독은 자연의 가장 치열한 적응 중 하나입니다. 예를 들어, 지리학자의 원뿔 달팽이는 찌르면 10 분의 1의 독을 주입하지만, 한 시간 이내에 사람을 죽이는 것만으로도 충분합니다. 이 화학 칵테일에는 알려진 가장 강력한 화합물이 포함되어 있으며, 그들의 두려운 힘은 역사의 새벽부터 사람들에게 경외심을 느꼈습니다. 그러나 과학자들은 이러한 강력한 독소를 암호화하는 유전자가 어떻게 발생하는지 연구 할 수 있었지만 분자 수준에서 진화의 작용에 대한 모습을 제공하는 것은 유전학의 현대 발전이 아니 었습니다. 이러한 연구에서 효소, 펩티드 및 기타 단백질에 대한 유전자의 우연한 복제 및 돌연변이를 통해 독 유전자가 어떻게 진화하는지에 대한 현재의 표준 모델이 나왔다.
.그러나 오늘날 현재 생물학 에 발표 된 새로운 발견 기생충 말벌 종에 대한 대부분의 독소 유전자가 대신 다른 생리 학적 역할에서“달빛”이라는 것을 발견하십시오. 더 흥미로운 의미는이 발견이 독이 아닌 화합물과 관련이 있다면 자연이 다른 진화 솔루션을 빠르게 개발하는 데 사용하는 경로 일 수 있다는 것입니다.
로체스터 대학교의 생물학 교수 인 잭 웨렌 (Jack Werren)은“저는 기생충 말벌을 오랫동안 노력해 왔습니다. 이 동물들에 대한 그의 매력은 말벌이 훌륭한 생리 학적 인형자가 될 수있는 전문적인 독에 중점을 둡니다. 기생충 말벌은 10 만에서 600,000 종 사이의 거대한 그룹으로, 유충 일 때 기생충이거나 자주 먹는 숙주 안에 살면서 기생충이 있습니다. 자유 살아있는 성인으로서, 그들은 행동을 바꾸는 독을 돕기 위해 젊은이들에게 호스트를하기 위해 적절한 생물을 찾고 정복해야합니다. 예를 들어, 에메랄드 바퀴벌레 말벌은 동물의 뇌 화학을 조작함으로써 말벌의 배고픈 자손을위한 강력한 대상 (크기의 크기)을 만족스러운 식사로 변형시킵니다. glyptapanteles 말벌은 더 나아가 애벌레의 조직에서 방금 먹은 어린 말을 보호하는 좀비 보디 가드로 전환합니다. 다른 말벌, reclinervellus nielseni , 거미류 피해자는 거미가 만료 된 후 말벌 유충을 계속 보호 할 수있는 튼튼한 둥지로 웹을 변형시킵니다.
Werren은“기생충의 독은 신진 대사를 조작하기 위해 진화했기 때문에 연구 된 대부분의 독소 동물의 독과는 상당히 다르다고 Werren은 설명했다. 그와 그의 실험실의 엘렌 오 마틴 슨 (Ellen O. Martinson)과 싱가포르 국립 대학교 (National University of Singapore)에있는 박사후 연구원은 기생충 독에서 독소의 다양성과 그 독소가 어떻게 진화하는지 이해하는 데 관심이있었습니다. 그들과 그들의 동료들은 밀접하게 관련된 몇 가지와 관련된 말벌 종에 대한 게놈을 조립하는 것으로 시작했으며, 말벌들 사이에서 가까운 친척조차도 독의 약 30 ~ 40 % 만 공유했습니다. 놀랍게도 낮은 수는 새로운 종의 진화가 독 유전자의 빠른 회전율을 동반했으며, 오래된 유전자가 버려졌으며 새로운 독 기능이있는 새로운 유전자가 갑자기 발생했습니다. "우리의 다음 질문은, 알았어, 무슨 일이 있었는지?" Werren이 말했다. “픽업중인이 유전자는 어디에서 왔습니까? 그리고 그것은 우리를이 광범위한 질문에 빠뜨 렸습니다 :새로운 유전자의 기능은 어떻게 진화합니까?”
