2 월, 자연 생태학 및 진화에 실린 유전체학 연구 최남단 대륙 해안의 잔인한 차가운 물에서 수영하는 기괴한 남극 검은 색 아이스 피쉬에주의를 기울였습니다. Channichthyidae 가족의 얼음 피쉬는 여러 가지 방법으로 드문 일입니다. 예를 들어 비늘이없고 투명한 뼈가 있습니다. 그러나 가장 눈에 띄는 것은 소위 백혈구이며 척추 동물 중에서 독특합니다. 이 물고기는 산소를 운반하기 위해 적혈구 나 헤모글로빈 안료가없는 것으로 알려진 유일한 물고기입니다. 산소는 단순히 물고기의 확대 된 아가미와 부드러운 피부를 통해 냉수에서 순환 혈장으로 확산됩니다.
연구자들은 하나의 빙시 종의 게놈을 살펴보면서 생존 할 수있는 진화 적 적응을 들여다 볼 수있었습니다. 일부는 반세와 같은 작용하는 혈액 단백질을 만들기위한 여분의 유전자의 존재와 같이 남극 해수에 고유 한 적혈구 물고기에 일반적이었습니다. 일부는 혈액의 고도로 반응성이없는 산소로부터 조직을 보호하는 효소의 부스트와 같은 빙시의 적혈구 부족에 더 독특했습니다.
.빙시가 보일 수 있듯이 홀수 척추 동물들 사이에서 독특하게 만드는 것은 동물의 다른 왕국의 표준입니다. 대부분의 무척추 동물은 헤모글로빈을위한 유전자를 가지고 있지만, 일반적으로 혈액 버전에 다른 금속 단백질 안료를 사용합니다. 곤충, 갑각류 및 기타 절지 동물은 푸르스름한 구리 기반 안료 인 헤모카네닌을 사용합니다. 조개에서 오징어와 문어에 이르기까지 Mollusks는 헤모카네닌을 사용하지만 독립적으로 버전을 발명 한 것으로 보입니다. 일부 벌레는 자랑스러운 hemerythrin을 사용합니다. 다른 사람들은 녹색 클로로 크루오린을 사용합니다. 일부는 안료의 조합을 사용합니다.
너무 많은 종류의 혈액이 존재한다는 것은 당황스러워 보일 수 있으며, 무척추 동물이 격렬하게 실험했지만 척추 동물은 빙시를 제외하고 척추 동물이 적혈구와 헤모글로빈으로 보편적으로 충성을 유지했습니다. 설명은 생명의 역사에 깊이 굳어지고 가장 빠른 세포로 돌아갑니다.
산소에 대한 친화력
펜실베니아 주립 대학의 생화학 및 분자 생물학 교수 인 로스 하디슨 (Ross Hardison)은 생명의 시작부터 분자 사이의 전자를 움직일 필요가 있다고 설명했다. 이들 산화 환원 (산화-감소) 반응에 대한 대조군으로서, 세포는 포르피린이라고 불리는 고리 형 분자를 배치했다. 이 포르피린은 철이나 구리와 같은 금속 원자를 가졌을 때 산소에 대한 사나운 친화력이있었습니다. Hardison은“포르피린 고리에 철분이 있으면 생물권 전체에 사용됩니다. 그는 그것이“결국 세포에 포함 된 가장 초기 분자 중 하나일지도 모른다”고 추측했다.
.헤모글로빈은 각각 헴을 들고있는 4 개의 상호 연결된 글로빈 단백질 중에서 발생했으며, 빠르게 어디에나있게되었다. 미국 자연사 박물관의 무척추 동물 생물학 부서의 큐레이터 인 마크 시드달 (Mark Siddall)은“헤모글로빈은 동물의 기원을 사전하고 심지어 동물과 식물의 공통 조상을 사전조차도했다”고 말했다.
호흡하는 동물이 두께가 몇 개 밖에되지 않았을 때, 그들은 산소에 대한 그들의 요구를 충족시키기 위해 확산을 의지 할 수 있습니다. 그러나 단순한 확산이 조직을 계속 산소화하기 위해 너무 부피가 커 졌을 때, 헤모글로빈은 그 일을 위해 독창적으로 준비되었습니다.
.헤모글로빈의 성공 비밀은 협력적인 결합입니다. 안료가 결합하는 모든 산소 분자와 함께, 4 개의 공석이 모두 채워질 때까지 다음과 더 쉽게 결합 할 수 있습니다. 이로 인해 헤모글로빈은 (야외 및 폐에서) 풍부한 산소를 수집 한 다음 산소 기생 조직에서 다시 점차적으로 방출하는 데 매우 효율적입니다.
