Kto má štvorkomorové srdce?
Presne povedané, štvorkomorové srdce, aké je, je len u vtákov a cicavcov, vrátane ľudí. Je to spôsobené rozdelením obehového systému týchto zvierat do dvoch kruhov krvného obehu. Veľký kruh krvného obehu dodáva krv priamo do orgánov tela, zatiaľ čo malý kruh slúži na saturáciu krvi kyslíkom v pľúcach. Krokodíly majú podmienečne štvorkomorové srdce, pretože aj keď má oddeľovanie srdca na dve komory a dve predsiene, táto separácia je neúplná a ak je to potrebné, krokodíl môže do tepien poslať venózny oxid uhličitý bohatý na krv - táto schopnosť pomáha krokodílom s trávením stimuláciou tvorby žalúdočnej šťavy. Ešte viac je možné štvorkomorovú komoru považovať za srdce rýb, ktoré majú okrem predsiene a komory dve malé komory - žilový sínus a kužeľ aorty.
Štvorkomorové krokodílové srdce.
Krokodíly sú jediným plazom, ktorý má také srdce.
Mimochodom, majú malú dieru v priehradke medzi žalúdkami a krvou sa mieša pomerne často. To je dôvod, prečo môžu krokodíli zostať pod vodou po dlhú dobu.
Tiež hovoria, že žaby majú štvorkomorové srdce, ale zdá sa, že to nebolo dokázané (presne neviem).
Štvorkomorové srdce má také živé bytosti na Zemi ako: normálny človek, krokodíl, vtáky, cicavce, štvorkomorové srdce má: ľavú predsieň a komoru, pravú predsieň a komoru.
V rybách srdca sú dvojkomorové, obojživelníky a vo väčšine plazov trojkomorové, ale iba vtáky a cicavce majú štvorkomorové srdcia. Jediný plaz so srdcom so 4 kamerami je krokodíl. Je však mierne horšie, pretože predsiene nie sú úplne oddelené medzipriestorovým prepážkou.
Žaby majú trojkomorové srdcia, ale v nich sú ešte dve samostatné divízie, takže len podmienečne sa dá predpokladať, že tieto obojživelné komory majú len tri.
Predpokladá sa, že prvé štvorkomorové srdcia sa objavili na úsvite času v dinosauroch, a potom sa táto vlastnosť v priebehu evolúcie odovzdala ich priamym potomkom.
Muž, ktorý je cicavec, má tiež štvorkomorové srdce.
Štvorkomorové srdce je u vtákov a cicavcov, vrátane ľudí.
Krokodíl plazov (plazov) má tiež také srdce, ale je to podmienené, pretože atria majú medzi sebou správu.
Štyri komory sú dve predsiene, oddelené predsieňovou priehradkou a dve komory, tiež oddelené priehradkou (interventrikulárna)
Predsieň komunikuje s komorami otvormi, na ktorých je ventil na každej strane (na pravej strane sú tri ventily, dve na ľavej strane, nazývaná aj mitrálna chlopňa).
Ľavá polovica obsahuje arteriálnu krv, pravú - venóznu. Žiadna správa. Je pravda, že plod má dieru v interatriálnej prepážke, ktorá normálne rastie pri narodení alebo na prvom cieli života. Ak sa tak nestane, potom sa vyvíja srdcová vada.
Osobné, ako to môže znieť, má človek štvorkomorové srdce.
Vtáky majú rovnaké srdce - napríklad, holub má takého srdce.
Ako už bolo spomenuté, krokodíl sa stal šťastným majiteľom tohto dôležitého tela.
V skutočnosti, bez ohľadu na to, čo srdce niekoho - hlavná vec, že to bije a pracuje.
Štvorkomorové srdce sa skladá z pravej predsiene, pravej komory, ľavej predsiene a ľavej komory. Vtáky a cicavce (vrátane ľudí) majú takéto srdcia.
Plazy majú trojkomorové srdce, ale jeden z ich predstaviteľov, krokodíl, už má štvorkomorové srdce (aj keď interatriálna priehradka stále neoddeľuje átrium).
Všeobecne platí, že štvorkomorové srdce, u vtákov a cicavcov, vrátane ľudí. Štvorkomorové srdce zahŕňa ľavú predsieň a komoru a pravú predsieň a komoru. Jediným obojživelníkom so 4-komorovým srdcom je krokodíl.
Po prvé, samozrejme, sme s vami, to znamená, že ľudia majú štvorkomorové srdce. Aj 4-komorové srdce má vtáky, cicavce, plazy. Štruktúra srdca všetkých týchto jedincov je veľmi podobná.
U ľudí, krokodílov, všetky zvieratá sú triedy cicavcov a mnoho ďalších.
Kto má štvorkomorové srdce?
Štvorkomorové krokodílové srdce.
Krokodíly sú jediným plazom, ktorý má také srdce.
Mimochodom, majú malú dieru v priehradke medzi žalúdkami a krvou sa mieša pomerne často. To je dôvod, prečo môžu krokodíli zostať pod vodou po dlhú dobu.
Tiež hovoria, že žaby majú štvorkomorové srdce, ale zdá sa, že to nebolo dokázané (presne neviem).
Presne povedané, štvorkomorové srdce, aké je, je len u vtákov a cicavcov, vrátane ľudí. Je to spôsobené rozdelením obehového systému týchto zvierat do dvoch kruhov krvného obehu. Veľký kruh krvného obehu dodáva krv priamo do orgánov tela, zatiaľ čo malý kruh slúži na saturáciu krvi kyslíkom v pľúcach. Krokodíly majú podmienečne štvorkomorové srdce, pretože aj keď má oddeľovanie srdca na dve komory a dve predsiene, táto separácia je neúplná a ak je to potrebné, krokodíl môže do tepien poslať venózny oxid uhličitý bohatý na krv - táto schopnosť pomáha krokodílom s trávením stimuláciou tvorby žalúdočnej šťavy. Ešte viac je možné štvorkomorovú komoru považovať za srdce rýb, ktoré majú okrem predsiene a komory dve malé komory - žilový sínus a kužeľ aorty.
Gén a tvorba štvorkomorového srdca
Biológovia objavili gén, zmeny, ktoré viedli k evolučnému prechodu z trojkomorového srdca u obojživelníkov a plazov do štvorkomory vtákov a zvierat, čo pomôže odhaliť, ako sa stali teplokrvnými. Štvorkomorové srdce vtákov, cicavcov a krokodílov, rozdelené na dve polovice, umožňuje existenciu dvoch kruhov krvného obehu, „slúžiacich“ resp. Pľúc a organizmu ako celku. V dôsledku toho sa arteriálna a venózna krv nemiešajú, ako v trojkomorovom srdci obojživelníkov, a telo je oveľa lepšie zásobované kyslíkom.
Medzi plazmi existujú rôzne varianty "dizajnu" srdca. Najmä korytnačka v komore svojho trojkomorového srdca má prepážku, ktorá ich však úplne neoddelí. "Srdce plazov bolo predmetom kontroverzie - či už má jednu komoru alebo dve komory, ktoré nie sú úplne oddelené," píše štúdia, skupina vedcov z USA, Kanady a Japonska pod vedením Katsuko Koshiba-Takeuchi z University of California v San Franciscu.
Uskutočnili komparatívnu štúdiu korytnačiek červenonohých (Trachemys scripta elegans) a iguanas - anólov červenohrdlých (Anolis carolinensis) z hľadiska genetických faktorov spojených s vývojom srdca v embryonálnych štádiách. Výsledky pozorovaní ukázali, že v oboch korytnačkách a iguanách sa v prvom štádiu gén Tbx5 prejavuje na celom povrchu budúcej komory, ale v neskorších štádiách korytnačiek tento gén funguje len v ľavej polovici. U cicavcov a vtákov je tento gén spojený práve s tvorbou ľavej komory.
