짝짓기 게임을하는 것은 위험합니다. 유기체는 잘못된 선택으로 바로 스 와이프하면 미래 세대를 평생 나쁜 유전자에게 파멸시킬 수있는 실존 위험에 대처해야합니다. 또한 더 즉각적인 짐과 위험으로 경쟁해야합니다. 참가자는 잠재적 인 파트너를 추구하기 위해 에너지를 구애하고 에너지를 소환하기 위해 자원을 모아야합니다. 사랑스러운 활동에 종사하는 동물들도 포식자를위한 쉬운 목표를 만듭니다.
그렇다면 시간이 좋으면 둥근 벌인 caenorhabditis elegans 이 작은 놀라움 프로세스를 귀찮게하지 않습니다. 대부분의 hermaphroditic 종 (몇몇 수컷이 다양성을 위해 던져짐)으로서, a c. 엘레 간스 벌레는 일반적으로 정자 무시가 늦게 고갈 될 때까지 계란을 자체 수정합니다. 그래야만 페로몬을 생산하여 남성을 끌어 들이고 생식 게임에 머물러 있습니다. 그러나 환경 조건이 스트레스를 받으면 벌레는 성적으로 더 빨리 매력적입니다. 그들에게 섹스는 우박 메리 패스와 동등합니다. 자손이 유 전적으로 다양하다면 일부는 새롭고 거친 조건에서 더 잘 지낼 것입니다.
.과학자들은이 스트레스로 인한 변화가 순전히 도망 치고 있다고 생각했습니다. 그러나 최근 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 과학자들이 모금했을 때. 엘레 간스 그들은 10 세대 이상 동안 너무 따뜻한 조건에서 웜이 시원한 주변 환경으로 옮겨진 후 몇 세대에 걸쳐 성적으로 매력적이라는 것을 발견했습니다. 상속이 유기체에서 유전자의 간단한 설명으로 항상 감소하지 않는 방법을 강조하는 관찰이며, 일부 유기체의 진화를 형성하는 전통적인 자연 선택과 함께 작동하는 메커니즘을 가리킬 수 있습니다.
.발달 세포의 새로운 논문 이 특성의 원인은 벌레의 DNA에 대한 유전 적 변화가 아니라 DNA가 사용되는 방식에 영향을 미치는 유전적인 "후성 유전 학적"변화였습니다. 연구원 - 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 생물학자인 ODED Rechavi, 첫 번째 저자 Itai Toker (현재 Columbia University의 박사후 연구원)와 동료들은 페로몬 생산을 위해 세대를 통과 할 수있는 작은 RNA 분자를 확인했습니다. 사실상,이 유전 적 RNA 분자는 스트레스가 많은 시간에 벌레가 진화 할 확률을 향상시킵니다.
“후성 유전학에는 이중 기능이 있습니다. 상속 시스템이지만 응답 시스템이기도합니다. 당신은 돌연변이를 기다리는 것이 아니라 당신의 유전자를 표현하는 방식을 바꾸어 환경에 반응합니다.”라고이 연구에 참여하지 않은 텔 아비브 대학교의 유전 학자이자 과학 철학자 인 Eva Jablonka는 말했습니다.
.지난 세기 동안의 진화에 대한 우세한 견해는 인구와 종의 적합성을 개선시키는 유리한 새로운 특성이 DNA 돌연변이로 시작되어야한다는 것이었다. 그러나 콜로라도 주립 대학의 RNA 생물 학자 타이 몽고메리 (Tai Montgomery) 에게이 새로운 연구는 단기 후성 유전 상속의 잠재력에 대한 귀중한 단서를 제공합니다.
"이것은 인구 내 DNA 서열의 변화를 통해 실제로 진화로 이어지는 정보의 후성 유전 적 상속의 가능성을 지적하는 무두질 연구입니다."
.마우스 테일 교리를 깨기
후성 유전학의 개념은 1880 년대에 처음으로 탐구되었으며, 독일 프라이 부르크에서 마우스가 될 때 특히 나쁜시기입니다.
