İnsanların neden kuyrukları yok?

CNN'in Wonder Theory bilim bültenine kaydolun. Büyüleyici keşifler, bilimsel gelişmeler ve daha fazlasıyla ilgili haberlerle evreni keşfedin.

CNN
—

İnsanların pek çok harika özelliği var, ancak omurgaya sahip çoğu hayvanın ortak noktası olan bir şeyden yoksunuz: kuyruk. Bunun tam olarak nedeni gizemli bir şeydi.

Kuyruklar denge, itme, iletişim ve ısıran böceklere karşı savunma için faydalıdır. Ancak insanlar ve en yakın primat akrabalarımız olan büyük maymunlar, yaklaşık 25 milyon yıl önce, grup Eski Dünya maymunlarından ayrıldığında kuyruklarına veda ettiler. Kayıp uzun zamandır iki ayaklılığa geçişimizle ilişkilendiriliyordu ancak primatların kuyruksuz olmasına yol açan genetik faktörler hakkında çok az şey biliniyordu.

Artık bilim insanları kuyruğumuzun kaybının izini, genomumuzda bol miktarda bulunan kısa bir genetik kod dizisine kadar takip ettiler, ancak onlarca yıldır hiçbir biyolojik amaca hizmet etmeyen bir dizi olan hurda DNA olarak göz ardı edildiler. Alu elementi olarak bilinen parçacığı, TBXT adı verilen kuyruk uzunluğuyla ilgili bir genin düzenleyici kodunda tanımladılar. Alu ayrıca, genomdaki konumlarını değiştirebilen ve mutasyonları tetikleyebilen veya tersine çevirebilen genetik diziler olan, transpoze edilebilir genler olarak bilinen bir sınıfın parçasıdır.

Uzak geçmişimizin bir noktasında, AluAluY elementi homininlerin (büyük maymunlar ve insanlar) atasındaki TBXT genine sıçradı. Bilim insanları altı hominin türünün ve 15 hominin olmayan primatın DNA'sını karşılaştırdıklarında AluY'yi yalnızca hominin genomlarında buldular, bilim insanları 28 Şubat'ta dergide bildirdiler. doğa. Genetiği değiştirilmiş farelerle yapılan deneylerde (neredeyse dört yıl süren bir süreç) kemirgenlerin TBXT genlerine Alu eklemelerinin manipüle edilmesi, kuyruk uzunluklarının değişmesine neden oldu.

Araştırmanın başyazarı, bu çalışmadan önce “homininlerin neden kuyruksuz olarak evrimleştiğine dair birçok hipotez bulunduğunu” söyledi; en yaygın olanı kuyruksuzluğu dik duruşa ve iki ayaklılığın evrimine bağlamaktı. Bo XiaGen Düzenleme Gözlemevi'nde araştırma görevlisi ve MIT Broad Enstitüsü ve Harvard Üniversitesi'nde baş araştırmacı.

Ancak Shea, CNN'e bir e-postada, insanların ve büyük maymunların kuyruklarını nasıl kaybettiklerini saptamak açısından “(daha önce) keşfedilen veya varsayılan hiçbir şey yoktu” dedi. “Keşfimiz, ilk kez genetik bir mekanizmayı öne sürmemizdir” dedi.

Çalışmaya göre, kuyruklar omurganın bir uzantısı olduğundan, bulgular aynı zamanda insan fetüsü gelişimi sırasında meydana gelebilecek nöral tüp defektlerinin anlaşılmasına da katkı sağlayabilir.

Araştırmanın ortak yazarı, araştırmacıların çığır açan anın, Shea'nın gelişimsel biyologlar tarafından yaygın olarak kullanılan çevrimiçi bir veri tabanında genomun TBXT bölgesini incelediği sırada geldiğini söyledi. Itai YanaiNYU Grossman Tıp Fakültesi Genetik, Biyokimya ve Moleküler Farmakoloji Enstitüsü'nde profesör.

Yanai, CNN'e “Bu, diğer binlerce genetikçinin incelediği bir şey olmalı” dedi. “Bu inanılmaz, değil mi? Herkes aynı şeye bakıyor ve Po herkesin fark etmediği bir şeyi fark ediyor.”

