na następne pokolenia tylko przez matki - w cytoplazmie oocytów. Dlatego na różne sposoby “manipuluje” gospodarzem tak, żeby zainfekowanym samicom rodziło się więcej córek, a gospodarz usiłuje się przed nią bronić - nieraz z sukcesami. Okazuje się jednak, że czasami losy Wolbachii toczą się zupełnie inaczej.

Pot i pseudogeny

Zapach potu bierze się nie tylko z tego, co wydzielają nasze gruczoły, ale i z tego, co z tą wydzieliną robią żyjące na skórze bakterie. Jednym z głównych związków, który nam przeszkadza, kiedy znajdzie się na stopach, jest kwas izowalerianowy. Powstaje on ze znajdującej się w pocie leucyny na skutek działania mieszkających na skórze bakterii. Ale niektórym ludziom przeszkadza bardzo, a innym mniej. Oczywiście znalazł się ktoś, kto postanowił zbadać, czemu tak jest.

Pasożyt na diecie zgodnej z grupą krwi

Wspominałam już, czym się różnią allele genu kodującego glikozylotransferazę, które dają różne grupy krwi w układzie AB0. Układ grup krwi AB0 występuje nie tylko w naszym genomie. Przykładowo szympansy też mają grupy A i 0, ale nie mają B i AB, jednak u ludzi i u szympansów za inaktywację genu - czyli grupę 0 - odpowiadają inne, powstałe niezależnie mutacje.

Wielu naukowców zastanawia się, czy grupy krwi do czegoś służą. Od czasu do czasu pojawiają się prace, które wiążą ich występowanie z podatnością na różne choroby, także zakaźne. Przykładem może być cholera - wygląda na to, że osoby z grupą krwi 0 są bardziej podatne na biegunki wywołane przez Vibrio cholerae, niż posiadacze innych wariantów glikozylotransferazy, natomiast najlepszą ochronę przed nimi zapewnia grupa AB (Faruque i in. 1994, Harris i in. 2005). Poza tym wydaje się, że grupa 0 i A łączą się z podatnością na infekcje naszym wiernym towarzyszem, H. pylori, a grupa AB utrudnia mu działanie. Grupa 0 łączy się też z podatnością na infekcje wirusem Norwalk i jego bliskimi krewnymi, a do tego przebieg choroby jest ostrzejszy, za to grupa B chroni przed tymi wirusami. Jednak grupa 0 nie ma samych wad - prawdopodobnie utrudnia infekcję wirusem SARS. Ale to nie koniec.

Rudy jak Neandertalczyk?

Całkiem możliwe, że Neandertalczycy jednak mieli rude włosy. Takie hipotezy pojawiały się już wcześniej. Być może nasza pula genowa zawiera allele pochodzące od Neandertalczyków. Niektórzy uważali, że mogliśmy dostać od nich także allel genu MC1R dający rude włosy, ponieważ występuje tylko w populacji europejskiej, a dodatkowym argumentem były badania, z których wynikało, że allel ten powstał 100 000 lat temu. Jednak późniejsze badania sugerowały, że jest on znacznie młodszy - ma zaledwie 20 000 lat, czyli powstał zbyt późno, żeby móc go uznać za spadek po naszych neandertalskich kuzynach. Uznano więc, że nie odziedziczyliśmy po nich rudych włosów.

O powstawaniu i ulepszaniu wrotków

Wrotki należące do Bdelloidea robią ostatnio karierę. Intrygujące u tych organizmów jest to, że rozmnażają się partenogenetycznie, czyli bez udziału samców. Nie jest to sposób często spotykany wśród wielokomórkowych eukariontów - regułą jest rozmnażanie płciowe. Jednak odkąd po raz pierwszy zaobserwowano wrotki bdeloidalne - a zrobił to trzysta lat temu Antonie van Leeuwenhoek - nikt nie widział wśród nich ani samca, ani mejozy. Poza tym allele na obu kopiach chromosomów bardzo się od siebie różnią, co wskazuje, że u wrotków bdeloidalnych nie zachodzi towarzysząca rozmnażaniu płciowemu rekombinacja. Mimo to partenogenetyczne wrotki bdeloidalne odniosły duży sukces - naliczono już kilkaset gatunków.

