Bilgi

Bir gen neye dönüşeceğini nasıl "bilir"?

Bir gen neye dönüşeceğini nasıl


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Cahilliğimi mazur görün ama bunu hep merak etmişimdir...

Örneğin, bir kurbağa kırmızıdır, ancak yeşil bir ormanda yaşamaya başlar. Zamanla kurbağa kamufle olmak için yeşile döner. Ama bir gen göremiyor ve eminim ki renk bilgisinin beyinden tek tek genlere iletilmesi için bir mekanizma yoktur. O halde bir gen, örneğin mavi yerine yeşili seçmeyi nasıl bilir?


Örneğinizi kullanarak, gen hiçbir şey bilmiyor. Mutasyonlar, kırmızı kurbağanın bazı yavrularının yeşile, bazılarının maviye, bazılarının floresan sarıya dönmesine ve bazılarının kırmızı kalmasına neden olur. Kuşlar yeşil olanları diğerleri kadar iyi göremez, bu nedenle daha fazla yeşil kurbağa hayatta kalır ve daha fazla yeşil kurbağa yapar. Kırmızı kurbağalar, floresan sarısı olanlar, mavi olanlar çoğunlukla yenir. Birkaç nesil sonra, neredeyse tüm kurbağalar yeşil olur - gen bir şey bildiği için değil, mutasyonlar herhangi bir yöne gittiği için değil, diğer tüm değişiklikler ters etki yaptığı ve yendiği için.

Gen hiçbir şey bilmiyor. Kozmik ışınlarla rastgele reaksiyona giren bir grup kimyasal, şans, her neyse. Değişikliklerin çoğu alakasız veya aktif olarak kötü ve bu kimyasalları taşıyan kurbağa hayatta kalamıyor. Ancak bazen değişiklik, belirli kimyasalları taşıyan kurbağaya yarar sağlar ve sonra kurbağa bu kimyasalları kendi soyuna gönderir.

Açıkçası, bu son derece aşırı basitleştirilmiş. Evrimin temellerine kısa ve basit bir giriş, UC Berkeley tarafından yazılan Evrimi Anlamak kitabıdır.


Her yavrunun rengi ebeveynlerinden biraz farklıdır. Bazı renkler kurbağanın hayatta kalmasına yardımcı olurken, diğer renkler üremeden önce onu öldürmeye eğilimlidir. Zamanla, türler hayatta kalmayı iyileştiren bir renge yönelir çünkü çevrelerine daha iyi uyanlar çoğalır ve çevrelerine daha kötü uyanlar aynı oranda üremez.


Elbette bildiğiniz gibi bir genin bilinci yoktur, bir genin hiçbir şey bildiği yoktur. Hepsi sadece bir grup kimyasal reaksiyon.

Merkezi ikilem

İlk olarak, bir genin mRNA'da kopyalanacak bir DNA parçası olduğunu ve mRNA'nın bir proteine ​​çevrileceğini anlamalısınız (bu biraz fazla basitleştirmedir). Protein, bir harekete neden olan moleküldür. Hücredeki protein konsantrasyonu, fenotipik bir etkiye neden olmanın anahtarıdır.

Düzenleyici mekanizmalar

Proteinlerin konsantrasyonu birçok düzenleyici mekanizmadan etkilenebilir.

Gen ifadesi düzenlemesi

Gen ekspresyonunun düzenlenmesi, hücreler tarafından spesifik gen ürünlerinin (protein veya RNA) üretimini artırmak veya azaltmak için kullanılan çok çeşitli mekanizmaları içerir ve gayri resmi olarak gen düzenlemesi olarak adlandırılır. Sofistike gen ekspresyon programları, örneğin gelişim yollarını tetiklemek, çevresel uyaranlara yanıt vermek veya yeni gıda kaynaklarına uyum sağlamak için biyolojide yaygın olarak gözlenir. Gen ekspresyonunun hemen hemen her adımı, transkripsiyonel başlatmadan RNA işlemeye ve bir proteinin translasyon sonrası modifikasyonuna kadar modüle edilebilir. Çoğu zaman, bir gen düzenleyici, bir gen düzenleyici ağda diğerini kontrol eder ve bu böyle devam eder.

