Kaip gyvatė prarado savo kojas?

Robotika || paMOKSLAS || S01E13 (Liepa 2019).

Anonim

Gyvatės yra pailgos, miško žinduoliai Serpentės pakraštyje. Jų labiausiai skiriamasis bruožas yra jų stygių trūkumas. Gyvatės yra negliaudančios, todėl juda per priekį, vilkdami ir traukdami savo kūnus visoje žemėje.

Dabar, jei uodega yra esminė gyvūno kūno charakteristika, turime paklausti, kur prasideda gyvatės kūnas ir jo uodega? Tai komiška, tačiau labai gili filosofinė problema, jei tu manęs paklausk. Bet toliau neapsimokime.

Vietoj to, daug rimtesniame pastaboje, į ką mes turėtume atkreipti dėmesį, yra klausimas, kodėl gyvatės pirmiausia prarado savo kojas?

(Nuotraukų kreditas: Pixabay)

Iš esmės klausimas yra, kodėl gamta mano, kad ši regresija geriau išgyventi nei kitų žinduolių galūnių? Lygumas leis burrowing kur kas lengviau nei būtų be poros priekinių žandų.

Vienas novatoriškas popierius teigia, kad priešistorinės gyvatės turėjo galūnes, nors ir labai plonus. Jie palaipsniui prarado juos dėl tam tikrų energijos apribojimų. Vėliau sužinosime, kaip šie apribojimai paskatino šią regresiją ir sustabdė galūnių augimą gamybos metu - genų lygiu.

Gyvatės su kulkšnies kaulais

Tyrimai rodo, kad gyvatės išsivystė iš drėgnų, iškastų žemėje arba plaukiančios į vandenyną. Tačiau kojos abiejose situacijose paseno, nes gyvulys vystėsi laikui bėgant. Atrodo, kad jie neteko savo galūnių, nes galūnių buvimas trukdė vandens judėjimui. Bet kas apie kasybą? Ar parama nebūtų pažeminta?

Na zoologai teigia, kad gyvatės retai iškasė savo skylutes. Priešingai, jie įžeidė ir užmušė į skylutes, kurias iškasė mažesni gyvūnai, tikriausiai potencialūs grobis. Pagal šį scenarijų priekinės smegenys tikrai padarė juos didesnius nei skylė ir neleido jiems patekti į savo maistą.

Galūnių buvimas būtų buvęs atsakingas už didžiulę energijos švaistymą. Šie apribojimai privertė regresiją neturėti kojų. Regresija taip pat įvyko be jokio poveikio organizmo išgyvenimui. Tyrime pabrėžiama, kad galūnių praradimas gali būti priskiriamas gyvatėms, auginančioms juos labai lėtai, arba auga tik labai trumpam laikui.

Tik tuo atveju, jei būtų galūnės.

Tyrime Houssaye ir jos kolegos iš Nacionalinio gamtos istorijos muziejaus Paryžiuje griežtai išnagrinėjo priešistorinę iškastinį gyvatę, pavadintą Eupodophis descouensi. Manoma, kad seniausios gyvates yra nuo 94 iki 112 milijonų metų. Ši gyvatė nebuvo viena iš seniausių, tačiau ji buvo priartėta, manoma, kad ji yra maždaug 90 milijonų metų.

Mokslininkai naudojo naujovišką, labai pažangią vaizdavimo technologiją, pavadintą Synchrotron Radiation Computed Laminography (SRCL). Procese naudojamos didelės mašinos, leidžiančios išskirtinėmis detalėmis padidinti ir peržiūrėti mikroskopines funkcijas. Dar svarbiau, kad šie neįkainojami egzemplioriai nekelia žalos.

Mašinos atskleidžia intensyvios rentgeno spinduliuotės pavyzdį, kuris giliai įsiskverbia į fosiliją per kiekvieną įtrūkį, kai jis sukasi ant substrato. Procesas generuoja tūkstančius didelės raiškos 2D atvaizdų, kurie yra surinkti, kad sudarytų sudėtingą iškastinio kuro modelį.

(Nuotraukų kreditas: Pansci.asia)

Trimatis iškastinio gyvatės modelis parodė senovės gyvatės klubus ir lieknas 2 cm kojas! Tai parodė 2 mažus, regresinius užpakalines galūnes ir priekinių galūnių nebuvimą. Palpinama kojelė buvo išlenktas kelio ir turėjo 4 kulkšnies kaulus, tačiau neturėjo pėdos ar kojos kaulų. Ši morfologija gana panašus į šiuolaikinės sausumos driežas.

Numatoma, kad dar viena panašaus amžiaus gyvatė, Najesh rionegrina, turės 2 begalybės plonesnes galines kojas. Žvakė parodė kryžkaulį, trikampį kaulinį elementą, palaikantį dubens.

Šios savybės galėjo smulkiai pasitraukti, kai gyvūnas vystėsi.

