사람들이 새로운 종과 그룹의 기원과 다각화와 관련된 진화 적 사건을 고려할 때, 새로운 적응을 강조하는 경향이 있습니다. 즉, 새로운 유익한 특성을 유발하는 특정 유전자. 그러나 점점 더 많은 연구에 따르면 어떤 경우에는 결정 요인이 훨씬 더 근본적인 일이 될 수 있습니다. PLOS Biology 에 오늘 출판 된 논문에서 , Angiosperms 또는 꽃 피는 식물을 연구하는 한 쌍의 연구원들은 게놈 크기를 진화에서 제한적인 제약으로 지명했습니다.
난초와 튤립부터 잔디 및 밀에 이르기까지 모든 것을 포함하는 그룹 인 꽃 식물의 성공은 생물 학자들에게 오랜 퍼즐을 나타냅니다. (1879 년 유명한 식물 학자 조셉 달튼 후커에게 보내는 편지에서 찰스 다윈 (Charles Darwin)은이를“혐오스러운 미스터리”라고 불렀습니다.) 지상 식물은 처음으로 거의 50 억 년 전에 나타 났지만, 꽃이 피는 식물은 백만 년 동안 백악기부터 시작하여 지난 1 억 년 동안 만 발생했습니다. 그러나 일단 혈관 정지가 등장하면 구조적 및 기능적 다양성이 폭발적으로 폭발했습니다. 다른 주요 식물 그룹의 다각화 및 확산을 훨씬 능가하는 체육관 (침엽수 포함) 및 양치류.
오늘날 지구상의 대다수의 환경에서 번성 한 350,000 개의 개화 식물 종은 육지의 모든 식물의 90 %를 구성합니다. 다윈의 시대 이후로, 그 가증 한 미스터리에 대한 답을 추구하는 생물 학자들은 꽃 피는 식물이 어떻게 비교적 짧은 시간에이 수준의 지배력을 달성했는지 설명하려고 노력했습니다.
아마도 그 과학자들은 일반적으로 혈관 퍼트를 친척들과 차별화시키는 생리 학적 특성에 초점을 맞추었기 때문에 그 대답은 아마도 애매 모호했을 것입니다. PLOS 생물학 에서 그러나 논문은 샌프란시스코 주립 대학의 식물 생물 학자 인 케빈 시모닌 (Kevin Simonin)과 예일 대학 (Yale University)의 박사후 연구원 인 아담 로디 (Adam Roddy)는 그것이 실제로 중요한 개별 적응의 기초가되는 게놈 크기라고 주장한다.
.게놈 다운 사이징의 장점
종은 유기체의 복잡성과 관련하여 게놈 크기로 크게 분기됩니다. 종종 인용 된 예에서, 양파는 인간보다 5 배 많은 DNA를 가지고 있습니다. 새로운 연구에서 Simonin과 Roddy는 대규모 생물 다양성에 대한 게놈 크기의 변동성이 무엇을 의미하는지 보여주었습니다. 그것들은 수백 개의 혈관 퍼트, 고사리 및 체육관에 대한 게놈 크기, 세포 크기, 세포 밀도 및 광합성 속도에 대한 방대한 양의 데이터를 컴파일 한 다음, 응집력있는 진화론을 직조하기 위해 시간을 통해 그 특성들 사이의 상관 관계를 추적했습니다.
.Angiosperms의 출현은 식물의 계보가 전체 게놈을 복제하는 많은 사건으로 표시되었습니다. 이 과정은 추가 유전자 사본이 진화하고 새로운 기능을 수행 할 수 있기 때문에 더 큰 다양 화를위한 문을 열었습니다. 그러나 너무 많은 유전자 물질을 운반하는 것은 또한 생리 학적으로 과세 될 수 있기 때문에, 자연 선택은 일반적으로 불필요한 시퀀스를 적극적으로 가지 치기에 의해 이러한 복제 사건을 따랐다. 이“게놈 다운 사이징”은 종종 부모 종보다 DNA가 적은 꽃 피는 식물을 남겼습니다. 실제로, 꽃 피는 식물의 가계도를 따라 기초로 돌아 가면서, 연구원들은 최초의 혈관 확장에 작은 게놈이 있다고 판단했습니다. Simonin은“우리는 이것이 다양성에 기여했을뿐만 아니라 Angiosperms가 다른 식물 그룹을 발전시키는 대사 이점을 주었을 수도 있음을 알고 있습니다.
그와 Roddy는 Angiosperms의 작은 게놈이 시간이 지남에 따라 생리학에서 궁극적으로 생태 학적 역할로 흘러 들어가는 일련의 효과를 시작했다고 주장했습니다. DNA가 적 으면 꽃 피는 식물이 작은 세포에서 잎을 만들 수있게되었으며, 이로 인해 특정 세포 유형을 동일한 부피로 포장 할 수있었습니다. 따라서 그들은 공기에서 이산화탄소 섭취를 촉진하고 수증기의 방출을 용이하게하는 모공 인 Stomata의 밀도가 높을 수 있으며, 이들 모공을 열어두기에 충분한 물을 공급하기에 충분한 밀도의 정맥이 더 높을 수 있습니다. 그리고 꽃 피는 식물은 이러한 이점을 달성하기 위해 높은 밀도의 광합성 세포를 희생 할 필요가 없었습니다.