Transkripsiyon sonrası düzenleme

Transkripsiyon sonrası düzenleme, RNA düzeyinde, dolayısıyla genin transkripsiyon ve translasyonu arasında gen ifadesinin kontrolüdür.1 İnsan dokuları arasında gen ekspresyonunun düzenlenmesine büyük ölçüde katkıda bulunur.

Bunlar, aşağıdaki gibi mekanizmaları içerir:

  • kapatma
  • ekleme
  • poli(A) kuyruğunun eklenmesi
  • RNA düzenleme
  • mRNA Kararlılığı

Çeviri sonrası düzenleme

Translasyon sonrası düzenleme, aktif protein seviyelerinin kontrolünü ifade eder.[… ] Tersinir olaylar (fosforilasyon veya sekestrasyon gibi posttranslasyonel modifikasyonlar) veya geri dönüşü olmayan olaylar (proteoliz) aracılığıyla gerçekleştirilir.

Kurbağalarda deri rengi değişiklikleri

Böyle bir düzenleyici mekanizma dahil edilmelidir.

Fizyoloji ve moleküler biyoloji hakkında pek bir şey bilmiyorum ama renk değişimine Melanofor Uyarıcı Hormon (MSH) üretimi aracılığıyla aracılık ettiğini gösteren çok sayıda makale (Taylor ve Hadley 1969 ve Fernandez ve Bagnara 1991 dahil) bulabildim. hipofiz tarafından üretilir. Belki daha iyi bir fizyolog/moleküler biyolog size daha iyi bir cevap verebilir.

Belirli bir renk değişimi durumuyla ilgileniyorsanız, Neri ve Castrucci 1997 ve Skold ve ark.'na da bakmak isteyebilirsiniz. 2012.


Bir başka eğlenceli örnek, Sanayileşme sırasında Batı Almanya'da ("Ruhrpott") ve diğer bölgelerde yaşayan belirli bir güve türüdür. Ana yaşam alanı huş ağaçlarıdır, yani. esas olarak beyaz ağaç kabukları. Yani hayvan, birkaç siyah nokta ile beyazdı.

Geçmişte bir zamanlar, Ruhrpott'ta çok fazla kömür üretimi vardı ve bazı bölgelerde huş ağaçları havadaki tüm kirlilikten gerçekten gitti ve karardı. Bakın, bir süre sonra güve Ayrıca beyaz lekelerle siyaha döndü.

Daha önce de belirtildiği gibi, açıkçası bu sadece temel bir evrimdir. Senin ve benim örneğim hakkında güzel olan şey, bunun çok doğrudan, açık bağlantı. Hayvan renginden dolayı açıkça dışarı çıkıyorsa, sık sık öldürülecektir. Biraz pozitif bir önyargının biraz daha fazla yavru aldığı tam tersi değil, kesin, düz bir "kırmızı (veya beyaz) ol ve yakala" gerçeği.

Bunun etkisi, bu tür bir evrimin işe yaramasıdır. çok hızlı. Sadece bir veya iki nesil sonra (tabii ki) muazzam bir etkisi olabilir. Dolayısıyla, çevredeki bu kadar büyük değişikliklerle birlikte, bir avuç nesilden sonra kelimenin tam anlamıyla beyaz güveler kalmayabilir, o zaman karanlık olanlar kendilerine ait tüm yaşam alanlarına (yani, birçok yiyecek/yuva yeri, güveler üremek için ne yaparlarsa yapsınlar) sahip olurlar. ). Dolayısıyla bu tür bir evrim - yüzlerce veya binlerce yıl sürebilen diğer gelişmelerin aksine - insanlar için çok görünür.

Bir başka eğlenceli gerçek: Sanayileşmeden sonra havamız temizlendi, huşlar beyaza döndü ve güveler yok oldu Yeniden tekrar beyaz olana kadar. Zavallı hayvanlar…

Kaynak: Biberli güve evrimi. İlginç okuma; bunların hepsi Olumsuz o zamanlar insanlar için "apaçık" ve bulunacak eleştiriler de var.


