세포 내 유전 적 투쟁은 새로운 종을 만들 수 있습니다

알아 내기 위해, 그와 그의 동료들은 해안을 따라 샘플링 된 인구의 copepods를 자랐습니다. 그들은 단순히 같은 인구로부터의 copepods를 번식시키는 것이 아닙니다. 그들은 또한 다른 그룹의 남성과 여성을 모았습니다. 이 하이브리드 자손의 1 세대 (F1)는 실험실이 1980 년대 후반에 이러한 실험을 시작했을 때 정상적이고 건강하게 보였습니다. 그러나 Burton이 F1 세대를 자체로 자랐을 때 문제가 나타났습니다.

그 2 세대 인 F2는 젊은이가 적었고 비 하이브리드뿐만 아니라 환경 스트레스에서도 살아남지 못했습니다. 이러한 결과는 지리적으로 분리 된 코퍼 드 인구 사이의 교배가 기술적으로 가능했지만, 진화 카드는 야생에서 하이브리드 자손의 장기 생존에 대해 쌓였다는 것을 의미했습니다.

연구원들은 2 세대가 왜 그렇게 가난한 지 알고 싶어했습니다. 버튼의 경우 미토콘드리아 문제만이 이러한 어려움을 설명 할 수 있습니다. 그의 이전 작품은 t의 핵 게놈뿐만 아니라 그 결과를 보여 주었다. 캘리포니아 집단마다 다르며 미토콘드리아 게놈도 다양했습니다. 적절한 미토콘드리아 기능은 두 게놈에 의한 단백질의 상호 작용이 필요했기 때문에, Burton은 미토콘드리아와 핵 DNA 사이의 불일치가 F2의 문제의 중심에 앉아 있다고 가정했다.

Burton은“미토콘드리아 기능에 대해 생각하는 사람들은 진화론 적 생물 학자가 아니었고, 진화 생물 학자들은 미토콘드리아에 대해 생각하지 않았으므로 아무도이 두 가지 아이디어를 모으는 사람은 없었습니다. 그의 copepods와 그의 추측은 자연 선택의 세력이 어떻게 인생의 중심 과정 중 하나에서 행동 할 수 있는지를 보여 주었다.

자연 선택에 의한 진화는 게놈의 돌연변이에 달려있다. DNA가 돌로 쓸 때 자연 선택은 행동 할 변형이 없습니다. 1960 년대 미토콘드리아 게놈이 발견 된 지 얼마되지 않아, 과학자들은이 DNA에 의해 암호화 된 유전자가 세포 기능의 중심이되어 자연 선택에 의해 추가 형성에 저항해야한다고 가정했다. 자연의 힘은 실험 할 여지가 없었습니다. 또는 이론은 갔다.

버튼은“나는 항상 이것이 나쁜 생각이라고 생각했다. 대신, 미토콘드리아 DNA가 연구자들이 생각한 것보다 훨씬 더 변화가 있다는 증거가 나타납니다. 미토콘드리아 DNA에는 DNA를 검사하고 오류를 복구 할 수있는 능력이 없기 때문에 동물에서는 핵 대응 물보다 평균 10 배나 자주 돌연변이됩니다. (그 차이는 상당히 다릅니다. copepods에서 미토콘드리아 DNA는 50 배나 자주 돌연변이됩니다.) 그 돌연변이는 아무 의미가 없습니다. 미토콘드리아에서 작용하는 보수적 인 진화력은 너무 강해서 DNA 서열의 잘못된 변화가 문제를 일으킬 수 있습니다. 미토콘드리아의 결함으로 인한 미토콘드리아 질환의 심각성을 목격하며, 인간은 발작, 뇌졸중, 발달 지연 또는 사망을 유발할 수 있습니다.

진화론 생물 학자들 에게이 높은 돌연변이 비율은 흥미로운 질문을 제기했다. 핵 게놈은이 미토콘드리아 변동성과 파트너십의 파괴에 어떻게 반응합니까? 더욱이, 유기체는 핵 게놈과 같은 두 부모가 아니라 어머니 로부터만 미토콘드리아 DNA를 물려받습니다. 이 상이한 상속 패턴의 유전 패턴은 미토콘드리아 유전자에게 핵 DNA와 다른 진화 의제를 제공한다.