Gatunków? Jest dużo różnych definicji gatunku. Tradycyjnie przyjmuje się, że to populacja mająca wspólną pulę genową, czyli taka, w której występuje przepływ genów. U organizmów rozmnażających się płciowo izolacja reprodukcyjna może więc spowodować specjację, czyli powstanie nowych gatunków. Inne definicje podkreślają znaczenie innych procesów wpływających na różnicowanie się lub jego brak wśród osobników jednego gatunku. Takie procesy to np. specjalizacja pozwalająca na zajęcie konkretnej niszy ekologicznej. Podejście ewolucyjne mówi, że gatunek to sekwencja populacji, która ewoluuje odrębnie od innych populacji.

Jeszcze o genach Neandertalczyka

Kilka miesięcy temu opublikowano wstępne wyniki z badań zajmujących się rozszyfrowywaniem genomu Neandertalczyka. Wnioski dwóch grup, które się tym niezależnie zajmują, były nieco inne. Zespół Rubina nie znalazł śladów, które mogłyby sugerować, że ludzie współcześni krzyżowali się z neandertalczykami, natomiast zespół Pääbo twierdził, że ich dane sugerują przepływ genów między tymi populacjami, i to raczej od ludzi do neandertalczyków. Grupa Pääbo wyliczyła też, że ostatni wspólny przodek ludzi współczesnych i neandertalczyków żył później, niż według wyliczeń zespołu Rubina, które są bliższe wcześniejszym ustaleniom. Różnice w wynikach obu zespołów sprowokowały kolejnych naukowców do zajęcia się analizą neandertalskich sekwencji.

Podwójne drożdże

Duplikacja genów odgrywa ważną rolę w ewolucji. Przykładem mogą być choćby grzyby. Wiadomo, że w historii drożdży nastąpiła duplikacja nie tylko pojedynczych genów, ale ich całego genomu. Naukowcy stwierdzili, że osiem chromosomów przodka S. cerevisiae uległo podwojeniu, a potem większość zduplikowanych genów uległa unieczynnieniu w wyniku mutacji. Jednak nie wszystkie. Niektóre kopie nadal działają. Co mogą robić dodatkowe geny? Czasem po prostu dostarczają więcej białka, czasem mutacje powodują, że zaczynają pełnić nowe funkcje, a czasem są gdzieś po środku. W Nature ukazała się właśnie praca opisująca, jak potoczyły się losy jednego ze zduplikowanych genów.

Ogoniastek i jego genom

W Science pojawiła się niedawno praca opisująca sekwencjonowanie kolejnego genomu. Ogoniastek jelitowy, czyli Giardia lamblia, to niezwykły jednokomórkowy organizm eukariotyczny (jądrowy) wiodący pasożytniczy tryb życia. Niestety człowiek zalicza się do jego gospodarzy - Giardia wywołuje chorobę przewodu pokarmowego zwaną lambliozą, do której objawów zaliczają się m. in. biegunki. Dodatkowo całkiem nieźle ukrywa się przed ludzkim układem odpornościowym. Pierwszy raz ogoniastka zaobserwował i opisał w 1681 Antonie van Leeuwenhoek, który udoskonalił mikroskop i zaczął go stosować w badaniach przyrodniczych. Opis odtworzenia tych obserwacji sprzed kilku lat można znaleźć tu. Komórka ogoniastka ma kształt gruszki i jest wyposażona w osiem wici umożliwiających jej pływanie oraz dysk czepny - przyssawkę, dzięki której przyczepia się do nabłonka jelit. W środku zaś ma dwa aktywne transkrypcyjnie jądra komórkowe, za to nie ma mitochondriów ani peroksysomów.

Symulacja dryfu genetycznego

Dryf genetyczny to proces polegający na fluktuacjach w częstości alleli w populacji, związanych z przypadkowymi różnicami w przekazywaniu alleli z pokolenia na pokolenie. Symulacje można oglądać tu.