Vienintelis genetinis įgnybas, dėl kurio gyvatė neteko galūnių

Labai elegantiškas tyrimas parodė, kad gyvatės genomas turi genų, galinčių sukelti galūnių genetą ir augimą, tačiau mažos DNR mutacijos, esančios prie geno, esančios prie pagrindinės galūnės architektūros ir augimo, neleidžia genai bet kada aktyvuoti, todėl visada keičia savo išvaizdą.

(Nuotraukų kreditas: pxhere.com)

Tai iliustruoja spinduliuojamą drugelio efektą, kai nedidelė variacija perteikia esminius skirtumus. Tyrime pabrėžiami įspūdingi milžiniški padariniai, kuriuos gali sukelti viena genetinė mutacija. Zoologai teigia, kad ši regresija galėjo atsirasti prieš 150 milijonų metų.

Pirmieji užuominos apie šiuos genetinius pokyčius ieškojo Floridas universiteto evoliucinės plėtros biologas Martinas Conas, kuris 1999 m. Atrado, kad tam tikri genai gyvatės embrionuose dalyvavo kitokio pobūdžio veikloje nei kitose toje pačioje valstybėje esančių roplių. Jis suprato, kad augimo faktoriaus įvedimas gali leisti šiems embrionams pradėti augti galūnes. Tačiau kadangi genų redagavimo technologija buvo tik pradinėje stadijoje, Cohnam nebuvo tinkamų įrankių, kad galėtumėte atrodyti giliau.

Praėjus ketveriems metams, Hankenas ir jo kolegos atrado, kad aktyvumas genoje, vadinamo Sonic ežu (Shh), vaidina svarbų vaidmenį limbų formavime ir dydyje driežas, todėl galima teigti, kad jis gali būti reikšmingas ir gyvatėms.

Kaip sugeba sugeisti genų redagavimo technologijos, mokslininkai tyrinėjo pitonų embrioninę veiklą, siekdami ištirti, kodėl jų kojos auga, tačiau jos niekada nebus išsivysčiusios. Išvadose nustatyta, kad genetiniame jungiklyje yra 3 ištrynimai, kurie kontroliuoja tos pačios Sonic ezikos (SHH) geno veiklą.

Šis genas yra pavadintas populiaraus animacinio filmo "Sonic the Hedgehog" (Photo Credit: Flickr).

Jungiklis oficialiai vadinamas stiprintuvu. Pagalbininkas įsteigia prieglobstį, kuriame yra pristatomi visi šio geno veiklą kontroliuojantys baltymai. Išbraukiant baltymus sunku įlipti į doką, tokiu būdu suteikiant jiems siaurą genų aktyvumo lizdą, vykstant "Python" embriono vystymuisi, kuris yra svarbus bet kokiam galūnių augimui.

Alex Visel, Berenso universiteto Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos genomologas Berlyne, Kalifornijoje, palygino genetines senovinių gyvatės sekas, pavyzdžiui, pythons ir boas, su naujai išsivysčiusiomis gyvatėmis, pavyzdžiui, kobras ir pythons. Jis nustatė, kad pastarasis neturėjo jokių kojų likučių, kurios buvo buvusios. Jų stiprikliai buvo pasidarę ištrynimais ir regresinėmis mutacijomis.

Tuomet tyrėjai bandė išbandyti šio stipriklio įtaką pelių galūnes, numatydami jo poveikį jų galūnių augimui. Įžvalgus eksperimento metu mokslininkai panaudojo CRISPR-Cas9 genų redagavimo metodą, norėdami pakeisti graužikų stiprintuvą su kitų gyvūnų stiprintuvais ir gyvatės stiprintuvu.

Kai brandinamas su kitų rūšių augintoju, pelės kojos tradiciškai augo. Tačiau, pakeitus gyvatės stiprintuvą, galūnių augimas buvo apribotas mažais šūviais! Be to, kai tyrėjas padarė reikiamus DNR papildymus ir pakeitė stimuliatorių į pelėms, kojų augimas vėl pradėjo normaliai augti!

Tokiu būdu mikroskopinis įgnybas, pakeičiantis gyvatvinės DNR plokštes, apriboja bet kokį išsikišančią priedėlį į nepastebimą pumpą, o naujų gyvatvinių rūšių iteracijų atveju pasireiškė regresija, kad apskritai nėra jokių priedų.

(Nuotraukų kreditas: Pixabay)

Tačiau mokslininkai vis dar nesugeba išsiaiškinti, ar šis įkalinimas gali būti laikomas vieninteliu monumentaliuoju mutacija, kuri parodė nemalonių drėgnų drėgnumo tendencijas ir paskatino jų evoliuciją į gyvates. Jie mano, kad ši mutacija gali būti ne vienintelis kaltininkas, bet tai tikrai yra didžiausia šios dramos veikėja.

Šiuo metu visų gyvatės bendras protėvis vis dar lurk šešėliais, nesuvokdamas ir nenorėdamas būti identifikuotas.