211service.com
Nieuwe aanwijzingen over hoe primaten evolueerden
Ongeveer acht tot twaalf miljoen jaar geleden lijkt de evolutionaire voorouder van mensen, chimpansees en orang-oetans een uitbarsting van evolutie te hebben ondergaan, aangedreven door gedupliceerde DNA-sequenties. Dit mechanisme van genetische verandering, dat pas onlangs wetenschappelijk is onderzocht, heeft primaten mogelijk een evolutionaire flexibiliteit gegeven die de ontwikkeling van verschillende mensapensoorten, waaronder mensen, heeft gestimuleerd.
Darwins verrukking: Door het genoom van mensen, chimpansees, makaken en orang-oetans (met de klok mee afgebeeld) te vergelijken, ontdekten wetenschappers dat de voorouder van de afstamming van de mensapen, waartoe ook mensen behoren, ongeveer 12 miljoen jaar geleden een uitbarsting van evolutie onderging. Charles Darwin (foto rechtsonder), vandaag 200 jaar geleden geboren, zou trots zijn geweest.
Wanneer een stuk DNA per ongeluk wordt gedupliceerd, worden extra kopieën van het gen of de genen binnen dat gebied aan het genoom toegevoegd; die genen kunnen dan afzonderlijk muteren. Duplicaties zijn erg belangrijk vanuit een evolutionair perspectief omdat ze veel variatie aan het genoom toevoegen, zegt Tomas Marques-Bonet , een wetenschapper in Evan Eichler's lab aan de Universiteit van Washington, in Seattle, die het onderzoek leidde. Deze regio's evolueren snel.
De meeste schattingen van genetische gelijkenis tussen mensen en andere primaten waren gericht op veranderingen van één letter in het genoom als de primaire basis voor evolutionaire verandering. Maar wetenschappers ontdekken nu het belang van structurele veranderingen in het genoom, waaronder deleties of duplicaties van DNA-segmenten met een lengte van 1000 tot 100.000 letters. Deze regio's worden geflankeerd door repetitieve stukken waarvan wordt gedacht dat ze fouten veroorzaken in het DNA-replicatieproces van de cellen, wat resulteert in gedupliceerde genen.
Het is pas sinds kort dat we de sequentiegegevens en de genomische hulpmiddelen hebben om dit te bestuderen en de rol ervan in de evolutionaire geschiedenis te begrijpen, zegt George Perry , een wetenschapper aan de Universiteit van Chicago, die niet betrokken was bij het onderzoek. Het genoom van de chimpansee werd in 2005 vrijgegeven en de genoomprojecten van orang-oetans en makaken zijn aan de gang. Bovendien kunnen wetenschappers nu op maat ontworpen genmicroarrays maken om snel een groot aantal specifieke duplicaties te detecteren.
Marques-Bonet en zijn collega's analyseerden de genoomsequentie van vier soorten primaten: mensen, chimpansees, orang-oetans en makaken. Mensen, chimpansees en orang-oetans stammen af van de Afrikaanse afstamming van de mensapen en delen ongeveer 12 miljoen jaar geleden een gemeenschappelijke voorouder, terwijl makaken, geclassificeerd als ouderwetse apen, zich meer dan 25 miljoen jaar geleden afsplitsten van de gewone primaten-afstamming. Door gebieden van DNA-duplicatie in de genoomsequentie te vergelijken, vonden onderzoekers een uitbarsting in de snelheid van duplicaties vlak voordat orang-oetans zich van de boom splitsten, en een tweede uitbarsting voordat chimpansees en mensen uiteen gingen, volgens onderzoek dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur . Deze toename vond zelfs plaats toen het aantal wijzigingen van één letter afnam.
Wetenschappers aarzelen om te speculeren over hoe de versnelling in de snelheid van duplicatie precies ontstond in de menselijke en chimpansee lijn, en hoe dit de menselijke evolutie beïnvloedde. Het is bijvoorbeeld nog niet duidelijk of de duplicaties die tijdens deze periode plaatsvonden, een evolutionair voordeel opleverden aan hun dragers. We denken dat duplicaties het genoom dynamischer maken, zegt Marques-Bonet. Maar het hebben van een dynamisch genoom creëert beide kanten van de medaille: deze herschikkingen kunnen gunstig zijn, of ze kunnen in verband worden gebracht met ziekte. Recent onderzoek toont aan dat duplicaties in het menselijk genoom een rol spelen bij een verscheidenheid aan ziekten, waaronder autisme, schizofrenie en mentale retardatie.
Het is ook onduidelijk of de versnelling die wordt waargenomen bij de chimpansee en de menselijke voorouder uniek is. Deze fundamentele soorten mutaties zijn al minstens 90 miljoen jaar aan de gang, zegt Nick Patterson, een geneticus aan het Broad Institute in Cambridge, MA. De vraag is of er iets ongewoons is in wat er in de menselijke afstamming is gebeurd; Ik betwijfel of we genoeg gegevens hebben om dat te beantwoorden. Dit type vergelijking zou genoomsequenties vereisen voor veel verwante zoogdiersoorten.
Duplicaties hebben waarschijnlijk heel andere evolutionaire eigenschappen dan wijzigingen van één letter. Beide komen voort uit fouten op moleculair niveau, die vervolgens de reproductieve geschiktheid van het organisme kunnen helpen, schaden of niets kunnen doen. De meeste wijzigingen van één letter vallen in de neutrale categorie. Maar omdat duplicatieve veranderingen vaak het aantal kopieën van een gen verhogen en dus mogelijk de eiwitconcentratie die dat gen produceert verhogen, is de kans groter dat ze een effect hebben op de drager.
Bovendien, hoewel veranderingen in één letter een bepaald eiwit meer of minder effectief kunnen maken door de structuur enigszins aan te passen, maken duplicaties die extra kopieën van specifieke genen creëren de nieuwe kopieën vrij om een geheel nieuw doel te ontwikkelen. Je hebt twee exemplaren die van elkaar kunnen afwijken, zegt Perry. Eén exemplaar kan dan mutatie ondergaan en een nieuwe functie krijgen die belangrijk kan zijn voor de biologie van dat organisme. Zo ontstond kleurzien bij primaten dankzij de verdubbeling van het gen voor visueel pigment. Met dit soort analyse, zegt Perry, kunnen we beginnen met het identificeren van andere genen die specifiek zijn voor verschillende geslachten, en vervolgens het mogelijke effect bestuderen dat ze kunnen hebben op de biologie van deze soorten.
De meeste duplicaties die in het onderzoek zijn geanalyseerd - meer dan 80 procent - worden gedeeld door mensen, chimpansees en gorilla's. Maar de genen in gedupliceerde regio's die uniek zijn voor mensen, zijn grotendeels genen die nog niet zijn gekarakteriseerd. We hebben meer dan 30 genen gevonden die alleen bij mensen worden gedupliceerd, zegt Marques-Bonet. Maar we weten nog steeds niet wat ze doen.