우리 자신에게 위험한 뱀, 거미 및 기타 종에 대한 연구에 주로, 대부분의 독 유전자는 유전자 복제 메커니즘과 돌연변이 및 재구성 (과학자들이 신분 해제라고 함)을 통해 발생한다고 생각됩니다. 과정은 단백질-체포 효소와 같은 잠재적으로 독성 기능을 갖는 분자에 대한 유전자가 실수로 계란 세포와 정자의 형성 동안 실수로 복제 될 때 시작된다. 원래 유전자의 생물학적 업무를 수행하는 부담이없는 여분의 사본은 무작위 돌연변이를 통해 변화를 축적 할 수 있습니다. 이러한 변화로 인해 중복 유전자 나 단백질이 무가치하게 만들 수 있으며 사라질 수 있습니다. 그러나 때때로 이러한 변화는 유용한 독소가되는 방식으로 단백질을 변화시킵니다. Voilà, 독 독소가 탄생합니다.
.그러나 Martinson, Mrinalini, Werren 및 그들의 동료들이 4 개의 밀접하게 관련된 기생충 말벌의 Venom 단백질과 유전자를 비교했을 때, 그것은 그들이 본 것이 아닙니다. 다른 독한 동물에 대한 연구와는 대조적으로, 그들은 유전자 분석을 통해 가장 최근에 모집 된 53 개의 모집 된 독 유전자 중 거의 절반이 단일 코피라는 것을 발견했다. 실제로 독소 유전자의 10 % 미만이 복제와 돌연변이를 통해 분명히 발생했습니다.
그런 다음이 팀은 이러한 단일-코피 유전자가 일반적인 비 정형 기능에서 독소 역할을하는 방법을 이해하고 싶었습니다. 그리고 다시, 결과는 놀랍습니다. Werren은“처음 으로이 작업을 시작했을 때 실제로이 모든 것을보고있었습니다. "우리는 우리가보고있는 것이 독으로 유전자를 빠르게 전문화하고 다른 기능의 상실이라고 생각했습니다." 그러나 말벌의 몸에있는 조직이 유전자를 발현하는 조직을 보았을 때“우리는 그것이 그렇지 않다는 것을 발견했습니다.”
.대신, Werren은 이러한 단일-코피 유전자의 기능을 여분의 현금으로“달빛”에 비유했으며, 유전자는 신체의 다른 곳에서“일자리”외에도 독선에서“야간 직업”을 취했습니다. 유전자는 애벌레 또는 성인 발달 단계 동안 다양한 조직에서 어느 정도 일상적으로 발현되었다. 독선은 단순히 유전자를 훨씬 더 풍부하고 꾸준히 발현했습니다. 결과적으로 말벌의 다른 곳에 양성 생리적 기능을 갖는 유전자의 단백질은 독에 독성 특성을 가진 농도에 도달했습니다. Werren은“이것이 많은 것이 표현 진화입니다. “단백질은 크게 변하지 않습니다. 독을 만들기 위해 변화하는 표현 패턴 일뿐입니다.”
변화의 부족은 또한 독 유전자의 예상과 매우 다릅니다. 중복 및 향상 모델에 내재 된 것은 독소가 독소의 목표와 함께 무기 경주에 잠길 수 있기 때문에 독소가 효과적이기 위해 빠르게 발전해야한다는 가정입니다. 독이 충분히 빠르게 진화하지 않으면, 그들이 행동하려고하는 포식자 나 먹이는 대응을 발전시키고 독성 이점을 얻을 수 있습니다. 그리고 현재까지, 다른 종을 연구하는 생물 학자들은 독 발전 속도로 독 유전자가 진화하는 것을 보았습니다. 예를 들어 원뿔 달팽이에 의해 사용되는 코노 독신은 빠르게 돌연변이하는 것으로 알려져 있습니다.
.그러나 발견 된 결과, 말벌은 독 독소 유전자에 돌연변이가 필요하지 않으며 한 숙주에서 다른 숙주로 전환하거나 현재 숙주와 보조를 맞추기 위해 돌연변이가 필요하지 않음을 시사합니다. 그들은 독을 빨리 만들기 위해 유전자를 공동으로 선택하고 떨어 뜨릴 수 있어야합니다.
결과는 과학자들이 독소 유전자의 기원을위한 주요 경로를 간과했을 가능성을 열어줍니다. “이러한 발견은 다른 독이있는 동물을 독 X을 생성하는 데 사용했을 수있는 과정과 관련된 중요한 질문을 제기합니다. 종이. "유전자 복제 및 대안 적 스 플라이 싱은 전형적으로 단백질 신분화를 뒷받침하는 주요 메커니즘으로 호출되는 반면,이 연구는 유전자가 새로운 기능을 획득 할 수있는 잠재적으로 중요한 방법으로 재평가되어야 함을 시사한다."
