ระบบคล้าย Waze มีอายุหลายร้อยล้านปี โดย ETHAN BIER/THE CONVERSATION | เผยแพร่เมื่อ 12 พ.ย. 2564 10:08 น. สัตว์ศาสตร์
ระบบคล้าย Waze มีอายุหลายร้อยล้านปี โดย ETHAN BIER/THE CONVERSATION | เผยแพร่เมื่อ 12 พ.ย. 2564 10:08 น. สัตว์ศาสตร์
แมลงวันผลไม้สำหรับยีน Hox และการวิจัย CRISPR โคลสอัพบนพื้นหลังสีส้ม
ยีนใดที่สั่งการอวัยวะของสัตว์ การดูแมลงวันผลไม้อย่างใกล้ชิดจะช่วยให้ทราบฝากรูปถ่าย
Ethan Bierเป็นศาสตราจารย์ด้าน Cell and Developmental Biology ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโก เรื่องนี้เดิมมีอยู่ในThe Conversation
จอภาพ ultrawide ที่ดีที่สุดของปี 2022
ทำไมมนุษย์ดูเหมือนมนุษย์มากกว่าชิมแปนซี? แม้ว่าเราจะแบ่งปัน DNA ของเราถึง 99 เปอร์เซ็นต์กับชิมแปนซี แต่ใบหน้าและร่างกายของเราก็ดูแตกต่างกันมากทีเดียว
แม้ว่ารูปร่างและรูปลักษณ์ของร่างกายมนุษย์
จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างชัดเจนในระหว่างวิวัฒนาการ แต่ยีนบางตัวที่ควบคุมลักษณะเฉพาะของสปีชีส์ต่างๆ นั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างน่าประหลาดใจ ในฐานะนักชีววิทยาที่กำลังศึกษาวิวัฒนาการและการพัฒนาฉันได้ใช้เวลาหลายปีในการไตร่ตรองว่ายีนทำให้คนและสัตว์อื่นๆ มีหน้าตาเป็นอย่างไร
งานวิจัยใหม่จากห้องแล็บของฉันเกี่ยวกับวิธีการทำงานของยีนเหล่านี้ได้ให้ความกระจ่างว่ายีนที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลาหลายแสนปียังคงสามารถเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์ของสปีชีส์ต่างๆ เมื่อมีวิวัฒนาการได้อย่างไร
หัวกับก้อย
ในทางชีววิทยาแผนผังร่างกายจะอธิบายถึงการจัดระเบียบร่างกายของสัตว์ตั้งแต่หัวจรดเท้าหรือหาง สัตว์ทุกตัวที่มีความสมมาตรแบบทวิภาคีหมายถึง ด้านซ้ายและด้านขวาของพวกมันเป็นภาพสะท้อนในกระจก มีแผนร่างกายที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น ศีรษะก่อตัวที่ส่วนหน้า แขนขาก่อตัวที่ลำตัวส่วนกลาง และส่วนหางก่อตัวที่ปลายด้านหลัง
โครงร่างสมมาตรของสัตว์สามตัว (อสมมาตร รัศมี และทวิภาคี) รวมถึงฟองน้ำทะเล เยลลี่ และแพะ
สัตว์ในสายพันธุ์เดียวกันมักจะมีความสมมาตรเหมือนกัน มนุษย์และแพะมีความสมมาตรระดับทวิภาคี ซึ่งหมายความว่าสามารถแบ่งออกเป็นครึ่งๆ เดียวที่เป็นภาพสะท้อนของกันและกัน ไดอะแกรม: CNX OpenStax / Wikimedia Commons , CC BY
ยีน Hox มีบทบาทสำคัญในการกำหนดแผนร่างกายนี้ ยีนกลุ่มนี้เป็นชุดย่อยของยีนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาทางกายวิภาคที่เรียกว่ายีนhomeobox พวกมันทำหน้าที่เหมือนระบบ GPS ทางพันธุกรรม กำหนดว่าแต่ละส่วนของร่างกายจะเปลี่ยนเป็นอะไรในระหว่างการพัฒนา พวกเขารับรองว่าแขนขาของคุณจะเติบโตจากเนื้อตัวของคุณแทนที่จะเป็นจากหัวของคุณโดยการควบคุมยีนอื่น ๆ ที่สั่งการการก่อตัวของส่วนต่าง ๆ ของร่างกายที่เฉพาะเจาะจง
สัตว์ทุกตัวมียีน Hox และแสดงออกในบริเวณ
ร่างกายที่คล้ายคลึงกัน นอกจากนี้ ยีนเหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงตลอดประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ ยีนเหล่านี้ยังคงมีเสถียรภาพในช่วงเวลาวิวัฒนาการที่กว้างใหญ่เช่นนี้ได้อย่างไร แต่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสัตว์?