To znamená, že v procese evolúcie začína gén Tbx5 postupne vytvárať štruktúru štvorkomorového srdca. Na potvrdenie tejto hypotézy vedci uskutočnili experiment na myšiach, ktoré mali vypnutý gén Tbx5. Výsledkom je, že delenie medzi komorami u myší zmizlo, vytvorilo sa trojkomorové srdce, podobné srdcu plazov.
Kto má jednokomorové dvojkomorové trojkomorové štvorkomorové srdce?
Obojživelníci a plazy už majú dva okruhy krvného obehu a ich srdce je trojkomorové (objavuje sa interatriálne septum). Jediný moderný plaz, ktorý má nižšiu (medzipriestorová priehradka úplne neoddeľuje predsiene), ale už štvorkomorové srdce je krokodíl. Predpokladá sa, že sa prvýkrát objavilo štvorkomorové srdce u dinosaurov a primitívnych cicavcov. Priamu potomkovia dinosaurov - vtákov a potomkov primitívnych cicavcov - moderných cicavcov, v budúcnosti zdedili túto štruktúru srdca.
Srdcom všetkých strunatcov je nevyhnutne srdcové vrecko (perikard), ventilové zariadenie. Srdce mäkkýšov môžu mať tiež ventily, majú perikard, ktorý v plžoch pokrýva črevné črevo. V prípade hmyzu a iných článkonožcov sa orgány obehového systému vo forme peristaltických expanzií veľkých ciev nazývajú srdcia. V akordoch je srdce nespárovaným orgánom. V mäkkýšoch a článkonožcoch sa množstvo môže líšiť. Pojem "srdce" sa nevzťahuje na červy atď.
[upraviť] Srdce cicavcov a vtákov
Molekulárny mechanizmus transformácie trojkomorového srdca na štvorkomorové srdce je dešifrovaný.
Vzhľad štvorkomorového srdca u vtákov a cicavcov bol najdôležitejšou evolučnou udalosťou, vďaka ktorej sa tieto zvieratá mohli stať teplokrvnými. Podrobná štúdia vývoja srdca v embryách jašterice a korytnačky a jeho porovnanie s dostupnými údajmi o obojživelníkoch, vtákoch a cicavcoch ukázala, že kľúčovú úlohu pri transformácii trojkomorového srdca na štvorkomorový sa zohrali zmeny v regulačnom géne Tbx5, ktorý funguje v pôvodne jedinej komore. Ak je Tbx5 expresívny (pracuje) rovnomerne v celom zárodku, srdce je trojkomorové, ak je len na ľavej strane - štvorkomorové.
Výskyt stavovcov na pevnine bol spojený s rozvojom pľúcneho dýchania, čo si vyžadovalo radikálnu reštrukturalizáciu obehového systému. V žiabrovkách dýchajúcich ryby, jeden kruh krvného obehu, a srdce, respektíve dvojkomorové (pozostáva z jednej predsiene a jednej komory). U suchozemských stavovcov je troj- alebo štvorkomorové srdce a dva kruhy krvného obehu. Jeden z nich (malý) poháňa krv pľúcami, kde je nasýtený kyslíkom; potom sa krv vracia do srdca a vstupuje do ľavej predsiene. Veľký kruh nasmeruje kyslík bohatú (tepnovú) krv do všetkých ostatných orgánov, kde sa vzdáva kyslíka a vracia sa do srdca cez žily do pravej predsiene.
U zvierat s trojkomorovým srdcom vstupuje krv z oboch predsiení do jedinej komory, odkiaľ potom putuje do pľúc a do všetkých ostatných orgánov. V rovnakom čase sa arteriálna krv zmieša do rôznych stupňov so žilovou krvou. U zvierat so štvorkomorovým srdcom počas embryonálneho vývoja sa jediná komora najprv delí prepážkou do ľavej a pravej polovice. Výsledkom je, že obe kruhy obehu sú úplne oddelené: venózna krv vstupuje len do pravej komory a ide odtiaľ do pľúc, arteriálna krv ide len do ľavej komory a ide odtiaľ do všetkých ostatných orgánov.
Vytvorenie štvorkomorového srdca a úplné oddelenie cirkulácie krvi bolo nevyhnutným predpokladom pre rozvoj teplokrvnosti u cicavcov a vtákov. Tkanivá teplokrvných živočíchov konzumujú veľa kyslíka, takže potrebujú „čistú“ arteriálnu krv, ktorá je maximálne nasýtená kyslíkom, a nie zmiešanú arteriálnu žilovú krv, s ktorou sú spokojní chladnokrvní stavovci s trojkomorovým srdcom (pozri: Fylogeneze cirkulačnej struny).
Trojkomorové srdce je charakteristické pre obojživelníky a väčšinu plazov, hoci tieto majú čiastočnú separáciu komory na dve časti (vyvíja sa neúplné intraventrikulárne septum). Súčasné štvorkomorové srdce sa vyvinulo nezávisle v troch vývojových líniách: v krokodíloch, vtákoch a cicavcoch. Toto je považované za jeden z najvýznamnejších príkladov konvergentnej (alebo paralelnej) evolúcie (pozri: Aromorfózy a paralelný vývoj; paralelizmus a homologická variabilita).
Veľká skupina výskumníkov z USA, Kanady a Japonska, ktorí publikovali svoje výsledky v najnovšom čísle časopisu Nature, sa rozhodla zistiť molekulárno-genetický základ tejto dôležitej arópie.
Autori podrobne študovali vývoj srdca v dvoch plazových embryách - korytnačke červenej, Trachemys scripta a jeleň anolejovej (Anolis carolinensis). Plazy (okrem krokodílov) sú obzvlášť zaujímavé pre vyriešenie problému, pretože štruktúra ich srdca je v mnohých ohľadoch medzi typickou trojkomorovou (ako sú obojživelníky) a skutočnou štvorkomorovou, ako sú krokodíly, vtáky a zvieratá. Medzitým, podľa autorov článku, 100 rokov nikto vážne neštudoval embryonálny vývoj srdca plazov.
Štúdie vykonané na iných stavovcoch stále nedali jednoznačnú odpoveď na otázku, aké genetické zmeny spôsobili v priebehu evolúcie vznik štvorkomorového srdca. Bolo však poznamenané, že regulačný gén Tbx5, kódujúci proteín, regulátor transkripcie (viď transkripčné faktory), funguje odlišne (exprimovaný) vo vyvíjajúcom sa srdci obojživelníkov a teplokrvných. V prvom prípade je jednotne exprimovaná v celej budúcej komore, v druhom prípade je jej expresia maximálna v ľavej časti anlage, z ktorej je vytvorená ľavá komora neskôr a minimálne vpravo. Bolo tiež zistené, že zníženie aktivity Tbx5 vedie k defektom vo vývoji priehradky medzi komorami. Tieto skutočnosti umožnili autorom naznačiť, že zmeny v aktivite génu Tbx5 by mohli hrať úlohu vo vývoji štvorkomorového srdca.
Počas vývoja srdca jašterice sa v komore vyvíja svalový valec, ktorý čiastočne oddeľuje komorový výtok od jeho hlavnej dutiny. Niektorí autori interpretovali tento valec ako štruktúru homológnu s medzistavcovým delením stavovcov so štvorkomorovým srdcom. Autori diskutovaného článku na základe skúmania rastu valca a jeho jemnej štruktúry odmietajú túto interpretáciu. Venujú pozornosť tomu, že ten istý vankúš sa objavuje krátko v priebehu vývoja srdca kuracieho embrya - spolu so skutočným septom.