.척추 동물은 일반적으로 미세하게 조정 된 용도를 갖는 여러 변이체 글로빈 단백질에 대한 유전자를 운반합니다. 예를 들어, 태아 포유류는 산소에 대한 친화력으로 혈액에 특별한 헤모글로빈을 가지고있어 태반의 모체 혈액 공급에서 산소를 끌어내는 데 도움이됩니다. 우리의 골격근은 단일 글로빈 단백질 조상 인 미오글로빈을 헤모글로빈으로 만들어 운동 중에 사용할 산소를 예비하는 데 도움이됩니다.
그러나 헤모글로빈만큼 우수하지만 모든 상황에서 산소를 운반하기에 이상적인 분자는 아닙니다. 무척추 동물들 사이에 널리 사용되는 헤모 마시아 인을 고려하십시오. 헤모시시아닌은 산소를 잡을 때 헤모글로빈보다 덜 효율적입니다. 왜냐하면 다른 헤모글로빈 대안과 마찬가지로 일반적으로 공동으로 결합하지 않기 때문입니다. 그러나 공동 결합의 단점은 산소가 공급이 부족할 때 헤모글로빈이 악화된다는 것입니다. 헤모글로빈의 효과도 온도에 따라 떨어집니다. 결과적으로, 차가운 바다 바닥 또는 근처에 사는 문어와 게와 같은 생물의 경우, 헤모카니 시아닌은 더 실용적인 선택 일 수 있습니다.
곤충의 경우 다릅니다. 혈액과 동등한 것은 혈액 림프이며, 대부분의 양의 헤모카네닌을 함유 한 대부분의 투명한 유체입니다. 그러나 그들은 일반적으로 산소를 운반하기 위해이 혈구에 의존하지 않습니다. 대부분의 곤충은 조직을 퍼 뜨리고 외골격의 개구부를 통해 공기에 연결하는“기관 튜브”네트워크를 통해 호흡합니다. 곤충의 "개방 된"순환계에는 혈구를 지시하는 모세관과 같은 혈관이 없습니다. 대신, hemolymph는 신체 공동을 통해 슬로스어를 통해 용해 된 영양소를 분배하는 데 도움이됩니다. 헤모카네닌은 곤충이 나중에 사용하기 위해 산소를 저장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Annelids (세그먼트 된 벌레), 거머리 및 기타 웜에서 발견되는 혈액 안료 인 Hemerythrin은 전혀 헴이 없기 때문에기만적인 이름을 가지고 있습니다. 그러나, 헤모글로빈과 마찬가지로, 그것은 초기 박테리아가 산화 환원 반응을 제어하는 데 사용한 고대 단백질 패밀리에서 내려온 철 기반 색소입니다. Hemerythin은 헤모글로빈의 산소 용량의 약 1/4을 가지고 있지만, 이것은 벌레를 적절하게 제공하는 것으로 보입니다. 안료는 또한 일부 면역 학적 기능을 갖는 것 같습니다.
독성 트리플 위협
대체 혈액 안료가 일반적으로 산소를 잡을 때 헤모글로빈보다 두 번째가 좋지 않더라도 단순성 측면에서 이점이 있습니다. 일반적으로 적혈구와 같은 것이 필요하지 않습니다. 오징어, 랍스터 및 다른 푸른 혈관 동물, 예를 들어, 헤모카닌은 혈장에 직접 용해됩니다. 이 접근법은 헤모카닌, 헤 메리 트린 및 다른 안료가 산소 결합 금속 원자를 캐주얼 상호 작용으로부터 멀리 떨어 뜨려 유지하는 크고 자주 중합 된 분자이기 때문에 작동합니다. 반대로, 헤모글로빈은 작고 적극적으로 반응성이 높은 헴이 쉽게 노출되어 매우 독성이 높아서 간단하게 우리의 간은 단백질, haptoglobin을 만들어 혈액에서 부러진 혈액 세포에서 길 잃은 헤모글로빈을 청소합니다.
.독성의 관점에서 볼 때, 헤모글로빈은 트리플 위협이라고 미국 적십자사를위한 생의학 서비스의 최고 의료 책임자 인 Pampee Young은 설명했다. Heme은 산소보다 산화 질소에 대한 친화력이 훨씬 높으며, 신체는 산화 질소를 신호 전달 분자로 사용하여 혈압을 제어합니다. 따라서 과도한 유리 헤모글로빈은 산화 질소의 혈액을 빼앗아 혈관을 수축 시키며 잠재적으로 고혈압을 유발하고 장기로의 혈류를 감소시킵니다. 문제를 해결하는 것은 혈장에 보호되지 않은 경우 헤모글로빈이 성분 글로빈 서브 유닛으로 분해된다는 것입니다. 벌거 벗은 헴 분자는 조직의 지질 막 및 다른 구조를 무작위로 공격하여 손상시킨다. 그리고 쿠데타로서 , 분리 된 글로빈 단백질은 신장의 여과 시스템을 막아서 폐쇄 할 수 있습니다.