Uppsala University의 진화 유전 학자이자 연구원 인 Elina Immonen은“한 게놈에 좋은 것은 다른 게놈에 좋지 않을 수 있습니다. “남성과 여성도 진화론 적 관심사가 다를 수 있습니다.”

미토콘드리아 및 핵 게놈에 대한 진화력의 불일치는 Burton의 F2 copepods에서 볼 수있었습니다. 그는 세포에서 미토콘드리아를 추출하고 ATP 형태로 미토콘드리아의 에너지 출력을 측정했습니다. F2 하이브리드는 비 하이브리드 대응 물보다 ATP가 상당히 적으며, 미토콘드리아 기능 장애의 명확한 표시.

연구원들이 최초의 모성 인구의 여성과 F2 남성을 자란 모방 핵 갈등의 확인이 일어났다. 이“백 크로스”는 다시 올바른 핵 유전자를 역사적으로 올바른 미토콘드리아 유전자와 짝을 이루었고, 그 결과 F3 세대를 구출했습니다. 그 자손은 짧은 생명을 겪지 않았으며 F2 아버지의 생식력을 줄이지 않았습니다. (미토콘드리아는 어머니 에게서만 물려 받기 때문에, 부계 역 크로스는 유익한 효과가 없었습니다.)

이 실험은 야생 동물에서 미토 핵 갈등의 중요성에 대한 첫 번째 증거 중 일부를 확립했습니다. 과일 파리의 다른 작품 Drosophila melanogaster 미토 핵 갈등에 대한 또 다른 측면을 밝혀냈다. 호주의 모나쉬 대학교 (Monash University)의 Jonci Wolff와 동료들은 남성 파리를 조사하기 위해 많은 수의 DNA 돌연변이를 생성 한 다음, 이들 파리를 동일한 핵 게놈이지만 6 개의 다른 미토콘드리아 게놈 중 하나 인 암컷과 결합했습니다. 연구원들이 Biorxiv에 4 월에 발표 된 논문에 설명 된 바와 같이, 부화 한 각 여성의 계란의 비율은 미토콘드리아 게놈에 따라 다양했습니다.

이 결과는 미토콘드리아 게놈이 일반적으로 DNA 복구 경로에서 중요한 역할을한다는 것을 보여 주지만, 미토콘드리아 DNA의 돌연변이는 그것이 핵 DNA와 얼마나 잘 상호 작용하는지에 영향을 줄 수 있음을 보여 주었다. Wolff는“게놈의 작은 크기와 미토콘드리아가 얼마나 중요한지 사이에는 큰 대비가 있습니다.

이 연구들 중 어느 것도이 힘이 유기체 그룹을 두 개의 개별 종으로 나눌 수 있음을 보여주기에 충분하지 않았습니다. 그 증거는 호주 동부 해안을 따라 놓여 있습니다.

인구 사이의 미토 핵 웨지

끝없는 푸른 태평양을 향한 긴 여행 후 하루의 첫 번째 태양 광선이 호주를 때렸을 때, 동부 노란색 로빈의 은빛 껍질은 열정으로 그들을 맞이합니다. 미국 로빈이 미국에있는 것처럼, 동부 노란색은 멜버른에서 브리즈번까지의 일반적인 뒷마당 새이며, 밝은 노란색 배가 푸른 회색 머리와 뒤에 색상의 플래시를 제공합니다. 약 2 백만 년 전, 일반적인 뒤뜰 새는 빅토리아와 뉴 사우스 웨일즈의 더 온화한 기후에 사는 남부 그룹과 더 열대 퀸즐랜드에 사는 북부 그룹으로 나누기 시작했습니다. 그들의 영토의 크기는 대부분 북부와 남부 로빈을 분리시킵니다.

