지구상의 모든 동물이 장기 생존을위한 단일 교훈을 제공 할 수 있다면, 이것이 될 수 있습니다 :섹스 작품. 추정 된 8 백만 종의 동물 중에서, 스미터를 제외한 모든 종은 성적으로 번식하는 것으로 알려져 있으며, 진화론적인 용어로는 아가씨가 아닌 새로 진화 된 동물, 최근에 배우는 능력을 잃어버린 동물이 아닙니다. 매사추세츠 주 우즈 홀 (Woods Hole)에있는 해양 생물학적 실험실의 생물학자인 데이비드 마크 웰치 (David Mark Welch)는“성관계가 중요해야한다.
그러나 성관계는 압도적으로 지배적 인 동물 생식 방법이지만 과학자들은 왜 그런지 확실하지 않습니다. 마크 웰치 (Mark Welch)는 연구원들이 동물 왕국의 성의 우선 순위를 설명하기 위해 약 50 ~ 60 가설을 개발했다고 추정합니다. 이 이론들 중 일부는 1 세기 이상 생물학적 전장이었습니다.
예외를 연구하면 과학자들이 규칙을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고이 경우의 예외는 Bdelloid rotifers (“B”는 침묵)라고 불리는 생물, 성적인 조상에서 4 천만에서 1 억 년 전의 미세한 수영 선수입니다.
이 기괴한 동물은 육신 세계에서 순결한 생존자입니다. 그들은 지금까지 테스트 된 다른 동물보다 더 많은 방사선을 견딜 수 있습니다. 그들은 젖은 나무 이끼에서 증발 된 새들에 이르기까지 젖은 표면에 사로 잡을 수 있습니다. 그리고 물이 없으면, 그들은 총 건조 상태에 빠진 다음 한 방울의 액체로 생명을 되찾아줍니다.
Bdelloid 게놈의 최근 분석은 무성 메커니즘이 어떻게 DNA 교환 특성을 성관계의 특성을 모방 할 수 있는지를 밝히기 시작했을 것입니다. 새로운 연구는 Bdelloids가 유전 적 다양성을 생성하는 데 능숙하다는 것을 보여 주었고, 일부 연구자들은 이제 성의 정의에 의문을 제기했으며, 일부 연구자들은 유전자 물질의 조율을 필요로하지 않는보다 광범위한 것을 주장하고 있습니다. 다른 사람들은 성의 전통적인 정의가 그대로 유지 되더라도 Bdelloid 로티퍼의 독특한 유전 적 전략은 섹스를 성공적인 진화 적 전략으로 만드는 메커니즘을 밝힐 것이라고 생각합니다. 1980 년대부터 로티퍼를 연구해온 Mark Welch는“Bdelloids가 해결 한 문제를 파악할 수 있다면 성관계가 중요한 이유를 알아낼 수 있습니다.”
.왜 성관계가 인기있는 이유
가장 기본적인 형태로 줄인 섹스는 DNA 교환에 관한 것입니다. 이 거래의 핵심에는 감수 분열이라는 과정이 있으며, 여기서 염색체는 각 부모로부터 상속되어 조각을 교환합니다. 그런 다음 염색체는 딸 세포로 나뉩니다. 결과는 게놈이 부모와 다른 세포 세트입니다.
이 교환의 이점은 분명해 보입니다. 유전자 셔플은 다양한 인구를 만들어 내고 다양한 인구가 변화하는 환경에 더 잘 대처할 수 있어야합니다. 이 기본 아이디어는 독일 생물 학자 August Weismann이 1 세기 전에 처음 제안했습니다.
그러나 섹스는 또한 실질적인 단점을 가지고 있으며, 진화 생물 학자들에게 퍼즐의 무언가를 제시합니다. 성적인 유기체는 유전자의 절반 만 통과하여 유전 적 유산을 크게 줄입니다. 그리고 성은 게놈을 뒤섞으므로 잘 작동하는 유전자 조합을 분해합니다. 또한 짝짓기를 원하는 동물은 배우자를 찾는 데 시간과 에너지를 보내야합니다. 일단 경기가 발견되면 성행위는 성병의 위험을 초래합니다. 자연 세계에서는 매우 위험합니다.
성적 생식의 단점을 감안할 때, 우리는 동물 왕국이 성적 및 무성 생물로 가득 차있을 것으로 기대할 수 있습니다. 그러나 이것은 사실이 아닙니다. 섹스는 압도적으로 우세합니다. Mark Welch는“수백 년이 지난 지금도 우리는 여전히 그것에 대해 무엇이 중요한지 모릅니다. "큰 쿼드 중 하나는 성별의 명백한 단기 장점과 성의 장기 장기 장점 사이의 대조입니다. 어떻게 장기적인 혜택을 거두는 기회를 어떻게 얻습니까?"