Údaje získané autormi naznačujú, že v jašterici sa nevytvoria žiadne štruktúry homológne so súčasným interventrikulárnym septom. Korytnačka naopak vytvára neúplnú priehradku (spolu s menej vyvinutým svalovým valcom). Tvorba tejto priehradky v korytnačke začína oveľa neskôr ako u kurčiat. Ukázalo sa však, že srdce jašterice je „primitívnejšie“ ako korytnačka. Srdce korytnačky sa nachádza medzi typickými trojkomorovými (napríklad obojživelníkmi a jaštericami) a štvorkomorovými, ako sú krokodíly a teplokrvné. To je v protiklade so všeobecne prijatými myšlienkami o vývoji a klasifikácii plazov. Na základe anatomických vlastností korytnačiek sa tradične považovala za najprimitívnejšiu (bazálnu) skupinu medzi modernými plazmi. Avšak komparatívna analýza DNA vykonaná mnohými výskumníkmi tvrdohlavo upozorňovala čas od času na blízkosť korytnačiek na archosaurov (skupinu krokodílov, dinosaurov a vtákov) a na základnejšiu pozíciu šupinatých (jašterice a hady). Štruktúra srdca potvrdzuje túto novú evolučnú schému (pozri obrázok).
Autori študovali expresiu niekoľkých regulačných génov vo vyvíjajúcom sa srdci korytnačky a jašterice, vrátane génu Tbx5. U vtákov a cicavcov sa už vo veľmi skorých štádiách embryogenézy vytvára ostrý gradient expresie tohto génu v komorovom pupene (expresia sa rýchlo znižuje zľava doprava). Ukázalo sa, že v skorých štádiách jašterice a korytnačky je gén Tbx5 exprimovaný rovnakým spôsobom ako v žabke, to znamená rovnomerne v celej budúcej komore. V jašterici táto situácia pretrváva až do konca embryogenézy a v neskorých štádiách korytnačky sa vytvára gradient - v podstate rovnaký ako u kurčiat, ale len menej výrazný. Inými slovami, v pravej časti komory sa aktivita génu postupne znižuje, zatiaľ čo v ľavej časti zostáva vysoká. Teda, podľa vzoru expresie génu Tbx5, korytnačka tiež zaujíma strednú pozíciu medzi jašterica a kurča.
Je známe, že proteín kódovaný génom Tbx5 je regulačný - reguluje aktivitu mnohých iných génov. Na základe získaných údajov bolo prirodzené predpokladať, že vývoj komôr a záložka interventrikulárnej priehradky sú riadené génom Tbx5. Doteraz sa ukázalo, že zníženie aktivity Tbx5 v myších embryách vedie k defektom vo vývoji komôr. To však nestačilo na zváženie „vedúcej“ úlohy Tbx5 pri formovaní štvorkomorového srdca.
Pre presvedčivejšie dôkazy autori použili niekoľko línií geneticky modifikovaných myší, v ktorých sa počas embryonálneho vývoja gén Tbx5 mohol vypnúť v jednej alebo druhej časti srdcového zárodku na žiadosť experimentátora.
Ukázalo sa, že ak vypnete gén v celom komorovom zárodku, zárodok sa ani nezačne deliť na dve polovice: z neho sa vyvíja jediná komora bez stôp medzikomorovej priehradky. Taktiež sa nevytvárajú charakteristické morfologické znaky, ktorými je možné odlíšiť pravú komoru zľava, bez ohľadu na prítomnosť prepážky. Inými slovami sa získajú myšie embryá s trojkomorovým srdcom! Takéto embryá uhynuli v 12. deň embryonálneho vývoja.
Ďalší experiment bol, že gén Tbx5 bol vypnutý iba na pravej strane ventrikulárneho budíka. Koncentračný gradient regulačného proteínu kódovaného týmto génom bol teda ostro posunutý doľava. V zásade sa dalo očakávať, že v takejto situácii sa medzikomorové septum začne formovať doľava, než by malo byť. Ale toto sa nestalo: oddiel sa nezačal formovať vôbec, ale rozdelenie rudimentu na ľavú a pravú časť bolo rozdelené podľa iných morfologických znakov. To znamená, že gradient expresie Tbx5 nie je jediným faktorom, ktorý riadi vývoj štvorkomorového srdca.
V ďalšom experimente sa autorom podarilo zabezpečiť, aby bol gén Tbx5 rovnomerne exprimovaný v zárodku komôr myších embryí, približne rovnako ako v žabke alebo jašterici. To opäť viedlo k vývoju myších embryí s trojkomorovým srdcom.
Získané výsledky ukazujú, že zmeny v práci regulačného génu Tbx5 by mohli skutočne zohrávať dôležitú úlohu vo vývoji štvorkomorového srdca a tieto zmeny sa vyskytli paralelne a nezávisle u cicavcov a archaurov (krokodílov a vtákov). Štúdia tak opäť potvrdila, že zmeny v aktivite génov - regulátory individuálneho vývoja hrajú kľúčovú úlohu vo vývoji zvierat.
Samozrejme, že by bolo ešte zaujímavejšie navrhnúť takéto geneticky modifikované jašterice alebo korytnačky, v ktorých by sa Tbx5 exprimoval podobne ako u myší a kurčiat, to znamená na ľavej strane komory, a na pravej strane je slabý a zistiť, či to nie je možné. srdce viac ako štvorkomorové. To však ešte stále nie je technicky uskutočniteľné: genetické inžinierstvo plazov zatiaľ nepokročilo.
Kto má štvorkomorové srdce
V rybách je srdce dvojkomorové, pozostáva z jedného átria a jednej komory. Jeden kruh krvného obehu: venózna krv zo srdca ide do žiabier, tam sa stáva arteriálnym, ide do všetkých orgánov tela, stáva sa žilovým a vracia sa do srdca.
U obojživelníkov (žaby a mloci) je srdce trojkomorové a pozostáva z jednej komory a dvoch predsiení. Dva kruhy krvného obehu:
- Veľký kruh: od komory sa zmiešaná krv dostáva do všetkých orgánov tela, stáva sa žilovým, vracia sa do pravej predsiene.
- Malý kruh: z komory sa zmiešaná krv dostáva do pľúc, stáva sa arteriálnym, vracia sa do ľavej predsiene.
- Z predsiene krv vstupuje do komory, mieša sa.
V plazoch (jašterice, hady, korytnačky) je obehový systém rovnaký ako u obojživelníkov, v komore sa objavuje neúplné septum, ktoré čiastočne oddeľuje krv: pľúca dostávajú najviac venóznu krv, mozog je naj arteriálnejší a všetky ostatné orgány sú zmiešané. Krokodíly majú štvorkomorové srdce, v artériách dochádza k miešaniu krvi.
U cicavcov a vtákov je obehový systém rovnaký ako u ľudí.
skúšky
26-01. Štvorkomorové srdce
A) aligátor
B) korytnačky
C) hady
D) jašterice
2.26. U zvierat, ktorých systematická skupina má dvojkomorové srdce?
A) hmyz
B) Flatworms
C) Obojživelníky
D) Ryby
3.26. Aké znamenie charakterizuje obehový systém u rýb?
A) srdce je naplnené iba žilovou krvou
B) existujú dva kruhy krvného obehu.