생물 학자 August Weismann은 유전없는 특성을 구분할 수없는 특성과 분리하려는 시도에서 수백 마리의 마우스의 꼬리를 절단 한 다음 생쥐가 새로운 도발 상태를 자손에게 전달할 것인지 확인하도록했습니다. Weismann은 5 세대의 생쥐와 상당한 상당한 핑크색 꼬리를 겪은 후에는 꼬리 절단이 꼬리가없는 자손을 초래할 수 없다고 결론 지었다. 그는 1888 년 에세이 책에서 이러한“획득 한 특성”은 정자와 계란에 영향을 미치지 않았기 때문에 상속되지 않았다고 썼다. 후속 생물 학자들에게 Weismann 장벽은 환경 때문에 발생하는 특성을 전달할 수 없음을 의미했습니다.
영국 생물학자인 콘래드 와드 딩턴 (Conrad Waddington)이 과일 파리를 실험했을 때 1940 년대 에이 교리의 균열이 나타나기 시작했다. 과학자들은 파리 번데기를 열의 맥박에 싣는 것이 날개에 특징적인 가로 (또는“십자”) 정맥이 부족한 성인으로 성숙해 졌다는 것을 알고있었습니다. 그러나 Waddington이 "Crossveinless"과일 파리의 자손에서 열처리를 반복했을 때, 그는 온도 충격 없이도 십자 정맥이 부족하기 시작한 것을 알았습니다. Weismann의 생쥐와는 달리, 그들은 획득 한 특성을 물려 받았습니다.
Waddington은 과일 파리의 DNA를 바꾸지 않았습니다. 대신, 그는 다른 것을 바꾸었다.“유전자와 환경과의 상호 작용은 표현형을 존재로 가져 오는 것”을 바꿨다. 그는이 후성 유전학을 유전학 위에 올리거나 오버로 운영했기 때문에이 후성 유전학을 불렀습니다.
DNA 서열이 생명의 책의 단어라면, 후성 유전학은 문장 부호이며“먹자, 할머니!”의 차이를 표시합니다. 그리고“할머니를 먹자!” 세포의 단백질 번역 기계에 어디에서 일할 위치와 활성이 있는지 알리면, 후성 유전 학적 신호는 기존 유전자 신호 외에 또는 이러한 유전자 명령의 표현으로 작동 할 수 있습니다. 이 조절 층은 게놈 (거의 변하지 않는)과 환경 (항상 유동적 인) 사이의 인터페이스를 제공한다고 하버드 의과 대학의 후성 유학 주의자 인 에릭 그리어 (Eric Greer)는 설명했다.
."후성 유전학은 환경과 유전학 사이의 인터페이스에 존재합니다."
1970 년대까지 과학자들은 후성 유전학이 어떻게 작동하는지 발견하기 시작하지 않았다. 실제로, 그들은 여전히 유전자 활성을 조절하는 데 사용하는 다수의 메커니즘을 밝혀 내고있다. 전형적인 후성 유전 학적 조절 (Waddington)은 DNA에 부착 된 화학 태그와 히스톤 단백질의 변형을 포함하여 유전자가 단백질로 쉽게 변환 될 수있는 방법을 변화시킨다. 그러나 분자 생물학 도구의 성장은 최근에보다 최근에 연구자들이 c와 같은 무척추 동물의 작은 RNA 분자에 의존하는 다른 후성 유전 학적 메커니즘을 식별 할 수있게 해주었다. 엘레 간스 .
단일 가닥 핵산의 이들 스 니펫은 유전자 활성을 변화시키기위한 내장 된 펜트를 갖는다. 이러한 RNA 분자 중 다수는 임시이며 몇 분 또는 몇 시간 만 지속됩니다. 다른 사람들은 더 끈기가 있습니다.