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비디오 : 일반적으로 바퀴 동물로 알려진 로티퍼는 섬모라고 불리는 가느 다란 돌리를 통해 먹이를 주며, 동물이 죽은 박테리아, 조류 및 기타 이물질의 식사로 채워진 물에 그려져 프로펠러처럼 회전하는 것처럼 보입니다.
생물 학자들이 개발 한 모든 가설 중에서, Weismann의 기본 전제 - 성관계는 동물에게 변화하는 환경을 다루는 데 필요한 변형을 제공한다는 것은 여전히 최고의 경쟁자입니다. 그가 제안한 이후 세기에, 이론적 생물 학자들은 그것이 왜 작동하는지 설명 할 특정 메커니즘을 고안했다. 예를 들어, 성관계는 두 가지 중요한 적응을 통합 할 수 있습니다. 한 그룹의 동물은 예를 들어 특정 독소에 대한 고온에 대한 내성을 개발할 수 있습니다. 성관계가 없다면,이 두 기능은 한 종에서 함께 모일 것 같지 않을 것입니다.
Weismann의 제안의 변형으로 간주되는 Red Queen으로 알려진 가설에 따르면, 섹스는 병원체에 대한 영원한 무기 경쟁에서 동물을 도울 수 있습니다. 성적 재생산의 유전 적 셔플 링은 빠르게 변형되는 적들에 대한 방어를 빠르게 발전시키는 데 도움이 될 것입니다. (가설의 이름은 루이스 캐롤 (Lewis Carroll)의“유리를 통해”라는 구절에서 파생됩니다. 레드 퀸은 앨리스가 같은 장소에 머무르기 위해 최대한 빨리 달리라고 말합니다.)
1960 년대 유전 학자 Hermann Muller가 처음 제시 한 Muller 's Ratchet이라는 또 다른 이론은 성적 재생산이 유해한 실수의 게놈을 제거하는 데 도움이된다고 제안합니다. 무성한 유기체에서, 새로운 돌연변이는 각 세대에서 발생하며 다음에 전달되어 결국 종을 멸종시킨다. (이론적으로는 게놈이 오류가 발생하면 오류가 발생하기 때문에 래칫이라고합니다. 성관계 중에 발생하는 유전자 셔플 링은 먼지 천처럼 작용하여 불쾌한 돌연변이를 제거 할 수 있습니다.
.과학자들은 이러한 각 가설을 뒷받침하는 증거를 축적했습니다. 그러나 연구자들은 직접 테스트하기가 어렵다는 것을 알게되었습니다. Bdelloids는 보완적인 접근법을 제공합니다. 이탈리아 생태계 연구소 연구의 생물 학자 인 Diego Fontaneto는“성관계없이 어떻게 대처하는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.
뒤죽박죽 염색체
Bdelloids는 1696 년 이래 과학자들의 현미경 아래에서 분출 해 왔습니다. 그 당시에는 아무도 남성을 발견하지 못했습니다. (성적인 로티퍼 품종은 음경과 같은 기관과 정자와 함께 남성을 분명히 구별 할 수 있습니다.) 거의 200 년 동안이 호기심 많은 빈 공간에 대해 생물 학자들이 처음으로 동물에서 무성 생식을 연구하기 시작할 때까지 아무도 아무도 생각하지 않았습니다.
그런 오래 남성이 부재하는 것은 말하고 있지만, 무성에 대한 결정적인 증거는 아닙니다. 한때 성교없이 가고 있다고 생각 된 다른 유기체는 나중에 드문 상황에서 짝을 이루는 것으로 밝혀졌으며, 종종 스트레스에 의해 유발됩니다. Mark Welch는“많은 추정 무성한 사람들이 많았지 만 사람들이 더 자세히 보았을 때 비밀 섹스가 진행되는 것을 발견했습니다.”라고 Mark Welch는 말했습니다.
1980 년대 후반부터 하버드 대학교 (Harvard University)의 유명한 생물학자인 매튜 메셀슨 (Matthew Meselson)은 아마도 Bdelloid 게놈이 유기체의 무성성을 테스트하는 데 사용될 수 있다고 주장했다. 대부분의 동물은 각 유전자의 거의 동일한 2 개의 사본으로 만들어진 염색체를 가지고 있으며, 이는 감수 분열 동안 진행되는 페어링 및 혼합의 결과입니다. 무성한 동물에서는이 혼합이 일어나지 않을 것이며, 두 사본은 완고하게 뚜렷하게 뚜렷하게 남아 있어야합니다.