C) trojkomorové srdce
D) transformácia arteriálnej krvi do žily sa uskutočňuje v miechovej krvi
4.26. Tvorba obojživelníkov v procese vývoja trojkomorového srdca viedla k tomu, že bunky ich tela začali byť zásobované krvou.
A) venózny
B) arteriálny
B) zmiešané
D) bohatý na kyslík
5.26. Vznikol vznik trojkomorového srdca u obojživelníkov
A) ich pevnina
B) dýchanie kože
B) zväčšiť veľkosť tela
D) vývoj ich lariev vo vode
26-06. Majú zástupcovia ktorých z vyššie uvedených tried akordov jeden krvný obeh?
A) vtáky
B) ryby
C) cicavce
D) plazov
7.26. V procese evolúcie sa objavil druhý kruh krvného obehu u zvierat
A) gill dýchanie
B) pľúcne dýchanie
B) tracheálne dýchanie
D) dýchanie v celom tele
8.26. Sú rozsudky o obehovom systéme rýb správne?
1. Ryby majú dvojkomorové srdce, obsahujú žilovú krv.
2. V žiabre rýb je venózna krv obohatená kyslíkom a premenená na arteriálnu krv.
A) iba 1 je pravdivá
B) iba 2 je pravdivé
C) oba rozsudky sú pravdivé
D) oba rozsudky sú nesprávne
9.26. Sú rozsudky o obehovom systéme obojživelníkov správne?
1. Srdce obojživelníkov pozostáva z dvoch komôr.
2. Žilová krv z orgánov a tkanív sa odoberá do žíl a vstupuje do pravej predsiene a potom do komory.
A) iba 1 je pravdivá
B) iba 2 je pravdivé
C) oba rozsudky sú pravdivé
D) oba rozsudky sú nesprávne
Ktoré zvieratá majú trojkomorové srdce
V dôsledku vývoja sa zlepšili všetky orgány živých bytostí vrátane obehového systému. Srdce je hlavným orgánom systému zodpovedného za prietok krvi krvnými cievami.
Najjednoduchšie bytosti a organizmy tento orgán nemajú. Najviac primitívne srdce sa objavuje v štetinových červoch, ktoré predstavuje len jedna komora. Dvojkomorové srdce sa prvýkrát rozvíja v štepoch rýb a lamelátov.
Vzhľad trojkomorového srdca uľahčil vznik stvorení na zemi. Má oveľa viac výhod oproti predchádzajúcim, ale stále nie je dokonalá. Orgán sa skladá z komory a dvoch predsiení. Okrem toho zvieratá s trojkomorovým srdcom majú 2 kruhy krvného obehu.
Kto je vlastníkom trojkomorového srdca?
- obojživelníkov alebo obojživelníkov (žaby, ropuchy, žaby, mloky);
- plazy (hady, korytnačky, jašterice, krokodíly).
Mali by sme zvážiť aj štruktúru krokodílového srdca. Priehradka komory je dutá a tvorí tak štvorkomorové srdce. Ale keďže v priehradke v diere je diera, srdcom krokodíla nie je plná štvorkomora, ako u vtákov, cicavcov a ľudí.
Ako sa trojkomorové srdce stalo štvorkomorovým
Výskyt stavovcov na pevnine bol spojený s rozvojom pľúcneho dýchania, čo si vyžadovalo radikálnu reštrukturalizáciu obehového systému. V žiabrovkách dýchajúcich ryby, jeden kruh krvného obehu, a srdce, respektíve dvojkomorové (pozostáva z jednej predsiene a jednej komory). U suchozemských stavovcov je troj- alebo štvorkomorové srdce a dva kruhy krvného obehu. Jeden z nich (malý) poháňa krv pľúcami, kde je nasýtený kyslíkom. Potom sa krv vracia do srdca a vstupuje do ľavej predsiene. Veľký kruh nasmeruje kyslík bohatú (tepnovú) krv do všetkých ostatných orgánov, kde sa vzdáva kyslíka a vracia sa do srdca cez žily do pravej predsiene.
U zvierat s trojkomorovým srdcom vstupuje krv z oboch predsiení do jedinej komory, odkiaľ potom putuje do pľúc a do všetkých ostatných orgánov. Súčasne sa zmieša arteriálna krv so žilovou krvou. U zvierat so štvorkomorovým srdcom sa v priebehu vývoja jediná komora najprv delí prepážkou do ľavej a pravej polovice. Výsledkom je, že tieto dva okruhy krvného obehu sú úplne oddelené: krv z kyslíka chudobná vstupuje z pravej predsiene do pravej komory a prechádza odtiaľ do pľúc, nasýtených kyslíkom z ľavej predsiene len do ľavej komory a odtiaľ pokračuje do všetkých ostatných orgánov.
Vytvorenie štvorkomorového srdca bolo nevyhnutným predpokladom pre rozvoj teplokrvnosti u cicavcov a vtákov. Tepelne krvavé tkanivá spotrebujú veľa kyslíka, takže potrebujú „čistú“ arteriálnu krv, ktorá je najviac nasýtená kyslíkom. Zmiešaná artériovo-venózna krv môže byť naplnená chladnokrvnými stavovcami s trojkomorovým srdcom. Trojkomorové srdce je charakteristické pre obojživelníky a väčšinu plazov, hoci tieto majú čiastočnú separáciu komory na dve časti (vyvíja sa neúplné intra-ventrikulárne septum). Súčasné štvorkomorové srdce sa vyvinulo nezávisle v troch vývojových líniách: v krokodíloch, vtákoch a cicavcoch. Je to živý príklad paralelného vývoja.
Biológom z USA, Kanady a Japonska sa podarilo čiastočne dešifrovať molekulárne genetické základy tejto významnej evolučnej udalosti (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Kľúčovú úlohu v ňom zohrávali zmeny v géne Tbx5. Tento gén, ktorý kóduje regulačný proteín, sa exprimuje odlišne vo vyvíjajúcom sa srdci u obojživelníkov (Xenopus spur-like frog) a teplokrvných (kuracie a myšacie) srdcia. V prvom prípade je jednotne exprimovaný v celej budúcej komore, v druhom prípade je jeho expresia maximálna v ľavej časti anlage (v budúcnosti ľavej komory) a minimálna vpravo. A čo plazy?
Bolo zistené, že v plazoch - jaštericiach a korytnačkách - v skorých embryonálnych štádiách, je gén Tbx5 exprimovaný rovnakým spôsobom ako u žaby, teda rovnomerne v celej budúcej komore. V jaštericiach všetko zostáva až do konca vývoja. Rovnako ako žaba, jašterica nevytvára nič podobné prepážke (aspoň čiastočné) medzi komorami.
Čo sa týka korytnačky, potom sa v neskorých štádiách vytvorí gradient expresie - rovnaký ako u kurčiat, len menej výrazný. Inými slovami, v pravej časti komory sa aktivita génu postupne znižuje, zatiaľ čo v ľavej časti zostáva vysoká. Teda, podľa charakteru výrazu Tbx5, je korytnačka medzi medzi jašterica a kurča. To isté sa dá povedať o štruktúre srdca. Korytnačka vytvára neúplnú deliacu stenu medzi komorami, ale v neskorších štádiách ako v kurčatách. Srdce korytnačky je medzi typickou trojkomorovou (ako u obojživelníkov a jašteríc) a štvorkomorové, ako u krokodílov a teplokrvných.