.퀸즐랜드 대학교의 Venom Evolution Laboratory 책임자 인 Bryan Fry는 일반적으로 Quanta 에 이메일로 이메일을 보낸 의견에서 그 견해에 동의했습니다. . Werren과 그의 팀의 작품은“Venom Evolution에 대해 더 많이 배울수록 우리가 아는 것을 더 많이 알게되는 매우 흥미로운 논문입니다. 기생충 말벌은 이미 매우 이상한 전략을 가지고있는 것으로 알려져 있으며이 논문은 그들이 얼마나 독창적으로 분기되는지 강화합니다.” 협동이 더 광범위하게 결정되는지 여부는 결정해야한다고 그는 썼다.
Bangor University의 강사 인 Wolfgang Wüster는“Venom Evolution의 메커니즘으로 나에게 특별히 일어나지 않았다. 그는 또한이 유전자 진화의 메커니즘이 다른 악의적 인 그룹에서 두드러 졌다고 확신하지 못한다. "나는 그것이 비정상적으로 남아있을 것 같다"고 말했다. "저자들이 지적한 바와 같이, 기생충 독은 뱀, 거미 또는 원뿔 껍질과 같은 것들의 더 잘 알려진 약탈 또는 방어적인 독보다 훨씬 미묘하고 미세 조정 된 방식으로 행동합니다." 말벌의 독에 대한 독특한 생태 학적 역할은 왜이 동물들이 다른 독수리 종들과 유전자 진화를위한 다른 메커니즘에 크게 의존하는지 설명 할 수 있습니다. Wüster는“확장 된 마취는 훨씬 더 어렵고 무언가를 죽이는 것보다 훨씬 더 세밀하게 필요합니다. 외과 의사에게 물어보십시오.
Wüster와 마찬가지로 Werren은 Venom 유전자들 사이에서 Co-option이 "탐구해야 할 가설 중 하나"라는 생각을 고려합니다. 그럼에도 불구하고, 그는 다른 연구에서 친척의 진화론을 거의 비교하지 않았기 때문에이 진화 방식이 과소 평가되었을 가능성이 있다고 생각합니다. “매우, 서로 매우 발산되는 종을 보면, 유전자의 특정 하위 집합이 공유되고 다른 유전자가 공유 될 수 있지만, 다른 유전자가 아니지만 실제로는 미세한 그림을 얻지 못할 수도 있습니다.
."이 과정은 뱀에게서 중요하지 않을 수도 있지만, 그는 우리가 확실히 말할 수 있기 전에 매우 밀접하게 관련된 뱀 종을 보는 데 더 많은 작업을 수행해야한다고 지적했다."
.Werren은 유전자 달빛의 역할이 독과 멈추지 않을 것이라고 생각합니다. 유전자 달빛은 단순히 발현의 변화를 통해서만 발생할 수 있으며, 이는 단일 돌연변이만큼이나 생길 수있다. 복제 및 네오 기능 화 모델에 의해 암시 된 무작위 변경 및 선택의 구불 구불 한 과정이 필요하지 않습니다. 따라서 협력은 적응을위한 훨씬 빠른 메커니즘 일 가능성이 높습니다. “매우 빠르게 변화하는 환경을 가진 종의 경우,이 단일 유전자의 협력 과정이 상당히 중요 할 수 있습니다. 그다지 많이 보지 못했습니다.”라고 그는 말했습니다.
"이것은 일반적인 기능 이거나이 전문 기관에서만 발생하는 일입니까?" 그는 물었다. "앞으로 몇 년 안에 그 질문을 해결하기를 기대하지만, 특히 유기체가 빠른 선택의 대상이 될 때 상당히 광범위한 메커니즘이 될 것이라고 생각합니다."
.Wüster는“이 논문은 생물학의 기쁨 중 하나에 대한 또 다른 멋진 예입니다. "동물이 동물을 어떻게 성취하는지에 대한 일반화를 발견했을 때, 다른 일이 완전히 다르게 나타납니다."
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수정 :이 기사는 2017 년 6 월 26 일에 개정되어 Mrinalini를이 프로젝트의 공동 리드 조사관으로 인정했습니다. 또한,
원래 "100,00"으로 나타난 기생충 말벌 종의 수의 하한은 100,000으로 수정되었습니다.