Meselson의 대학원생이었던 Meselson과 Mark Welch는 2000 년에 인간 게놈 프로젝트가 마무리되는 것처럼 Bdelloid 게놈 탐색의 첫 번째 결과를 발표했습니다. 그들은 bdelloids가 종종 두 개의 매우 다른 유전자 사본을 가지고 있음을 발견했습니다.
그러나 Bdelloid 게놈은 곧 더 흥미로운 비밀을 나타낼 것입니다. 동물은 종종 인간처럼 두 개의 유전자 사본이 아니라 4 개의 사본을 가지고있었습니다. 과학자들은 Bdelloids의 진화 역사의 어느 시점에서 전체 게놈 전체가 복제되어 생물에 추가 염색체 세트가 남아 있다고 의심하기 시작했습니다.
.이 염색체는 무엇을하고 있었습니까? 조사하기 위해 연구자들은 전체 게놈을 시퀀싱해야했습니다. (이전에는 단일 유전자 또는 염색체의 비트를 검사했습니다.) 2009 년, 벨기에에있는 Namur 대학의 생물학자인 Mark Welch와 Karine Van Doninck를 포함한 팀은 그 작업을 수행하기위한 보조금을 받았습니다. 그들이 찾은 것은 그들이 예상했던 것보다 더 흥미로웠다.
Bdelloid 게놈은 단순한 Bdelloid 유전자 이상으로 구성됩니다. 그것은 외국 DNA의 프랑켄슈타이니아 콜라주입니다. Bdelloid의 게놈의 거의 10 %가 동물 왕국 외부에서 전적으로 나옵니다. 곰팡이, 식물 및 박테리아는 모두 기여합니다. 이 비율은 다른 동물보다 훨씬 높습니다. 이와 관련하여, Bdelloids는 외계인 DNA를 수평 유전자 전달로 알려진 과정 인 게놈에 자주 포함하는 박테리아와 더 유사합니다.
.또한, Bdelloid 염색체는 뒤죽박죽입니다. 비트와 조각은 불일치 퍼즐처럼 움직였습니다. 아이오와 대학교의 진화 생물 학자 인 존 로그던 (John Logsdon) 은이 프로젝트에 관여하지 않은“고도로 재배치 된 염색체는 새롭고 예상치 못한 일이었다”고 말했다. "매우 이례적입니다."
자연은 때때로 염색체를 혼란스럽게하지만 성적으로 재생산하는 유기체의 주요 재배치는 운이 좋지 않은 개별 멸균을 만들어냅니다. 모체 상속 염색체가 A-B-C로 구성되면 A-C-B를 주문한 부계 상속 염색체와 짝을 이룰 수 없습니다. (노새와 같은 일부 하이브리드 종은 비슷한 이유로 멸균됩니다. 말 어머니와 당나귀 아버지의 염색체는 불일치합니다.)
완전한 게놈 서열은 Bdelloid 로티퍼가 무성하다는 가장 직접적인 증거를 제공했지만, 이러한 불일치 한 염색체 세트를 가진 유기체는 전통적인 감수 분열을 겪을 수 없다. Mark Welch는“수백만 년에 걸쳐 게놈은 많은 재배치를 겪었습니다. 더 이상 염색체가 쌍을 이룰 수 없습니다.”라고 Mark Welch는 말했습니다.
많은 양의 외계인 DNA를 게놈에 통합하고 자신의 DNA를 재 배열하는이 두 가지 눈에 띄는 특성은 Bdelloid가 무성한 동물을 괴롭히는 유전 적 다양성의 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 시퀀싱 프로젝트에 관여하지 않은 애리조나 대학교의 진화 유전학자인 빌 버키 (Bill Birky)는“무성 유기체가 성관계를 갖지 못하는 일부 단점을 극복 할 수있는 몇 가지 방법이있다”고 말했다. Bdelloids의 외래 DNA를 복용하는 능력은 잠재적으로 새로운 힘을 줄 수있어 예를 들어 독소를 분해 할 수 있습니다. 자신의 염색체를 복사하고 교체하면 때때로 유익한 돌연변이의 효과를 높이고 Muller의 래칫을 무시하고 유해한 돌연변이를 제거 할 수 있습니다.