Na potvrdenie vedúcej úlohy génu Tbx5 vo vývoji srdca sa uskutočnili experimenty s modifikovanými myšami. U týchto myší bolo možné na žiadosť experimentátora vypnúť gén Tbx5 v jednej alebo v inej časti srdcového zárodku. Ukázalo sa, že ak vypnete gén v celom komorovom zárodku, zárodok sa ani nezačne deliť na dve polovice: z neho sa vyvíja jediná komora bez akýchkoľvek stôp prepážky. Získajte myšie embryá s trojkomorovým srdcom! Takéto embryá uhynuli v 12. deň embryonálneho vývoja.
V ďalšom experimente sa autorom podarilo zabezpečiť, aby bol gén Tbx5 rovnomerne exprimovaný v zárodku komôr myšieho embrya - rovnako ako v žabke a jašterici. To opäť viedlo k vývoju myších embryí s trojkomorovým srdcom.
Samozrejme, bolo by ešte zaujímavejšie skonštruovať takéto geneticky modifikované jašterice alebo korytnačky, v ktorých by sa Tbx5 exprimoval ako u myší a kurčiat, t.j. silne na ľavej strane komory, slabo na pravej strane, a zistiť, či Z tohto srdca je viac ako štvorkomorový. To však ešte nie je možné: genetické inžinierstvo plazov zatiaľ nepokročilo.
Je jasné, že evolúcia vytvára teplokrvnosť a všetko, čo poskytuje túto transformáciu (srdce, obehový systém, integument, vylučovací systém atď.), Používa jednoduché nástroje: čím menej nastavení je potrebných, tým lepšie. A ak môže byť trojkomorové srdce premenené na štvorkomorový v jednom kroku, potom nie je dôvod, aby sme ho nevyužili.
Génová duplikácia
MULTIFUNKČNÉ GENY - ZÁKLAD EVOLUČNÝCH INOVÁCIÍ.
Myšlienka, že duplikácia génu je najdôležitejším zdrojom evolučných inovácií, bola vyjadrená už v tridsiatych rokoch minulého storočia vynikajúcim biológom Johnom Haldanom (Haldane, 1933). Dnes o tom niet pochýb. Myšlienka je jednoduchá. Výskyt „extra“ kópie génu v genóme otvára slobodu pre evolučné experimentovanie. Mutácie, ktoré sa vyskytujú v jednej z dvoch kópií a oslabujú pôvodnú funkciu génu, nebudú eliminované výberom, pretože existuje druhá kópia, ktorá zostáva rovnaká. Výber eliminuje len tie mutácie, ktoré znižujú telesnú kondíciu, a preto je potrebné, aby boli obe kópie génu pokazené. Preto jedna z kópií pravdepodobne zostane viac-menej nezmenená, zatiaľ čo druhá začne voľne akumulovať náhodné mutácie. S najväčšou pravdepodobnosťou bude táto meniaca sa kópia beznádejne poškodená alebo úplne stratená. Existuje však šanca, že niektorá mutácia pridá novú užitočnú vlastnosť do meniacej sa kópie. Stačí, že tento majetok bol pôvodne vyjadrený do veľmi minimálneho stupňa. Výber „uchopí“ výhodu, ktorá vznikla, a začne optimalizovať gén pre novú funkciu.
Tento spôsob vývoja inovácií sa nazýva neofunkcionalizácia. Jedna z kópií zdvojeného génu zostáva pod pôsobením čistiacej selekcie, nemení sa a zachováva si starú funkciu, zatiaľ čo druhá kópia získava novú. Samozrejme, vo väčšine prípadov bude nová funkcia súvisieť s pôvodnou funkciou: bude to určitá variácia na starú tému (pamätajte, že v kapitole 1 sme hovorili o ťažkostiach pri prechode z jednej nadmorskej výšky fitness krajiny na inú?)
Často sa stáva, že proteín, ktorý je optimalizovaný výberom pre jednu funkciu, môže tiež vykonávať iné funkcie, ktoré sú sekundárne alebo úplne zbytočné pre telo s nízkou účinnosťou, jednoducho ako vedľajší účinok. Napríklad väčšina enzýmov špecializovaných na prácu s jedným substrátom môže pracovať s inými molekulami podobnými hlavnému substrátu. O takýchto enzýmoch sa dá povedať, že sú vopred prispôsobené na získanie novej funkcie. Ak sa podmienky zmenia takým spôsobom, že táto dodatočná funkcia sa ukáže ako užitočná, proteín sa na ňu môže špecializovať - premeniť svoj koníček na hlavné zamestnanie (Conant, Wolfe, 2008). Okrem toho bude obzvlášť jednoduché, ak gén proteínu neúmyselne podstúpi duplikáciu. V tomto prípade môže jedna z kópií génu zachovať starú špecializáciu a druhá môže byť optimalizovaná na vykonávanie novej funkcie. Toto sa nazýva subfunkcia alebo jednoducho oddelenie funkcií.
Ak je hlavná funkcia proteínu stále užitočná, je užitočná aj doplnková funkcia („hobby“) a oddelenie funkcií sa nevyskytuje, pretože gén nie je duplikovaný? V tomto prípade bude výber optimalizovať proteín tak, aby vykonával obe funkcie súčasne. Toto je najbežnejšia vec: mnoho génov v skutočnosti nevykonáva jednu, ale niekoľko užitočných funkcií v tele (pre jednoduchosť budeme hovoriť o prípade, keď existujú dve funkcie). Takýto gén je v stave adaptívneho konfliktu. Ak sa v ňom vyskytne mutácia, ktorá zlepšuje výkon jednej z funkcií, bude užitočná len vtedy, ak to druhá funkcia netrpí. Výsledkom je, že gén je v rovnováhe medzi dvoma smermi optimalizácie a jeho štruktúra predstavuje kompromis medzi protichodnými požiadavkami na výber. Je zrejmé, že v takejto situácii nemôže byť žiadna z týchto dvoch funkcií uvedená do dokonalosti. Pre takéto gény sa môže duplikácia stať „dlho očakávaným vyslobodením“ z vnútorného konfliktu. Ak je multifunkčný gén konečne duplikovaný, výsledné kópie pravdepodobne rozdelia funkcie medzi sebou a rýchlo sa optimalizujú v rôznych smeroch. Taký je spôsob, ako sa vyhnúť adaptívnemu konfliktu.
Klasické príklady vzniku nových génov duplikáciou
Kryštály sú proteíny očnej šošovky. Rozpustnosť vo vode, transparentnosť a stabilita (dlhá "skladovateľnosť") - takmer jediné povinné požiadavky na výber proteínov do kryštalínu. Je to pravdepodobne z tohto dôvodu, že rôzne druhy kryštalínov u zvierat boli opakovane tvorené z najrôznejších "improvizovaných materiálov". Napríklad delta-kryštály vtákov a plazov sa vyskytli duplikáciou a subfunkciou z enzýmu argininosukcinát-lyázy, tau-kryštálov z enolázy, SIII-kryštálov z glutatión-S-transferázy, zeta-kryštalického z chinón oxidoreduktázy. Niektoré kryštalíny si dokonca zachovali svoju enzymatickú aktivitu: takéto proteíny môžu pôsobiť ako kryštály v šošovke a v iných tkanivách ako enzýmy alebo chaperóny [70]. Teda epsilon-kryštalický u vtákov je súčasne enzým laktát dehydrogenáza (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Génové duplikácie a subfunkcia ich často zbavuje takejto kombinácie. Napríklad u ľudí, kryštalické alfa-B kombinuje funkcie kryštalického a chaperónu, zatiaľ čo v zebrafish, zodpovedajúci gén duplikuje, s jednou kópiou (alfa-B1) so zameraním na optickú funkciu v kryštalickej šošovke a druhou (alfa B2) na funkcii chaperónu v iných tkanivách (Smith et al., 2006).