예를 들어, 생물 학자 Andrew Fire (현재 스탠포드 대학교), Craig Mello (매사추세츠 대학교 의과 대학)와 동료들은 1998 년에 작은“간섭 RNA”(RNAI)를 주입하는 것이 메신저 RNA의 번역을 막을 수 있으며, 이러한 효과가 여러 세대에 대한 계란에 물려받을 수 있음을 보여주었습니다. 이 현상을 발견하기 위해 유전자 실렌 링 (Gene Silencing), 화재와 멜로 (Mello)는 2006 년에 생리학 또는 의학에서 노벨상을 받았습니다.
그 이후로, 연구자들은 병원체 회피의 RNA 기반 후성 유전 상속, 후각 신호에 대한 반응, 장수 등에 대한 무척추 동물의 증거를 발견했습니다. 유전자 침묵이 어떻게 상속되는지 정확하게는 여전히 연구 중이지만, RNAI 분자 나 부모에서 자손으로 전달하도록하는 지시
Stanford의 Fire Lab의 박사후 연구원 인 Lamia Wahba는“지난 몇 년 동안 우리는 소규모 RNA 자체가 실제로 한 세대에서 다음 세대로 정보를 이전하는 선박이 될 수 있다는 증거를 실제로 제공하기 시작했습니다.
진화론 적 관점에서, 후성 유전 학적 효과가 유전 적으로 말하는 것은 의미가 있다고 Greer는 말했다. 세대 사이에 몇 일이 지남에 따라, c. 엘레 간스 부모가 경험 한 것과 같은 환경 조건을 만나게 될 것입니다. 열, 기근 또는 기타 스트레스 요인을 위해 미래 세대를 준비하면 가혹한 조건에서 살아남을 수 있습니다.
그러나 이러한 유형의 RNA 기반 후성 유전 상속은 유기체의 장기 진화 궤적을 변화시킬 수 있습니까? 아니면 특성이 DNA에 영구적으로 연결되지 않았기 때문에 인구에 지속적인 영향을 미치기에는 너무 일시적일까요? Toker는“이것은 우리가 다루고 싶었던 열린 질문이었습니다.
c의 짝짓기 습관. 엘레 간스 알아볼 수있는 방법을 제공했습니다. 10 년 이상 동안 c에서 알려져 있습니다. 엘레 간스 , 힘이 힘들 때, 힘든 짝짓기. Rechavi와 Toker는 작은 RNA가 획득 한 매력의 특성을 유발한다면 인구의 유전 적 변화에 대한 영향을 통해 진화론 적 중요성을 측정 할 수 있음을 깨달았습니다. 유전자 변이는 결국 자연 선택의 원료입니다.
벌레가 뜨거워지는 방법
섭씨 25도에서 체류하는 것은 인간에게 이상적인 휴가 일지 모르지만, 경계선은 c입니다. 엘레 간스 . 과학자들이 단 몇 세대 동안 온도를 높이면 그다지 많지 않았습니다. 벌레는 자신의 정자보다 부족한 경우에만 수컷 추정 페로몬을 계속 생성했습니다. 그러나 Toker와 Rechavi가 10 세대 이상 열을 연장했을 때, 그들은 정자 무시가 줄어들 기 훨씬 전에 벌레가 인생에서 훨씬 일찍 페로몬을 분비하기 시작한 것을 발견했습니다. 흥미롭게도,이 패턴은 벌레를 냉각기 (20c) 조건으로 되돌린 후 3 세대 동안 계속되었습니다.
Toker와 Rechavi는 먼저 작은 RNA가 유전 적 짝짓기 효과를 담당했음을 확인해야했습니다. 이것은 사실 인 것으로 판명되었습니다. 연구원들이 세대간에 짧은 방해 RNA가 전염되는 것을 막았을 때, 자손은 페로몬을 조기에 끌어 들이기 위해 페로몬을 표현하지 않았습니다.