Alu elementleri insan DNA'sında bol miktarda bulunur; Yanai, TBXT'deki eklemenin “genomumuzda bulunan milyonda bir” olduğunu söyledi. Ancak çoğu araştırmacı TBXT'ye Alu eklenmesini önemsiz DNA olarak görmezden gelirken Shea, bunun komşu Alu elementine yakınlığına dikkat çekti. Birleşmeleri halinde TBXT genindeki protein üretim sürecini bozabileceklerinden şüpheleniliyordu.

Yanai, “Bu göz açıp kapayıncaya kadar oldu. Daha sonra bunu gerçekten test etmek için dört yıl boyunca farelerle çalışmamız gerekti” dedi.

Araştırmacılar bunu deneylerinde kullandılar CRISPR gen düzenleme teknolojisi TBXT genlerine Alu eklenmiş fareleri yetiştirmek. Alu'nun TBXT geninin iki tip protein üretmesini sağladığını buldular. Bunlardan biri daha kısa kuyruklarla sonuçlandı; Bu proteini ne kadar çok gen üretirse kuyruklar da o kadar kısa olur.

Yanai, bu keşfin, Alu elementlerinin ve diğer sıçrayan gen ailelerinin sonuçta “çöp” olmayabileceğine dair giderek artan kanıtlara katkıda bulunduğunu söyledi.

“Genomda nasıl çoğaldıklarını anladığımızda, aynı zamanda fizyolojinin, morfolojinin ve gelişimin çok önemli yönlerini nasıl şekillendirdiklerini de düşünmek zorunda kalıyoruz” dedi. “Bence Alo'nun tek bir parçasının – bu kadar küçük bir şeyin – kuyruk gibi bir uzantının tamamen kaybolmasına yol açabilmesi şaşırtıcı.”

Shea, Alu'nun gen fonksiyonunu etkileme mekanizmalarının verimliliği ve basitliğinin çok uzun zamandır takdir edilmediğini ekledi.

Shea, “Genomu inceledikçe onun hakkında ne kadar az şey bildiğimizin farkına varıyorum” dedi.

Kuyruksuz ve ağaçta yaşayan

Rahimde fetüs olarak geliştiğimizde insanların hâlâ kuyrukları vardır; Bu küçük uzantı, tüm omurgalıların kuyruk atasıdır ve 10 ila 12 omur içerir. Yalnızca hamileliğin beşinci ila altıncı haftaları arasında görülebilir ve fetüsün yaşamının sekizinci haftasında kuyruğu genellikle kaybolur. Başka bir araştırma ekibi, bazı bebeklerin embriyonik kuyruk kalıntılarını koruduğunu, ancak bu son derece nadir olduğunu ve bu tür kuyrukların genellikle kemik ve kıkırdak içermediğini ve omuriliğin bir parçası olmadığını bildirdi. adı geçen 2012 yılında.

Ancak biyolojik antropolog, yeni çalışmanın insanlarda ve büyük maymunlarda kuyruk kaybının “nasıl” olduğunu açıklarken, bunun “neden”inin hala açık bir soru olduğunu söyledi. Lisa ShapiroAustin'deki Texas Üniversitesi Antropoloji Bölümü'nde profesör.

Araştırmada yer almayan Shapiro, CNN'e bir e-postada şunları söyledi: “Homininlerdeki kuyruk kaybından hangi genetik mekanizmanın sorumlu olabileceğini belirlemenin gerçekten ilginç olduğunu düşünüyorum ve bu makale bu açıdan değerli bir katkı sağlıyor.” .

“Ancak, eğer bu, maymun atalarımızda rastgele kuyruk kaybına yol açan bir mutasyonsa, bu durum, mutasyonun işlevsel olarak avantajlı (evrimsel bir adaptasyon) olduğu için mi yoksa sadece bir sorumluluk olmadığı için mi sürdürüldüğü sorusunu gündeme getiriyor.” Shapiro, primatların nasıl hareket ettiğini ve omurganın primat hareketindeki rolünü inceleyen bir çalışma olduğunu söyledi.