Renk değişikliğine yeni mutasyonlar veya epigenetik değişiklikler neden olabilir (örneğin hamile bir kemirgenin diyetinin değiştirilmesi yavruların tüy rengini değiştirebilir, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC165709/ ). Değişim epigenetik ise, bu, yeni rengin üretilmesine yönelik planın, ortamdaki bir değişiklik tarafından yavrularında renk değişimi tetiklenmeden önce hayvanın genlerinde zaten mevcut olduğu anlamına gelir. Kurbağalar söz konusu olduğunda, kırmızı kurbağaların, çevresel bir faktöre (bazı belirli yiyeceklerin mevcudiyeti gibi) tepki olarak renklerini yeşil ve kırmızı arasında değiştirme yeteneğini geliştiren bazı yeşil ataları olabilirdi.

Yorumcu David'in "Renk adaptasyonu genlerdeki değişiklikleri içermez" yorumuyla ne demek istediğini bilmiyorum. Değişiklik epigenetik olsa bile genlerin işleyişini etkiler.


Giriş

Aslında, bir kurbağanın renginin, ortamının rengine uyum sağlamak için değişebileceği en az üç yol vardır. Üçünün nasıl çalıştığını kısaca düzenleyeceğim, çünkü bazı yorumlardan üçü arasında bir karışıklık var gibi görünüyor ve ayrıca soru, bireysel bir kurbağanın ömrü içindeki değişiklikleri kurbağanın genomundaki değişikliklerle karıştırıyor. Bu üç kategori, hayvanların çevreye nasıl uyum sağladığı sorusuna daha geniş bir şekilde uygulanabilir.

Evrim

  • Birden fazla kurbağa ömrü boyunca oluşur
  • Genlerdeki değişiklikleri içerir
  • Yavrular tarafından miras alınır

Evrim, doğal seçilim yoluyla gerçekleşir. @iayork'un cevabı gibi diğer cevaplar bu mekanizmayı açıkladı.

Gen ifadesi

  • Bir kurbağanın ömrü içinde gerçekleşir
  • Kurbağanın genomu değişmez ve değişiklikler kalıtsal değildir.
  • Bir genin yorumlanma şekli değişir

Bir organizmanın genleri yaşamları boyunca değişmezken, ifade edilme biçimleri değişebilir. Bu, çevresel değişikliklere bağlı olarak cilt renginde değişikliklere yol açabilir. Bu, Gen İfadesi Üzerindeki Çevresel Etkiler bölümünde açıklanmıştır.

Bu, belirli bir dizi koşula önceden var olan bir yanıt olacaktır; bu nedenle neye dönüşeceklerini 'bilirler' çünkü çevresel değişime verilen yanıt genleri tarafından önceden belirlenir.

Gen ifadesinin çevreden nasıl etkilendiği, söz konusu belirli özelliğe bağlı olacaktır. Bunun için mekanizmalar, görüldüğü gibi, en azından bazı özellikler için iyi anlaşılmamıştır. Linum albüm hücre kültüründe ışığın gen ekspresyonu ve podofillotoksin biyosentezi üzerine etkisi Bitki Fizyolojisi ve Biyokimyası Cilt 56'dan (Temmuz 2012, Sayfa 41-46)

Arka plan uyarlaması

  • Her biyolojik mekanizmanın genlerde kodlanmış olması dışında, hayvanın genlerini içermez.
  • hızla oluşabilir

Arka plan uyarlaması, Bukalemunlar tarafından kullanılan yaklaşımdır, ancak bazı kurbağa türlerinin yanı sıra çeşitli balık ve kabuklular da bu yeteneğe sahiptir. Özünde, derideki özel yapılardaki pigmentlerin dağılımı, hayvanın rengini değiştirmek için değiştirilebilir.

En azından bazı türlerde bu süreç, hayvanların görme yeteneğine dayanır, bu nedenle hangi rengin alınacağı bilgisinin sinir sistemi yoluyla iletilmesi muhtemeldir. Kromatoforlar hakkındaki Wikipedia makalesi, Arka Plan Uyarlaması bölümünde daha fazla bilgi verir.

Çözüm

Örnekte açıklanan türde bir değişim, bir ömür boyu değil, birçok nesil boyunca meydana geldiği için genetik değişim yoluyla olamaz. Hayvanların çevreye nasıl uyum sağladığını anlamak için bu tür adaptasyonu doğal seçilim yoluyla uzun vadeli adaptasyondan ayırmak önemlidir.