실제로, Bdelloids는 기존의 성관계가 부족한 매우 성공적인 종류의 유기체 인 박테리아와 유사한 진화 전략을 채택한 것으로 보입니다. Bdelloid Genome Project에 참여한 University College London의 생물학자인 Jean-François Flot은“섹스의 진화론 적 중요성에 관한 연구자들은 종종 수백만 년 동안 성관계없이 잘 지내고 있다는 사실을 간과하는 경향이있었습니다.
또한 Bdelloids의 추가 염색체 쌍은 추가 유전 적 다양성을 생성 할 수 있습니다. 중복 된 염색체 쌍은 새로운 기능을 자유롭게 발전시키고 취할 수있는 새로운 유전자 물질의 저장소를 제공하여 Bdelloids가 미래의 변화하는 환경에 대처하는 데 도움이 될 수 있다고 Fontaneto는 말했다.
그러나 모든 사람이 Bdelloids가 전적으로 무성하다고 확신하는 것은 아닙니다. Logsdon은“나에게 증거는 무성성을 보여주는 관점에서 완전히 슬램 덩크는 아닙니다. "게놈에는 이상한 것들이 있지만, 추정 적 무성성이나 다른 것들의 결과와 직접 관련이 있습니까?" Bdelloids의 황폐 한 염색체가 감수 분열에 어떻게 짝을 이룰 수 있는지 상상하기는 어렵지만, 염색체가 쌍을 이루고 분리하는 매우 비정상적이거나 드문 과정을 가질 수 있다고 Logsdon은 말했다.
새로운 종류의 섹스
지금까지, Bdelloid 게놈의 데이터는 이들 생물이 무성한 수단을 통해 많은 유전 적 다양성을 생성함으로써 살아 남았음을 시사한다. 그러나 연구원들은 그것을 증명할 수 없었습니다. 그들은이 변화가 성관계를 모방하기에 충분하다는 것을 보여 주지도 않았다. "우리가 이론적 생물 학자에게 계속 묻는 질문으로 돌아갑니다. 얼마나 많은 성관계가 충분합니까?" 마크 웰치가 말했다. 다시 말해, 성적 생식의 이점을 모방하기 위해 유기체가 얼마나 많은 유전 적 스크램블링을해야합니까? 그 질문에 대답하기 위해, 과학자들은 다수의 bdelloids 간의 유전 적 변동성을 측정하고 그것을 성적으로 재생하는 집단과 비교해야합니다.
.과학자들은 섹스가 왜 중요한지에 대한 다양한 이론을 구별하기에 충분한 데이터가 없으며, 이러한 잠재적 메커니즘 중 다수가 Bdelloids의 긴 생존에 기여할 수 있습니다. Mark Welch는“이론적 생물 학자를 화나게하는 한 가지는 많은 [이론]이 사실이라고 제안하는 것입니다. "하지만 많은 이론이 옳을 수없는 특별한 생물학적 이유는 없습니다."
아마도 더 흥미로운 질문은 다른 많은 무성 종이 실패했을 때 Bdelloids가 어떻게 성공했는지입니다. Van Doninck는 이제 가뭄에서 살아남는 인상적인 능력이 장기적인 무성 존재의 열쇠인지 여부를 탐구하고 있습니다. Bdelloid가 마르면 게놈이 조각으로 산산이 부서져 동물이 재수 화되면 다시 함께 꿰매어 줄 수 있습니다. 이 놀라운 DNA 복구 기능을 통해 Bdelloids는 염색체를 스크램블하고 환경에 떠 다니는 외래 DNA를 가져 와서 이러한 단편을 재구성 할 때 게놈에 고정시킬 수 있습니다. 결과 :섹스가없는 일종의 과급 유전자 재조합. 연구원들은 방사선과 건조의 라운드에 bdelloids를 노출시키고 게놈이 어떻게 재 배열되는지 분석 하여이 아이디어를 테스트하고 있습니다.
초기 증거는 bdelloids가 또한 자신의 종의 다른 구성원들로부터 DNA를 동화시킬 수 있다는 힌트입니다. 전통적인 섹스와 비슷하기 때문에 특히 중요합니다. Van Doninck는“그들이 서로 유전 적 교환을한다면 어떤 종류의 성관계가있다”고 말했다. 이 과정에는 현재 정의 된 성적 생식의 필수 요소 인 감수 분열이 필요하지 않습니다. 그러나 Van Doninck의 관점에서 볼 때 정의를 넓힐 때가 될 수 있습니다. 아마도 성은 같은 종의 구성원들 사이의 유전 적 교환으로 단순히 정의 될 수 있습니다. Bdelloids는 규칙을 바꾸는 예외 일 수 있습니다.