Zvlášť často vznikajú kryštály z glykolytických enzýmov - biochemického procesu, počas ktorého bunka uchováva energiu, ktorá rozdeľuje glukózu bez použitia kyslíka. Faktom je, že pri embryonálnom vývoji je šošovka vytvorená z buniek, ktoré nie sú schopné dýchania kyslíkom: tieto bunky môžu extrahovať energiu iba glykolýzou. Preto sú úplne naplnené glykolytickými enzýmami. Prirodzený výber je však veľkým oportunistom a oportunistom, ktorý vytvára adaptácie nie z toho, čo je lepšie, ale z toho, čo prichádza ako prvé.
Pri prilákaní chaperónov na úlohu kryštalínov je logika približne rovnaká - oportunistická. Chaperóny sú zodpovedné za stabilitu štruktúry iných proteínov a vyhladzujú účinky stresových faktorov, či už ide o mutácie alebo kolísanie teploty. Šošovka je vytvorená v určitom zmysle v „stresových“ podmienkach (bez kyslíkového dýchania) a jej obsah musí byť veľmi odolný voči akémukoľvek stresu: šošovka si musí zachovať svoju transparentnosť a svetelné refrakčné vlastnosti počas celého života organizmu, pri vysokých svetelných podmienkach, bez akejkoľvek pomoci zvonku, bez krvných ciev, bez nervov. Prítomnosť chaperónov vo formovacej šošovke je teda celkom logická. No, pretože už sú tam, čo nie je materiál pre vývoj nových kryštálov?
Proteínové nemrznúce zmesi antarktických rýb. Nototeny ryby sú najrozmanitejšou a najpočetnejšou skupinou rýb v studených antarktických moriach. Úspech nototeny je spojený s prítomnosťou úžasných nemrznúcich proteínov v krvi. Tieto proteíny sa pripájajú k vznikajúcim ľadovým kryštálom a nedovoľujú im rásť, čo im umožňuje žiť pri extrémne nízkych teplotách (slaná morská voda mrzne pri -1,9 ° C a krv obyčajných morských rýb pri teplote −0,7... −0,1). ° C). Prekvapivo, nemrznúce nototenyh pochádza z bielkovín, ktorých funkcia nemá nič spoločné s ochranou pred mrazom. Ich predchodcom bol trypsín, enzým pankreasu, ktorý rozkladá proteíny v tráviacom trakte. Všetky gény proti zamŕzaniu (existuje niekoľko z nich) sú navzájom veľmi podobné a jasne sa vyskytujú postupnými duplikáciami z jediného génu predkov, ktorý bol vytvorený z duplikátu génu kódujúceho trypsinogén (proteín, z ktorého sa potom produkuje enzým trypsín). Začiatok a koniec génov proti zamrznutiu zostal rovnaký ako u génu trypsínu a v strede bol repetitívny (amplifikovaný) deväť-nukleotidový fragment zo strednej časti génu trypsínu kódujúceho tri aminokyseliny: treonín-alanín-alanín. Tento repetitívny aminokyselinový motív tvorí kostru protimrazovej molekuly. Súdiac podľa indikácií molekulárnych hodín, duplikácia pôvodného trypsínového génu a objavenie sa prvej nemrznúcej zmesi nastala pred 5-14 miliónmi rokov. To sa približne zhoduje s časom ostrého chladenia v Antarktíde (10 - 14 ma), ako aj s nástupom rýchleho adaptívneho žiarenia nototéniových rýb (Chen et al., 1997).
Jeden zástupca nototénie, antarktický zubovec Dissostichus mawsoni, detegoval proteínový medziprodukt medzi trypsinogénom a typickou nemrznúcou zmesou: v ňom zostali fragmenty pôvodného trypsinogénu, ktoré sa stratili pri zvyšných mrazuvzdorných látkach. Tento proteín je skutočnou molekulárnou "prechodnou formou".
Niektoré arktické ryby v priebehu adaptácie na život v ľadovej vode tiež objavili nemrznúce proteíny, ale iné. Nemrznúca treska sa vo svojej štruktúre podobá nemrznúcej nototenivyh, ale nemá nič spoločné s trypsinogénom. Pôvod nemrznúcej zmesi tresky škvrnitej ešte nebol objasnený, je len jasné, že ide o nezávislú akvizíciu. Ostatné arktické ryby majú svoj vlastný unikátny nemrznúci prostriedok vytvorený z iných proteínov - lektínov a apolipoproteínov (True, Carroll, 2002).
Výskyt špecializovanej ribonukleázy (enzým, ktorý rozkladá RNA) u opíc, ktoré sa živia listami. V Kolobinoch - opiciach Starého sveta, ktoré sa živia potravou z ťažko stráviteľných rastlín - sa vyvinula špeciálna časť žalúdka, kde symbiotické baktérie trávia nejedlú živočíšnu buničinu [71]. Samotná opica sa živí týmito baktériami a v nich, rovnako ako v každej rýchlo rastúcej populácii baktérií, je veľa RNA.
Na strávenie bakteriálnej RNA potrebujú kolobins enzým - RNázu, ktorý je schopný pracovať v kyslom prostredí. Predkovia kolobin nemali žiadny takýto enzým. Ale rovnako ako všetky opice mali inú RNázu (RNázu 1), ktorá pracovala v alkalickom médiu a bola schopná štiepiť dvojvláknovú RNA. To je jeden z mechanizmov antivírusovej ochrany, ktorý nesúvisí s trávením.
V súvislosti s prechodom na výživu symbiotických baktérií vyvinul kolobin novú RNázu RNase1B. Vyrába sa v pankrease a vstupuje do tenkého čreva. V črevách kolobinov, na rozdiel od iných opíc, je prostredie kyslé a nie alkalické. Nový enzým dokonale štiepi bakteriálnu RNA, ale nie je schopný neutralizovať dvojvláknovú vírusovú RNA.
Gén Rnase1B sa objavil ako výsledok duplikácie pôvodného génu RNázy 1. Po duplikácii si jedna z kópií zachovala starú funkciu, zatiaľ čo druhá získala novú. Prvá kópia bola zároveň vykonaná čistiacim výberom a druhá bola pozitívna, čo viedlo ku konsolidácii deviatich významných substitúcií. Experimenty ukázali, že každá z týchto deviatich substitúcií znižuje účinnosť vykonávania pôvodnej funkcie - štiepenia dvojvláknovej RNA. V dôsledku toho bola na vytvorenie novej funkcie potrebná duplikácia: ak Kolobin nemal „rezervnú“ kópiu génu, ktorý naďalej vykonával starú funkciu, výber by sotva dokázal tieto deväť mutácií opraviť (Zhang et al., 2002).
Mliečne proteíny šváby Diploptera punctata. Tieto viviparózne šváby kŕmia svoje mladé potomstvo špeciálnymi proteínmi, ktoré sa vyskytli duplikáciou a neofunkcionalizáciou z lipokalínových extracelulárnych proteínov zodpovedných za transport malých hydrofóbnych molekúl (lipidov, steroidov, retinoidov atď.) (Williford et al., 2004). Zdá sa, že z rovnakého predka lipoklinu v inom švábovi, Leucophaea maderae, bol afrodiziakový proteín, s ktorým samci priťahujú samice (Korchi et al., 1999).
Je v praxi možné rozlišovať neofunkcionalizáciu od vyhýbania sa adaptívnemu konfliktu? Teoreticky by to nemalo byť také ťažké. V prvom prípade sa jedna kópia génu podrobí purifikačnej (negatívnej) selekcii a pokračuje v plnení pôvodnej funkcie a druhá kópia sa podrobí pozitívnej selekcii. Diskutovali sme o tom, ako určiť, ktorý typ výberu pôsobil na gén v kapitole 2. V druhom prípade obe kópie podliehajú pozitívnemu výberu a zvyšuje sa efektívnosť vykonávania oboch funkcií.