ระเบิดจากอดีต
ในปี 1990 นักชีววิทยาระดับโมเลกุลWilliam McGinnisและทีมวิจัยของเขาสงสัยว่ายีน Hox จากสปีชีส์หนึ่งอาจทำหน้าที่คล้ายคลึงกันในสปีชีส์อื่นหรือไม่ ท้ายที่สุดแล้ว ยีนเหล่านี้ทำงานในบริเวณร่างกายที่คล้ายคลึงกันในสัตว์ต่างๆ ตั้งแต่แมลงวันผลไม้ไปจนถึงมนุษย์และหนู
นี่เป็นความคิดที่กล้าหาญ ให้พิจารณารถยนต์ในการเปรียบเทียบ: ชิ้นส่วนรถยนต์ส่วนใหญ่มักใช้แทนกันไม่ได้ระหว่างยี่ห้อต่างๆ รถยนต์ คันแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้วเท่านั้น เปรียบเทียบกับแมลงวันและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งมีบรรพบุรุษร่วมกันคนสุดท้ายอาศัยอยู่เมื่อ 500 ล้านปีก่อน แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่การแลกเปลี่ยนยีนจากสปีชีส์ต่าง ๆ ที่แยกจากกันในช่วงระยะเวลาอันกว้างใหญ่นั้นอาจใช้ได้ผล
อย่างไรก็ตาม McGinnis และทีมของเขายังคงทำการทดลองและใส่ยีนของเมาส์หรือยีน Hox ของมนุษย์เข้าไปในแมลงวันผลไม้ จากนั้นจึงกระตุ้นยีนในบริเวณที่ไม่ถูกต้องของร่างกาย เช่น วางยีน Hox ที่บอกขามนุษย์ว่าจะพัฒนาที่ส่วนหน้าของหัวแมลงวันผลไม้ได้อย่างไร ส่วนของร่างกายที่วางผิดที่จะแสดงว่ายีนของหนูหรือมนุษย์ Hox ทำงานเหมือนกับยีนของแมลงวันผลไม้เอง
ยีน Hox ของมนุษย์และหนู ทดลองได้เปลี่ยนหนวดแมลงวันผลไม้ให้เป็นขา อย่างน่าทึ่ง ซึ่งหมายความว่าข้อมูลตำแหน่งที่ได้รับจากยีนของมนุษย์และเมาส์ยังคงเป็นที่รู้จักในทันที หลายล้านปีต่อมา
ยีน Hox ทำงานอย่างไร?
คำถามใหญ่ต่อไปคือ ยีน Hox เหล่านี้กำหนดเอกลักษณ์ของส่วนต่างๆ ของร่างกายได้อย่างไร?
มีโรงเรียนสองแห่งที่คิดว่ายีน Hox ทำงานอย่างไร ประการแรกเรียกว่าสมมติฐาน ที่ให้ความ รู้ เสนอว่ายีนควบคุมรูปร่างเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นยีนควบคุม “หลัก” ที่ให้คำแนะนำของร่างกายเกี่ยวกับวิธีพัฒนาส่วนต่างๆ ของร่างกาย
ประการที่สอง เสนอโดย McGinnis ตั้งสมมติฐานว่ายีน Hox ให้รหัสตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายตำแหน่งเฉพาะในร่างกายแทน ยีนสามารถใช้รหัสเหล่านี้เพื่อสร้างโครงสร้างร่างกายเฉพาะที่ตำแหน่งเหล่านั้น ตลอดช่วงวิวัฒนาการ ส่วนต่างๆ ของร่างกายบางส่วนอยู่ภายใต้การควบคุมของยีน Hox เฉพาะในลักษณะที่จะเพิ่มการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตได้ดีที่สุด นี่คือเหตุผลที่แมลงวันพัฒนาหนวดมากกว่าขาบนหัว และมนุษย์มีกระดูกไหปลาร้าอยู่ด้านล่างแทนที่จะอยู่เหนือคอ
ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสารScience Advancesซึ่งเป็นที่ปรึกษาของ McGinnis และตัวฉันเองAnkush Auradkarได้นำสมมติฐานเหล่านี้ไปทดสอบแมลงวันผลไม้
