Yeni hayvan soy ağacı, sinir sisteminin kökeni hakkında soru işaretleri uyandırıyor – Ars Technica

Birinden bir hayvan düşünmesini isteyin, muhtemelen memeli akrabalarımızdan birini bulacaktır. Birkaç kişi, kuşlar ve balıklar gibi diğer omurgalılardan bahsedecek kadar ileri gider. Ancak bunlar, farklı özelliklere sahip kafadanbacaklılar, böcekler ve deridikenliler gibi şeylerle hayvan çeşitliliğinin yüzeyini zar zor çiziyor.

Ve bu, radyal olarak simetrik içi boş nesneler veya kasları ve sinir hücreleri olmayan süngerler gibi gerçekten tuhaf şeylere gelmeden önce. Ya da çok sayıda iplik benzeri kirpikleri döndürerek hareket eden tarak jöleleri. ya da Tuhaflık gerçekten garip bir boyİki yüzü olan ancak içi olmayan ve yüzeylerindeki şeyleri sindiren disk benzeri yaratıklar.

Evrimin organizmalara daha fazla karmaşıklık eklemeyi içerdiğini düşünme eğiliminde olan insanlar için, bir hayvanın soy ağacının sinir hücreleri ve kaslar gibi kademeli olarak daha fazla şey ekleyerek ortaya çıktığını hayal etmek cazip gelebilir. Ancak nöronlarla sonuçlanan iki ayrı soy olduğunu gösteren düzenli bir genetik çalışma akışı var. Bu çalışmaların sonuçları, analiz için seçilen genlere ve türlere çok az bağlıydı. Ancak, bireysel genlere dayanmayan yeni bir çalışma, artık süngerleri, sinir sistemi olan diğer bazı hayvanlara göre insanlarla daha yakın olarak konumlandırıyor.

kromozomları yeniden düzenler

Bu alandaki ilk çalışmaların çoğu, tüm hayvanlarda bulunan ilgili genlerin tanımlanmasını ve bu genlerin nasıl bağlantılı olduğunu öğrenmeyi içeriyordu. Organizmaların kendilerinin de aynı şekilde ilişkili olduğu varsayılmaktadır. Bu, birçok durumda çok yararlı olabilir, ancak çok sayıda tür kısa bir süre içinde birbirinden ayrıldığında veya bireysel genler evrimsel baskılar nedeniyle çok değiştiğinde analiz kafa karıştırıcı hale gelebilir. Bu nedenle, alacağınız kesin yanıt bazen hangi genlere bakmayı seçtiğinize bağlı olabilir.

Yeni çalışma, genlerin kromozomlar üzerinde nasıl düzenlendiğine bakarak kafa karışıklığını önlemeye çalışıyor. Bireysel genlerin kromozom üzerinde uzun süre aynı yerde kalma eğiliminde olduğu ortaya çıktı. Tipik bir hayvan genomundaki genlerin sadece yüzde birinin yeni bir kromozoma aktarılmasının 40 milyon yıl sürdüğü tahmin ediliyor. Yani, şu anda dört gen yan yanaysa, dinozorlar tarafından yenilmekten kaçınmak zorunda kalan günümüz memelilerinin atalarında da yan yana olmaları muhtemeldir.

Bu, bu ataların tam olarak aynı kromozom sayısına ve düzenine sahip olduğu anlamına gelmez. Kromozomların füzyonu veya bölünmesi veya büyük bir segmentin birinden diğerine yer değiştirmesi gibi büyük ölçekli yeniden düzenlemeler meydana gelir. Ancak bu büyük yeniden düzenlemeler, tüm düzenek farklı bir kromozomda son bulsa bile (takaslar bir DNA molekülünde tek bir kırılmayı içerebilir) neredeyse tüm yakın genleri yan yana tutar.

Bu, bir grup genin doğrusal düzenini bozmanın teknik olarak adlandırıldığı anlamına gelir. sentetik– hayvanların evrim tarihinde çok nadirdir. Ve farklı türler arasında gen düzenindeki değişiklikleri izleyerek, bir organizmadaki önceki gen kombinasyonlarının nerede ayrıldığını ve başka hangi türlerin aynı yeniden düzenlemeyi miras aldığını öğrenebiliriz. Ve bu bize hangi organizmaların bizimle en yakından ilişkili olduğunu söyleyebilir.

Yeniden sipariş takibi

Bu tür bir analiz yapmak için, genlerin kromozomlar üzerinde nasıl düzenlendiğini bilmeniz gerekir. Yakın zamanda, kromozomları yeniden bir araya getirmeyi çok daha kolaylaştıran çok uzun DNA parçalarını (genellikle on binlerce baz uzayarak) sıralamamıza izin veren bir teknoloji geliştirdik. Araştırmacılar, bu kadar çok hayvan genomu çizdiler ve çalışma için kendi genomlarından birkaçını tamamladılar. Ek olarak, hayvanlarla yakından ilişkili olduğu düşünülen tek hücreli organizmaların kromozomlarını, başlangıç ​​düzenlemeleri için bir temel sağlamak üzere yeniden yapılandırdılar.