.그런 다음 Toker와 Rechavi는 유체 대형 후성 유전 학적 변화가 벌레 집단의 유전 적 다양성에 영향을 줄 수 있다는 예측을 확인했습니다. 그들은 상속 된 매력을 가진 벌레가 평균적으로 정자가 15% 적게 만들었음에도 불구하고 더 자주 짝짓기를했다는 것을 발견했습니다. 결과적으로, 그들의 유전자는 다세대 짝짓기 경쟁 실험과 수학적 시뮬레이션 모두에서 인구를 빠르게 퍼뜨 렸습니다. 이런 식으로, 후성 유전 학적 효과는 벌레의“진화 가능성”을 증가시키는 것으로 보였고, 그들이 선택한 유용한 새로운 유전 적 특성이 인구에 빠르게 뿌리를 내릴 가능성을 향상시켰다.
.그럼에도 불구하고, 프린스턴 대학교의 콜린 머피 (Coleen Murphy)는 벌레에 대한 성전환성 후성 유전 상속을 연구하는 콜린 머피 (Coleen Murphy)는 아직 관찰 된 효과가 현실 세계와 관련이 있다고 확신하지 못한다. 10 세대 (대략 한 달)의 경우, Rechavi와 Toker는 벌레를 25 c에서 27 c 사이의 좁은 온도 범위에서 유지해야했습니다. 조숙 한 짝짓기 효과가 유전 적이지만 너무 뜨겁지 않기 때문에 벌레가 재현하는 대신 "다우어"상태를 입력하도록 촉발되었습니다.
."나는 그 의미를 해석하는 방법을 모른다"고 그녀는 말했다.
Toker는 실제 현상을보다 정확하게 반영하기위한 실험실 실험을 설계하는 것이이 분야의 큰 문제이며 과학자들이 아직 해결하지 못한 것에 동의합니다. 실험실 에서이 후성 유전 상속이 일어날 수 있음을 보여주는 것을 보여주는 것은 전반적인 중요성을 이해하는 첫 번째 단계 일 뿐이라고 그는 말했다.
생물 학자들이 직면하기 시작한 또 다른 주요 질문은 척추 동물에서 다세대 후성 유전 상속이 발생하는지 여부입니다. 과학자들은 포유 동물과 인간에서도 이것이 일어날 수 있다는 단서를 발견했지만 많은 과학자들은 여전히 확신을 가지고 있습니다. 그들은 그러한 상속에 대한 증거는 기껏해야 정황이라고 주장한다. 또한 긴 수명이있는 동물의 자손은 부모와 동일한 환경 조건을 경험할 가능성이 적어 후성 유전 적 상속이 덜 유익하다고 지적합니다. 2022 년 1 월, McGill University와 시카고 대학교의 연구원들은 마우스가 이전 감염에 대한“기억”을 후성적으로 상속 할 수 있음을 보여주는 이전 발견을 재현하지 못했습니다.
그럼에도 불구하고 최근의 발달 세포 논문은 몽고메리에 대한 명시 적으로 겉보기에 일시적인 상속이 일부 형태의 삶의 진화를 형성 할 수 있음을 확인한다.
.유기체가 유전자 돌연변이를 통해 변화하는 환경에 적응할 때, 그것은 새로운 삶의 방식에 전념하고 있다고 그는 설명했다. 환경이 다시 바뀌면 유기체는 더 이상 존재하지 않는 조건에 적응할 것입니다. 후성 유전 학적 변화는보다 점진적인 중간 솔루션을 제공 할 수 있습니다. 변화하는 환경에 대처하고 심지어보다 영구적 인 유전 적 변화가 DNA에 잠겨 있기 전에 자연 선택에 참여하는 방법입니다.
.Montgomery는“이 성전환 후성 유전 상속은 일시적으로 환경에 적응할 수 있습니다. "환경을 샘플링하기 위해이 기간을 가질 수 있습니다.
Wahba 에게이 작업은 진화와 자연 선택의 끊임없는 복잡성을 이해하는 또 다른 단계입니다.
"다윈의 독창적 인 아이디어보다 조금 더 복잡합니다."라고 그녀는 말했습니다. "유전학은 설명 할 수없는 유전성의 큰 부분이 있습니다."
편집자 주 :Coleen Murphy는 Simons Foundation이 후원하는 Simons Collaboration on Materiity and The Agiding Brain의 수사관입니다.