Bu daha hızlı değişimlerde, hayvanın değişebileceği renkler zaten genlerinde kodlanmıştır. Fiziksel adaptasyonları sağlamak için çevredeki değişikliklerin iletilebileceği bir mekanizma sinir sistemidir.

TLDR:

  • Bir hayvanın genomunda meydana gelen değişiklikler, bir bireyin yaşamı boyunca gerçekleşmez, ancak doğal seçilim, rastgele mutasyonlarla birleştiğinde, birden çok nesilde değişikliklere neden olabilir.
  • Bukalemunlardaki (ve daha az derecede kurbağalardaki) değişiklikler gibi çevreye tepki olarak ani değişiklikler, gen ifadesindeki değişikliklerden değil, söz konusu hayvanda yerleşik mekanizmalardan kaynaklanır.
  • Bir hayvanın ömrü boyunca genlerin yorumlanma şekli çevreye göre değişebilir, ancak bu aynı zamanda yerleşik bir mekanizmadır ve değişiklikler kalıtsal değildir.

DNA, mRNA'yı diğerinden ziyade bir parçayı kopyalamaya yönlendiren if-then ifadeleri içerir. Ben mikrobiyolog değilim, bu yüzden burada açıklama yapıyorum, ancak transkripsiyon mekanizması, daha sonra bir şekilde hormonlara, dokulara ve mukus, safra vb. gibi çeşitli sıvılara birleştirilen proteinlerin oluşturulmasına izin veren şeydir.

Asıl soru, if-then'in bir dalını diğerine göre tetikleyen şey nedir? Sıcaklık bir gibi görünüyor: örneğin geyikler cinsel olarak sadece sonbaharda aktif. Sıcaklıklar düştüğünde, erkeklerin boynuzlarının büyümesine ve birbirleriyle savaşmasına neden olan yüksek düzeyde seks hormonları üretmeye başlarlar.

Renk algısı başka bir şey olmalı: bukalemunlar ve bazı kalamar türleri çok dramatik örneklerdir. Gözler, belirli dalga boylarına duyarlı çeşitli hücreler içerir (https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision). Hücreler beyne sinyaller iletir, bu da bir şekilde deri hücrelerini tetikleyen hormonların üretimiyle sonuçlanmalıdır.

Bazı kimyasallar ilgili hücrelerde mRNA'ya ulaşır ve bu da SeasonIsAutumn veya EnvironmentIsGreen değişkenlerini doğru olarak ayarlar ve geyik boynuzları yetiştirmeye başlar ve kurbağalar, bukalemunlar ve kalamar yeşile döner.

Tabii ki, sıcaklık veya renkle ilgili bu sinyaller, yalnızca DNA'sı ilgili eğer-öyleyse ifadesi içeren türler, alt türler ve cinsiyetler üzerinde etkili olacaktır. Geyik, açık bir şekilde, kurbağalar gibi bir switchColor işlevine sahip değildir veya bir GrowBigAntlers işlevine sahip değildir.


Bir şey bilmediğim için asla özür dileme diyerek cevabıma başlamak istiyorum. Utanılacak bir şey yok ve bilmediğin şeyleri sormak güzel! Daha fazla insan yapmalı ve bunun için eleştirilmemelisiniz.

Bazı (yaygın) yanlış anlamalar olduğuna inandığım için önce örneğinize değinmek istiyorum. Anlattığınız senaryo, aslında Darwinizm'den önce evrim mekanizmasını açıklamaya yönelik en iyi girişim olan Lamarckçı bir evrim türüdür. Lamarck büyük bir biyologdu ve bu yüzden onun fikirleriyle dalga geçsek de, sahip olduğu bilgilerle o zamanlar için ilericiydi! Her neyse, Lamarck'ın fikri, organizmaların kendi özel çevrelerine uyum sağlamak için yaşamları boyunca değişebilecekleri ve daha sonra bu değişiklikleri yavrularına aktarabilecekleriydi. Çok klasik bir örnek, bir zürafanın uzun boynudur. Lamarckçı düşünce, bir zürafanın ağaçların tepesindeki yapraklara ulaşmak için boynunu gerdiği ve bu yeni gerilmiş boynu yavrularına geçirdiğidir (ve dolayısıyla tüm zürafaların artık uzun boyunları vardır). Bugün Lamarckçı evrimin hiçbir zaman gözlemlenmediğini ve karmaşık adaptasyonlar için desteklenen veya yeterli bir açıklama olmadığını biliyoruz.