Eski primatlar iki ayak üzerinde yürümeye başladıklarında kuyruklarını çoktan kaybetmişlerdi. Hominid soyunun en eski üyeleri, erken maymunlar Proconsul ve Ekembo'dur (Kenya'da bulunur ve tarihleri ​​sırasıyla 21 milyon yıl öncesine ve 18 milyon yıl öncesine kadar uzanır). Shapiro, fosillerin, bu antik primatların kuyruksuz olmalarına rağmen ağaçlarda yaşadıklarını ve maymunlar gibi yatay vücut pozisyonuyla dört bacak üzerinde yürüdüklerini gösterdiğini söyledi.

Shapiro, “Yani önce kuyruk kayboldu ve yaşayan maymunlarla ilişkilendirdiğimiz hareket kabiliyeti daha sonra gelişti” dedi. “Fakat bu, kuyruğun neden kaybolduğunu anlamamıza yardımcı olmuyor.”

Dik yürüme ve kuyruk kaybının işlevsel olarak ilişkili olduğu ve kuyruk kaslarının pelvik taban kasları olarak yeniden kullanıldığı fikrinin “fosil kayıtlarıyla tutarlı olmayan eski bir fikir” olduğunu ekledi.

“Evrim zaten var olandan yola çıkarak çalışıyor, bu yüzden kuyruğu kaybetmenin insanın iki ayaklılığının evrimini anlamamıza doğrudan bir şekilde yardımcı olduğunu söyleyemem. Maymun atalarımızı anlamamıza yardımcı oluyor” dedi.

Modern insanlar için kuyruklar uzak bir genetik hafızadır. Shea, kuyruklarımızın öyküsünün henüz bitmediğini ve bilim adamlarının kuyruk kaybı hakkında keşfedecekleri hala çok şey olduğunu söyledi.

Gelecekteki araştırmaların TBXT'deki Alu bileşeninin insan fetüsünün büyümesi ve davranışı üzerindeki etkiler gibi diğer sonuçlarına bakması gerektiğini öne sürdü. Her ne kadar kuyruğun yokluğu Alu'nun ortaya çıkışının en bariz sonucu olsa da, genin varlığının aynı zamanda diğer gelişimsel dönüşümlere (aynı zamanda erken homininlerde hareket ve ilgili davranışlarda değişikliklere) yol açmış olması muhtemeldir. kuyruğun.

Ek genler de kuyruk kaybında rol oynamış olabilir. Alu'nun rolü “çok önemli gibi görünse de” Shea, diğer genetik faktörlerin muhtemelen primat atalarımızın kuyruklarının kalıcı olarak yok olmasına katkıda bulunduğunu söyledi.

Yanai, “O dönemde kuyruk kaybının sabitlenmesiyle ilişkili birçok mutasyonun olduğuna inanmak mantıklı” dedi. Böyle bir evrimsel değişimin karmaşık olduğunu ve kuyruklarımızın sonsuza dek yok olduğunu ekledi. Çalışmada tanımlanan itici mutasyon geri alınabilse bile “kuyruğu geri getiremez.”

Yeni bulgular aynı zamanda fetüslerde spina bifida olarak bilinen bir tür nöral tüp defektine de ışık tutabilir. Deneylerinde araştırmacılar, farelerin genetik olarak kuyruğunu kaybedecek şekilde tasarlandığı zaman, bazı farelerde insanlarda spina bifidaya benzer nöral tüp defektleri geliştiğini buldular.

Yanai, “Belki de insanlarda bu duruma sahip olmamızın nedeni, atalarımızın 25 milyon yıl önce kuyruklarını kaybetmek için yaptıkları bu ödünleşimdir” dedi. “Artık bu özel genetik elementle ve özellikle önemli olan bu genle bu bağlantıyı kurduğumuza göre, bu nörolojik kusurların araştırılmasına yönelik kapıları açabilir.”

Mindy Weisberger, çalışmaları Live Science, Scientific American ve How It Works'te yer alan bir bilim yazarı ve medya yapımcısıdır.

Düzeltme: Bu hikayenin daha önceki bir versiyonu, Shapiro'nun kuyruğun kaybına uyum sağlamak için ne tür bir hareketin evrimleşmiş olabileceği konusundaki görüşünü gözden kaçırıyordu.