Hayvanların kökeninin yaklaşık 800 milyon yıl önce meydana geldiğine inanılmaktadır. Bu nedenle, gen kümelerinin parçalanması nadir olsa da, bunun genomun büyük bir bölümünde gerçekleşmesi için yeterli bir süredir. Araştırmacılar, tek hücreli hayvanların akrabalarına uzanan kümelerde bulunan ve en büyük grup 29 gen içeren yalnızca 300’den az gen tanımlayabildiler. Araştırmacılar, 800 milyon yıldan fazla bir sürede beklenen oranlarda genleri rastgele bir araya getiren 10 milyon simülasyon yürüttüğünde, hiçbir zaman sekiz gen kadar büyük bir grupla sonuçlanmadı, bu nedenle bunların çoğu muhtemelen gerçek atalardan kalma vakalar.

Araştırmacılar, yeniden düzenlemeleri izleyerek, biz omurgalılar gibi sağ ve sol taraflı hayvanlarda ve denizanası (Cnidaria) ve süngerler (Porifera) gibi şeylerde ortak olan sekiz yeniden düzenlemeyi tanımlayabildiler. Bunların hiçbiri petekli denizanalarında (Ctenophora) görülmemiştir. Yine, 100 milyon rasgele simülasyon yürüttüler ve bu kalıtım modelini hiç görmediler, bu yüzden gerçek gibi görünüyor.

Bu, omurgalılar olarak bizim gibi hayvanların, sol ve sağ tarafı olan diğer her şeyle birlikte, süngerlerle jölelerden daha yakından ilişkili olduğu anlamına gelir. Bu, süngerlerin kasları veya sinir sistemi olmamasına, taraklı jölelerin ise hepimizi paylaşmalarına rağmen böyledir.

Bu nasıl doğru olabilir?

Sinir ve kas eksikliğinin yanı sıra süngerler, birçoğunun biraz iskelete benzeyen bir iç mineral yapıya sahip olması bakımından sıra dışıdır. Birçoğu bunu yapmak için kalsiyum karbonat kullanır, ancak bazı türler onu silisten yapar, bu da kimyasal olarak iki ayaklıların yaptığı her şeyden çok farklıdır. Ayrıca iç sindirim sistemi gibi bir şeyden yoksundur.

Ancak bunlar tuhaf akrabalar gibi görünüyorsa, Placozoanlar, Fester’ın hayvan ailesinin amcasıdır. Bunlar, yüzeyler boyunca koordineli bir şekilde hareket eden iki taraflı bir disk olarak bulunur. Yiyecekleri karıştırdıklarında, diskin alt tarafında küçük bir kese oluştururlar ve onu yerinde sindirirler. Diğer hayvanlarda nöronların ayırt edici özelliği olan elektriksel aktivitede ani yükselmeler yaşadıklarına dair raporlar olmasına rağmen, tüm bunlar herhangi bir belirgin nöron veya kas olmadan gerçekleşir.

Yine bu kümeler, sinir ağlarını ve kas hücrelerini içeren petek denizanalarından daha yakından ilişkili görünmektedir.

Bunun iki olası açıklaması var ve bu noktada onları birbirinden ayırmak imkansız. Birincisi, süngerlerin ve plakozoanların atalarının da kasları ve sinir hücreleri vardı, ancak bunları evrim sırasında kaybettiler, bu da vücutlarının yüz milyonlarca yıl boyunca planlarını kökten kolaylaştırdı. Bu, çoğu insanın evrimin nasıl çalışacağını bekleyeceğine aykırıdır, ancak aerodinamik vücut planları ile büyümüş pek çok organizma vardır (çoğu parazittir). Süngerler işgal ettikleri niş içinde büyüdüler. Placozoanlar da gelişiyor olabilir, ancak küçükler ve gözden kaçırmaları kolay, bu yüzden bu konuda sağlam bir anlayışa sahip değiliz.

Alternatif, kaslar ve sinir hücreleri gibi şeylerin iki kez evrimleşmiş olmasıdır. Bu imkansız görünebilir, ancak bu yöne işaret eden birkaç şey var. Birincisi, petek denizanalarının nöronları ve kasları ile sağ ve sol taraflı hayvanlarınkiler arasında önemli farklılıklar varmış gibi görünüyor. Placozoanlar, yukarıda bahsedildiği gibi, nöronları olmasa bile nöron benzeri davranışlara sahip görünmektedir. Sinir hücresi işlevi için gerekli olan protein bileşiklerinin çoğu süngerler tarafından üretilir. Öyleyse, tüm bu hayvanların atalarının, nöronların aksi takdirde ihtiyaç duyulacak olandan daha az değişiklikle gelişmesine izin veren parçaları yerinde olabilir.

Bu olasılıklar arasında ayrım yapmak ciddi bir zorluk olacaktır ve basitçe daha fazla genom dizisi toplamanın bize bir cevap vermesi pek olası değildir. Bunun yerine, belki de laboratuvarda petekli jölelerin kültürü üzerinde çalışmaya başlamalıyız, böylece nöronlara ve kaslara daha yakından bakabiliriz.

Doğa, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05936-6 (DOI’ler hakkında).