진화론 생물 학자 Hernán Morales가 Monash의 대학원생이었을 때, 그는 Eastern Yellow Robin의 DNA를 시퀀싱했습니다. 그의 시퀀싱은 약 270,000 년 전에 춥고 습한 해안을 따라 새들이 더 뜨겁고 건조한 내륙의 새들로부터 발산하기 시작했음을 보여 주었다. Morales는 해안 및 내륙 그룹이 미토콘드리아 게놈이 다르고, 에너지 생성 전자 수송 체인에서 단백질에 대한 소수의 변화를 포함하여 핵 게놈의 작은 부분이 다르다는 것을 발견했습니다. 그는 해안과 내륙 로빈을 강요하는 잠재적 인 웨지로서 미토콘드리아와 핵 게놈 사이의 상호 작용에 대해 궁금해졌습니다.

Vanderbilt University의 유전 학자 인 Maulik Patel은“이것은 미토 핵 공동 진화의 아주 좋은 예이며,이 지리적 분포를 갖는 미토콘드리아 기능이있는 핵 유전자가 있는지 묻는 완벽한 시스템입니다. "이것을 찾으려면 미토콘드리아와 핵 유전자 사이에 공동 진화를 제안 할 것입니다."

Morales와 동료들은 해안 조류와 내륙 조류 사이에 다른 565 개의 유전자 마커를 확인했습니다. 이러한 차이 중 다수는 미토콘드리아 유전자와 상호 작용하는 핵 유전자를 암호화하는 염색체 영역에서 클러스터링된다. 자연 선택은이 유전자 주위에 가변성을 제거했으며, 이는 해안 및 내륙 조류가 호환 가능한 핵 및 미토콘드리아 유전자의 좁은 조합에 부딪쳤다는 것을 시사했습니다. 이 조합은 매우 구체적이기 때문에 잘못된 조합이있는 하이브리드가 선택 될 수 있으며, 이는 해안 및 내륙의 로빈스 개체군을 크게 분리시킬 수 있습니다. 이 해안 및 내륙 조류라고 부르기 위해 다른 종은 손이 닿지 만, 지역 조건에 적응하고 서로 구별되는 것처럼 보입니다. (현재 스웨덴의 예테보리 대학교에있는 Morales와 그의 동료들은 6 월에 Biorxiv에 대한이 작품에 대한 설명을 발표했습니다.이 논문은 과학 저널과 검토되고 있기 때문에 Morales는 Quanta 과 대화 할 수 없었습니다. 그의 작품에 대해.)

브리티시 컬럼비아 대학의 진화 생물 학자 인 대런 어윈 (Darren Irwin)은“미토콘드리아와 핵 게놈은 하이브리드를 선택하고 새로운 종에 필요한 생식 분리를 만들 수있는 다른 경로를 내려 가고있다.

Auburn의 Geoffrey Hill에게 Morales의 연구는 Mitonuclear 공동 조정의 주요 진화력으로서의 중요성을 지적합니다. auk 의 4 월 기사에서 , 힐은 그가 미토 핵 종 개념이라고 부르는 것을 설명했다.

“이것은 다른 아이디어에 대한 부수적이지 않습니다. 이것은 당신이 얻는 것만 큼 중심입니다.”힐이 말했다

Burton은 미토 핵 갈등과 공동 점점이 강력한 진화력, 심지어 새로운 종의 형성을 돕는 강력한 진화력이 될 수 있다는 생각을 주장하지 않습니다. 그러나 그는 미토 핵 갈등만으로 새로운 종을 만들 수 있다는 아이디어를 뒷받침하기에 충분한 증거가 없다고 경고했다. 연구원들은 충분한 시스템을 연구하고 충분한 시퀀싱 및 기타 실험을 수행하지 않았다.

Immonen은 그 견해에 동의했다. 그녀는“배심원은 여전히 ​​이것에 대해 나가고있다”고 말했다.

아이디어가 유지되고 Burton과 Patel이 모두 중요성을 믿는다면 종의 진화 방식에 대한 기본적인 새로운 통찰력을 제공 할 것입니다. Patel은“과학자들은 미토콘드리아가 얼마나 중요한지 알고있다”고 Patel은“그러나이 작품은 진화에서 그 중요성을 보여줄 것입니다.”