Na testovanie takýchto teórií v praxi sa biológovia naučili len nedávno. Napríklad, v roku 2008, genetika z Duke University (USA) aplikovala tieto kritériá na duplikovaný enzýmový gén v ipomoea, rod rastlín z čeľade convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzým sa nazýva dihydroflavonol-4-reduktáza (DFR). Obnovuje rôzne flavonoidy a mení ich na červené, fialové a modré antokyanínové pigmenty. Toto je pôvodná funkcia tohto enzýmu, ktorú vykonáva takmer vo všetkých kvitnúcich rastlinách. Okrem toho enzým katalyzuje niektoré ďalšie chemické reakcie a celý rozsah jeho schopností ešte nebol stanovený.
V Ipomoea a niekoľkých jeho blízkych príbuzných je DFR gén prítomný vo forme troch kópií umiestnených blízko seba (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Iné konvolváty génu majú len jednu kópiu. Všetky convolvulaceae s trojitým DFR génom tvoria clade, t.j. skupinu pochádzajúcu z jedného spoločného predka a zahŕňajúcu všetkých jeho potomkov. V počiatočných štádiách vývoja tejto skupiny sa gén podrobil dvom po sebe idúcim tandemovým duplikáciám. Najprv sa objavili dve kópie, z ktorých jedna sa stala génom DFR-B a druhá bola opäť duplikovaná a premenená na DFR-A a DFR-C.
Čo sa týka pomeru synonymných a významných substitúcií, autori zistili, že po prvej duplikácii bol gén, ktorý sa neskôr rozdelil na DFR-A a DFR-C, pod vplyvom pozitívnej selekcie. Rýchlo sa zaznamenali významné substitúcie, t.j. došlo k adaptívnemu vývoju. Pokiaľ ide o gén DRF-B, zdá sa, že rýchlosť fixácie významných substitúcií v ňom po duplikácii sa nezvýšila. To, zdá sa, argumentuje v prospech neofunkcionalizácie, to znamená, že gén DRF-B si zachoval pôvodnú funkciu a DFR-A a DFR-C získali novú. V tomto štádiu je však ešte predčasné vyvodzovať závery, pretože dôležité adaptívne zmeny môžu byť spôsobené veľmi malým počtom významných substitúcií. V zásade môže aj substitúcia jednej aminokyseliny meniť vlastnosti proteínu.
Aby bolo možné presne určiť, či po duplikácii došlo k adaptívnemu vývoju génu DFR-B, bolo potrebné experimentálne preskúmať vlastnosti ním kódovaného proteínu. To je presne to, čo autori urobili. Študovali katalytickú aktivitu proteínov DFR-A, DFR-B a DFR-C Ipomoea, ako aj pôvodnú verziu proteínu DFR iných odsúdených. Všetky proteíny boli testované na schopnosť obnoviť päť rôznych substrátov (látky zo skupiny flavonoidov).
Ukázalo sa, že proteín Ipomoea DFR-B účinne pracuje so všetkými piatimi substrátmi. Pôvodný proteín DFR zvláda všetky z nich oveľa horšie. Nakoniec, DFR-A a DFR-C nevykazujú vôbec žiadnu katalytickú aktivitu voči týmto piatim substrátom.
Proteín DFR-B po duplikácii sa tak mohol lepšie vyrovnať s jeho hlavnou funkciou - obnovou flavonoidov - ako pred duplikáciou. A to aj napriek tomu, že po duplikácii bolo málo zmysluplných substitúcií. Ako sa ukázalo, jediná náhrada v kľúčovej polohe výrazne zvýšila účinnosť enzýmu. Príbeh sa ukázal ako detektív.
Väčšina kvitnúcich rastlín v polohe 133 v proteíne DFR je aminokyselina asparagín (Asn133), ktorá hrá dôležitú úlohu v "nastavení" svojho substrátu enzýmom. DFR proteíny s Asn133 účinne regenerujú flavonoidy. Avšak vo vzdialených predkoch plazivej plazmy (v spoločnom predkovi Passel-color a Gentian) bol tento veľmi dôležitý asparagín nahradený kyselinou asparágovou (Asp133). To viedlo k zhoršeniu funkcie "flavonoidu" enzýmu. Prečo nebola taká škodlivá mutácia skrínovaná výberom? Je zrejmé, že do tej doby sa proteín DFR v tejto evolučnej línii (t.j. predkovia kvitnúcich semien a horca) javil ako nová dodatočná funkcia. Výber začal optimalizovať proteín v dvoch smeroch naraz a nahradenie asparagínu kyselinou asparágovou v 133. pozícii bolo výsledkom kompromisu - priamy výsledok adaptívneho konfliktu. Čo je táto dodatočná funkcia, žiaľ, nemohla prísť. Zmena však nastala v oblasti proteínu, ktorý je zodpovedný za viazanie substrátu, čo znamená, že ide o prácu s niektorými novými substrátmi.
Odvtedy musela byť väčšina semien a odrôd horca spokojná s „kompromisným“ variantom proteínu DFR. Ale medzi predchodcami Ipomoea sa zdvojnásobil DFR gén, existuje jedinečná príležitosť uniknúť z adaptívneho konfliktu a rozdeliť funkcie medzi proteíny. A predkovia Ipomoea túto príležitosť nevynechali. Po duplikácii proteín DFR-B izoloval asparagín v 133. pozícii. To dramaticky zvýšilo katalytickú aktivitu voči flavonoidom. Účinnosť enzýmu je opäť vysoká, ako vo vzdialených predkoch, u ktorých enzým ešte nemal ďalšiu funkciu. A na tento účel postačovala substitúcia jednej aminokyseliny (preto analýza pomeru významných a synonymných substitúcií neodhalila žiadne stopy pozitívnej selekcie v géne DFR-B).
Čo sa stalo s génmi DFR-A a DFR-C? Je zrejmé, že úplne opustili starú funkciu (práca s flavonoidmi) a venovali sa implementácii novej. Ak nahradenie asparagínu kyselinou asparágovou bolo kompromisným riešením, ktoré nejako kombinovalo obe funkcie v rovnakom proteíne, potom sa dá predpokladať, že v DFR-A a DFR-C sa kyselina asparágová nahradí niečím iným, ale nie asparagínom. To sa stalo. V rôznych typoch ipomei v proteíne DFR-A je 133. miesto obsadené rôznymi aminokyselinami, zatiaľ čo v proteíne DFR-C je vždy izoleucín, ktorý zbavuje proteín jeho schopnosti pracovať s flavonoidmi.
Hoci v tejto štúdii zostala nepríjemná „diera“ - nebolo možné zistiť, aká je nová funkcia proteínov DRF, výsledky však ukazujú, že práve odchod z adaptívneho konfliktu, a nie neofunkcionalizácia, sa odohrávali. Gén DRF sa stal bifunkčným dlho pred duplikáciou. Duplikácia umožnila rozdelenie funkcií medzi kópie, odstránenie adaptívneho konfliktu a optimalizáciu každého génu na vykonanie jednej funkcie.