적혈구 (적혈구)에 헤모글로빈을 포장하면 독성 문제가 포함됩니다. 또한 혈관 내부에 헤모글로빈을 유지함으로써 산소의 분포를 더 효율적으로 만듭니다. 분자는 너무 작아서 일부는 조직으로 누출되어 순환에서 떨어질 것입니다.
.진화를 정당화하는 위험
인간 적혈구는 특히 산소 분포 작업에 대해 최적화됩니다. 그것들은 작고 유연하며 바이심 디스크와 같은 형태로 좁은 모세관을 뚫고 큰 부피 대 표면 영역 배급을 제공하여 많은 헤모글로빈과 산소를 수용 할 수 있습니다. 더욱이, 인간 적혈구는 그들의 삶의 균형에 필요한 모든 단백질을 비축 한 후 핵과 다른 소기관을 배출함으로써 대부분의 종의 것보다 한 걸음 더 나아가고있다. 그러나 세포는 그 간소화에 대한 페널티를 지불합니다. 모세관을 통한 밀기의 마모를 복구하는 능력이 제한되어 있기 때문에 순환하는 인간 적혈구는 약 120 일에 불과합니다.
.적혈구가 죽을 때, 신체는 헤모글로빈을 녹색 안료 Biliverdin을 포함하여 다소 적은 독성 화합물로 전환시킨다. (치유 멍의 녹색은 Biliverdin에서 나온 것입니다.) 인간의 원인에 너무 많은 Biliverdin이 황달을 유발하지만 Biliverdin은 일반적으로 산소를 운반하지 않더라도 특정 곤충과 물고기의 혈액에 존재합니다. 작년에, 루이지애나 주립 대학교의 Herpetologists Christopher Austin과 Zachary Rodriguez와 미국 자연사 박물관의 무척추 동물 동물학 부서의 기생충 연구원 인 수잔 퍼킨스 (Susan Perkins)는 뉴기니 박물관의 비동기 동물학 부서의 부서 연구원 인 뉴기니의 특정 스킨에 대한 유전자 분석에 대해보고하여 녹색의 hemoglobin 's Red. Perkins는“그들은 인간을 죽이는 데 필요한 Biliverdin의 50 배와 같은 것을 가지고 있습니다. 불행히도 그 이론에 대해, 예비 증거는 그 사실이 사실이 아니라고 말하면서, Perkins는 왜 진화 가이 소그룹에서 특성을 너무 좋아하는지 신비하게 만든다고 말했다.
.스킨의 녹색 혈액은 자연의 다양한 혈액 안료를 순전히 적응적인 것으로 정당화하려는 위험을 보여줍니다. 많은 진화는 역사적 우발 사태에 달려 있습니다. 가장 초기의 유기체에는 많은 산소 제어 안료가 처분 할 때있었습니다. 그러나 일단 유기체의 혈통이 특정 직업에 특정 일자리를 사용하기 위해 최선을 다하면 해당 선택을 크게 수정하는 것이 불가능하지는 않더라도 어려웠을 수 있습니다. 척추 동물이 무척추 동물보다 혈액 안료에서 다양성이 적은 이유는 단순히 무척추 동물이 전체적으로 훨씬 더 다양한 유기체 그룹이기 때문입니다 (모든 척추 동물은 단일 phylum, chordata에 속하고, 무척추 동물은 30 이상)
입니다.빙시의 특이한 피 가이 일반화와 모순되지 않습니다. 실제로 확인합니다. 생물 학자들이 1950 년대에 빙시가 맑은 혈액을 가지고 있음을 발견했을 때, 처음에는 그것이 추위에 대한 적응이라고 가정했습니다. 그러나 후속 연구는 빙파리의 헤모글로빈 유전자 상실을 더 운이 좋은 사고로 지적했다. 대부분의 환경에서 그 돌연변이는 치명적 일 것입니다. 그러나 냉담한 남극 해수는 따뜻한 물보다 더 많은 용해 된 산소를 보유하고 있기 때문에, 빙시의 조상들은 아마도 감기에 번영하는 데 도움이되는 약간의 적응이 있었기 때문에 물고기는 살아 남았습니다. 루이 파스퇴르 (Louis Pasteur)가 말했듯이, 그 기회는 준비된 마음을 선호하지만 잘 준비된 게놈을 갖는 것은 아프지 않습니다.
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