İşte bu fikrin işe yaramamasının nedeni:

Tüm organizmalar, hücre(ler)inde, o organizmayı "inşa etmek" için bir reçete görevi gören tek boyutlu bir "kod" taşır ve bu, organizmanın fenotiplerini oluşturan özellikleriyle birlikte (tarif ettiğiniz rengi içerir). En yaygın olarak bu kod, nükleik asitler adı verilen bir biyomolekül dizisi olan DNA olarak "yazılı" ve depolanır. Bu koddan bilgi, karmaşık biyolojik moleküler makineler aracılığıyla okunur ve organizmanın her yönünü ve o organizmanın çevre üzerindeki etkisini oluşturmak için kullanılır; yani bilgi koddan çevreye akar, tersi olmaz (yani, çevreden genlere geri dönmez). Son derece ilginç olmakla birlikte, bu sorunun kapsamı dışında olan epigenetik olarak bilinen istisnalar olduğunu belirtmeliyim.

Bunu şu şekilde düşünebilirsiniz: Bir pasta tarifiniz olduğunu hayal edin. Pastayı pişirmek için tüm talimatlar, yemek kitabınızın bir sayfasında tek boyutlu bir harf dizisine kodlanmıştır. Bu pastayı yapmak için kullanılan koddur. Bu harfleri okursunuz ve beyniniz anlamını yorumlar. Bu yorumlanmış bilgiyi pastayı pişirmek için gereken işlemleri gerçekleştirmek için kullanırsınız. Şimdi, pasta yapıldıktan sonra, ondan bir dilim kesiyorsunuz. Tabii ki, dilimi kesip çıkarma eylemi, bilgiyi tarife geri iletmiyor. Olsaydı, o tariften yapacağınız bir sonraki pastanın önceden çıkarılmış bir dilimle geleceğini hayal edebilirsiniz!

Burada anlatmak istediğim nokta, kırmızı renk genini taşıyan bir kurbağanın, kendi isteğiyle veya kendiliğinden, bulunduğu ortama uygun olarak rengini yeşile çevirememesidir. Kurbağanın genlerine çevreden herhangi bir geri bildirim yoktur. Böyle bir değişikliği gerçekleştirme yeteneğinin bu kurbağanın DNA'sında kodlanmış olması ve muhtemelen milyonlarca yıl içinde gelişen karmaşık bir mekanizmanın parçası olması gerekir. Örneğin, birçok kuş, yılın belirli zamanlarında renk değiştiren üreme tüylerine sahiptir, ancak bu, milyonlarca yıldır doğal seçilimin etkisi ile bilenmiş kalıtsal bir özelliktir ve kuşun bilinçli olma arzusuyla hiçbir ilgisi yoktur. Daha çekici.

Lütfen kafanız karışmasın - bir organizmanın çevresi ("genetik çevre", gen havuzundaki genlerin toplanması dahil) ve ayrıca habitat, avcılar, vb. gibi şeyler, doğal seçilim yoluyla evrimi yönlendiren baskılardır. Bu anlamda çevreden geri bildirim vardır, ancak bu, bireysel organizmaların yaşam süreleri içinde değil, birçok nesiller boyunca türlerin popülasyonlarında meydana gelir ve Lamarckçı evrim yoluyla hayal edilenden tamamen farklı yollarla hareket eder.

Bu geniş bir konu ve daha devam edebilirim, ancak umarım bu, şimdilik özel sorunuza yeterli bir cevaptır. Ünlü Richard Dawkins'in "Kör Saatçi" adlı son derece ilgi çekici ve bilgilendirici kitabına göz atmanızı tavsiye ederim. Pasta örneğim bu harika kitaptan özetlendi ve bunun geldiği yerde çok daha fazlası var!