Na konci článku autori robia dôležitú poznámku. Poukazujú na to, že v prípade odchýlky od adaptívneho konfliktu v porovnaní s neofunkcionalizáciou existuje vyššia pravdepodobnosť zachovania „extra“ kópií génu po duplikácii. Koniec koncov, ak duplikovaný gén vykonáva dve funkcie ešte pred duplikáciou, proces separácie funkcií môže byť iniciovaný mnohými rôznymi mutáciami v jednej z dvoch kópií. Náhodné mutácie s väčšou pravdepodobnosťou mierne zvýšia jednu z existujúcich funkcií proteínu, než aby vytvorili úplne novú.
Z týchto pozícií je ľahšie pochopiť výsledky iných štúdií, vrátane údajov o dvoch úplných genómových duplikáciách, ku ktorým došlo na začiatku vývoja stavovcov.
Encyklopédia lekárskych mylných predstáv
Rozptýliť populárne mylné predstavy o modernom človeku.
Srdce
Niektorí ľudia veria, že veľkosť srdca človeka môže byť určená veľkosťou jeho päste - hovoria, že sa zhodujú. V skutočnosti je srdce oveľa väčšia.
Ak budeme merať päsťami, potom ich veľkosť bude asi dva a pol päste. Trvá srdce asi tretinu hrudníka.
informácie
Pre malé organizmy nie je problém s dodávkou živín a odstraňovaním metabolických produktov z tela (dostatočná difúzna rýchlosť). Avšak so zvyšujúcou sa veľkosťou je potrebné zabezpečiť stále sa zvyšujúce potreby tela v procese získavania energie a potravín a odstraňovania spotrebovaných. V dôsledku toho primitívne organizmy už majú takzvané "srdcia", ktoré poskytujú potrebné funkcie. Ďalej, rovnako ako u všetkých homológnych (podobných) orgánov, dochádza k poklesu počtu kompartmentov na dve (u ľudí, napríklad, dve pre každú cirkuláciu).
Paleontologické nálezy nám dovoľujú povedať, že primitívne struny už majú určitý druh srdca. Úplné telo je však zaznamenané v rybách. Existuje dvojkomorové srdce, ventilové zariadenie a srdcové vrecko.
Obojživelníci a plazy už majú dva okruhy krvného obehu a ich srdce je trojkomorové (objavuje sa interatriálne septum). Jediný moderný plaz, ktorý má nižšiu (medzipriestorová priehradka úplne neoddeľuje predsiene), ale už štvorkomorové srdce je krokodíl. Predpokladá sa, že sa prvýkrát objavilo štvorkomorové srdce u dinosaurov a primitívnych cicavcov. Následne priami potomkovia dinosaurov zdedili túto štruktúru srdca - vtáky a potomkovia primitívnych cicavcov - to sú moderné cicavce.
Srdcom všetkých strunatcov je nevyhnutne srdcové vrecko (perikard), ventilové zariadenie. Srdce mäkkýšov môžu mať tiež ventily, majú perikard, ktorý v plžoch pokrýva črevné črevo. V prípade hmyzu a iných článkonožcov sa orgány obehového systému vo forme peristaltických expanzií veľkých ciev nazývajú srdcia. V akordoch je srdce nespárovaným orgánom. V mäkkýšoch a článkonožcoch sa množstvo môže líšiť. Pojem "srdce" sa nevzťahuje na červy atď.
Biológovia prišli na to, ako sa u ľudí vytvárajú srdcové vady
Biológom sa podarilo nájsť kľúčový proteín, ktorý mení srdce embrya z trojkomory do štvorkomory. Podľa vedcov, ich objav pomôže ľuďom zabrániť rozvoju mnohých srdcových abnormalít.
Prečo človek potrebuje štvorkomorové srdce
Srdce sa skladá zo štyroch komôr - ľavej a pravej predsiene, ako aj dvoch komôr. Takáto štruktúra umožňuje separáciu okysličenej arteriálnej a kyslíkatej žilovej krvi. Jeden prúd, s venóznou krvou, je poslaný do pľúc a druhý - s arteriálnym zásobovaním celého tela. Z energetického hľadiska je takáto cirkulácia čo najprospešnejšia. Preto sa vedci vďaka štvorkomorovému srdcu naučili udržiavať konštantnú telesnú teplotu. Na rozdiel od teplokrvných v chladnokrvných, napríklad obojživelníkov, je srdce trojkomorové. Pri plazoch je situácia zložitejšia. Sú to špeciálna skupina. Faktom je, že ich komory sú oddelené prepážkou, ale v ňom je diera. Ako štvorkomorové srdce, ale nie celkom. Chýba jedna časť: filmová priehradka, ktorá by zakrývala medzikomorové otvorenie a vytvorila úplnú izoláciu ľavej a pravej komory. Takýto filmový oddiel sa objavil u vtákov a cicavcov oveľa neskôr.
Ako sa vytvára oddiel
Ako vzniklo toto rozdelenie, objavila sa veľká skupina amerických, kanadských a japonských vedcov, vedená Dr. Benoitom G. Bruneauom z Gladstone Institute for Cardiovascular Diseases. Autori zistili, že rozdelenie začína tvoriť, ak počet transkripčných faktorov proteínov Tbx5, ktoré viažu DNA a spúšťajú transkripciu génov zodpovedných za syntézu kardiomyocytov, je nerovnomerne rozdelený v oboch komorách. Kde sa začína znižovať počet Tbx5 a vytvára sa oddiel.
Korytnačka a jašterica srdce
Dr Bruno a jeho kolegovia študovali vývoj srdca v embryách korytnačky červenej (Trachemus scripa elegans) a jašterice Caroline Anolis (Anolis carolinensis). „Bolo pre nás dôležité, aby sme videli, ako je medzikomorové septum tvorené v embryách tohto a iného druhu. V korytnačke, v ktorej sa začína tvoriť štvorkomorové srdce, a v jašterici s trojkomorovým srdcom, “vysvetľujú vedci.
Ukázalo sa, že proteín Tbx5 je nerovnomerne distribuovaný v korytnačke. Koncentrácia tohto proteínu sa znížila, hoci veľmi postupne, zľava na pravú stranu komory. V jaštericiach bol obsah Tbx5 vo všeobecnosti rovnaký v celej komore, takže nebolo potrebné objavovať septum. „Na základe toho sme sa rozhodli, že výskyt interventrikulárnej priehradky je spojený s rôznymi koncentráciami Tbx5,“ hovoria vedci.
Myši so studenou korytnačkou
Experiment bol úspešný. Zostalo len pochopiť, či koncentrácia Tbx5 je skutočne príčinou a objavenie sa prepážky je dôsledkom, alebo je to len náhoda. Dr Bruno a jeho kolegovia modifikovali DNA myší tak, že hladina Tbx5 v nich sa zhodovala s hladinou Tbx5 v korytnačke. Myši sa narodili s trojkomorovým korytnačkovým srdcom - bez filmu pokrývajúceho medzikomorové otvorenie. Bohužiaľ, všetky myši zomreli takmer okamžite po narodení. Ale vďaka tejto skúsenosti vedci vedeli pochopiť, že distribúcia hladiny transkripčného faktora skutočne vedie k vytvoreniu priehradky pokrývajúcej ventrikulárny otvor.
Srdcové abnormality môžu byť liečené Tbx5
„To, čo sme boli schopní objaviť, je dôležitým krokom k pochopeniu vývoja srdca. Pochopenie toho, ako sa vytvorilo medzikomorové septum, nám umožní ísť ešte ďalej. A aby sme zistili, ako sa vrodené defekty objavujú u ľudí, prečo sa interventrikulárne septum netvorí v niektorých embryách a ako môže byť tento proces ovplyvnený, “hovoria autori.
Viac informácií o práci vedcov možno nájsť v najnovšom čísle časopisu Nature.