결과적으로, 꽃 피는 식물은 광합성을 통해 햇빛을 설탕으로 훨씬 더 효율적으로 바꿀 수 있습니다. 수화 및 가스 교환에 대한 우수한 용량의 상승은 백악기 기간 동안 대기 이산화탄소의 하락 수준과 일치하여 녹색 식물의 동료들에 대한 Angiosperms의 경쟁 우위에 더욱 기여했습니다. Simonin과 Roddy에 따르면, 계통 발생 학적 증거는 게놈 크기와 관련 생리 학적 특성의 변화가 함께 발생했음을 보여줍니다.
꽃이 만발한 게놈은 작게 비뚤어 지지만 다운 사이징은 그 강제로 만들지 않았습니다. 오히려, 그것은 식물에 이용 가능한 세포와 게놈 크기의 범위를 확장했습니다. Angiosperms는 영국의 왕실 식물원의 진화 생물 학자 인 Ilia Leitch는 가장 작은 게놈과 가장 큰 게놈 사이에 거의 2,400 배의 차이를 보인다고 말했다. 이에 비해 그녀는 고사리가 196 배의 차이와 체육관은 16 배를 가지고 있다고 덧붙였다. Roddy는“개화 식물의 더 큰 범위는“생리학을 환경에 더 잘 조정하고 다른 환경 조건에 걸쳐 더 다양한 서식지에 살 수 있음을 의미합니다.”라고 Roddy는 말했습니다. 적응성에 대한 더 큰 약속은 게놈 크기가 기후 변화와 같은 것에 대한 개화 식물의 반응에 기여할 수 있음을 의미합니다.
애리조나 대학교의 진화 생물 학자 인 마이클 바커 (Michael Barker)는“이는 개화 식물의 역동적 인 게놈을 더 역동적 인 게놈을 가질 수있는 능력이 혈관 퍼트를 징계를 넘어서서 체조 및 고사리와 같은 다른 계보가 제약을받는 경계를 넘어서는 진화론 적 유연성과 능력을 갖춘 장소에 놓았다는 것을 시사한다. 지난주 한 종류의 Angiosperm에 발표 된 연구에 따르면, 작은 게놈이 제공하는 환경 반응의 가소성은 식물이 침습적인지 여부를 결정할 수 있습니다.
Simonin, Roddy 및 다른 사람들은 게놈 크기가 생리 학적 및 진화론 적 성공에 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 많이 놀리기를 희망합니다. 게놈 다운 사이징 중에 종의 DNA의 일부가 잃어버린 부분, 혈관이 게놈을 최소화하는 동안 다른 식물 종이 그렇지 않은 이유, 다른 요인에 반대하는 진보에 직접적으로 기인 할 수있는 이유는 무엇입니까? 시드니 대학의 식물 생물학자인 피터 프랭스 (Peter Franks)는 과학자 들이이 메커니즘을 더 잘 이해하면 더 생산적인 작물을 엔지니어링 할 수 있다고 말했다.
복잡한 뇌를위한 작은 세포?
그러나 Angiosperm 발견에서 가장 흥미로운 점은 Roddy가 하나 이상의 생명계에서 관련 될 수있는“기본 생물 물리학 적 원리”라고 부르는 것을 지적한다는 것입니다. 결국, 세포 크기에 영향을 미치는 게놈 크기는 식물만의 제약 조건이 아닙니다.
예를 들어, 대부분의 조류 종은 상대적으로 작은 게놈을 가지고 있으며, 이는 전반적인 성공과 관련이 있습니다. 비행에 대한 에너지를 생성하는 데 필요한 높은 대사 속도는 산소를보다 효율적으로 전달할 수있는 작은 혈액 세포에 의해 촉진되며, 이는 포유류와 달리 핵 세포를 가진 작은 혈액 세포도 조상 게놈의 하향 조정을 통해 가능해졌습니다. 캐나다 구 엘프 대학의 진화 생물 학자 인 T. Ryan Gregory에 따르면, 벌새는 모든 새의 가장 작은 게놈을 가지고 있으며 Flightless Birds가 가장 큰 이유입니다. 계통 발생 학적 증거가 작은 게놈으로 나타나는 혈관 확장증이 계속 작아지는 것처럼, 그레고리는 조류를 일으킨 것으로 여겨지는 공룡의 가지에서 게놈 크기의 감소에 대한 화석 증거를 발견 한 후, 나중에 종이 비행 능력에 더 많은 투자를했을 때 계속되었습니다.
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그레고리는 현재 뇌의 복잡성에 대한 게놈 크기의 효과를 연구하고있다. 작은 게놈은 작은 뉴런으로 번역되어 뇌가 더 많은 세포와 연결에 맞게 할 수 있다고 그는 말했다. 이 매개 변수는 시간이 지남에 따라 척추 동물에서보다 복잡한 뇌의 발달에 중요한 역할을했을 수 있습니다. 그리고 정말 복잡한 뇌, 즉 포유류와 조류를 가진 유기체에서도“작은 게놈, 특히 적혈구 크기로 이어진 다른 제약 조건은 뇌 복잡성을 증가시키는 단계를 설정할 수있었습니다.”라고 Gregory는 말했습니다.
