아마존 강의 어두운 바닥을 따라 전기 장어라고 불리는 뱀의 물고기는 어리석은 개구리 나 다른 작은 먹이를 위해 우울을 닦습니다. 한 사람이 수영을 할 때 물고기는 2 개의 600 볼트 전기 펄스를 풀어기도하거나 죽입니다. 이 고전압 사냥 전술은 독특하지만 소수의 다른 어류 종은 전기를 사용합니다. 진흙 투성이의 느리게 움직이는 물을 탐색 할 때 약한 전압을 생성하고 모스 코드와 비슷한 부드러운 충격을 통해 종의 다른 사람들과 의사 소통 할 때 약한 전압을 생성하고 감지합니다.
일반적으로 여러 종이 전기를 생산하는 것만 큼 특이한 능력을 공유하면 밀접하게 관련되어 있기 때문입니다. 그러나 남아메리카와 아프리카 강의 전기 물고기는 6 개의 별개의 분류 학적 그룹에 걸쳐 있으며, 그 너머에 전기 물고기의 다른 해양 계보가 있습니다. 찰스 다윈조차도 전기 능력의 참신함과 에 대한 이상한 분류 학적 및 지리적 분포를 모두 고민했습니다. 종의 기원 ,“이 놀라운 장기가 생성 된 단계로 생각하는 것은 불가능합니다.” - 한 번뿐만 아니라 반복적으로
Science Advances 에 발표 된 최근 논문 이 진화적인 미스터리를 풀어주는 데 도움이됩니다. 텍사스 대학교의 통합 생물 학자 인 오스틴 (Austin)이자 연구의 공동 저자 인 해롤드 자콘 (Harold Zakon)은“우리는 대부분의 생물 학자들과 마찬가지로 다윈을 실제로 추적하고있다. 텍사스의 그의 팀과 미시간 주립 대학의 동료들은 게놈 단서를 함께 쳐서 약 1 억 2 천만 년의 진화와 1,600 마일의 바다에 의해 분리 된 전기 어류 계보에서 여러 가지 현명하게 비슷한 전기 기관이 어떻게 발생했는지 밝혀 냈습니다. 결과적으로 전기 장기를 진화시키는 방법이 여러 개 있지만 자연은 좋아하는 트릭이 있습니다.
Zakon의 그룹 연구가 연구 한 남미 및 아프리카 물고기는 신체의 대부분을 따라 확장되는 특수 전기 기관으로부터 ZAP를 얻습니다. 장기에서 전기 세포라고 불리는 변형 된 근육 세포는 나트륨 이온 구배를 만듭니다. 전기 세포의 막에 나트륨 게이트 단백질이 열리면 전류가 발생합니다. Zakon은“이것은 당신이 상상할 수있는 가장 간단한 신호에 관한 것입니다.
근육에서,이 전기 신호는 이동과 세포 사이에 유입되어 움직임에 대한 수축을 돕지 만 전기 기관에서는 전압이 바깥쪽으로 향합니다. 각 충격의 강도는 한 번에 몇 개의 전기 세포가 발생하는지에 따라 다릅니다. 대부분의 전기 물고기는 한 번에 몇 번만 발사되지만 전기 장어는 비정상적으로 많은 수의 전기 셀을 포장하기 때문에 작은 먹이를 죽일만큼 강력한 전압을 방출 할 수 있습니다.
새로운 작품에서 그의 전 연구 기술자 인 사라 라파틴 (현재 유타 대학교의 박사 후보자)과 다른 동료들은 물고기의 게놈 역사를 추적함으로써 이러한 전기 기관의 진화의 주요 측면을 재구성했다.
.3 억 2 천만에서 4 억 년 전에 텔레 로스트로 분류 된 모든 물고기의 조상이 전체 게놈을 복제 한 드문 유전자 사고에서 살아남은 후 시작되었습니다. 전체 게놈 복제는 종종 척추 동물의 경우 치명적입니다. 그러나 게놈의 모든 것을 중복 사본을 생성하기 때문에 복제는 이전에 미개척 유전자 가능성을 열 수 있습니다. 노스 캐롤라이나 주립 대학 (North Carolina State University)의 시스템 생물 학자 인 Gavin Conant는“갑자기 새로운 유전자 대신 완전히 새로운 경로를 만들 수있는 능력이 있습니다.
Teleosts 인 오늘날의 담수 전기 물고기의 최근 조상들에게, 복제는 중요한 나트륨 펌프를위한 유전자의 추가 사본을 가지고 있음을 의미했습니다. 하나의 사본은 근육 세포에서 계속 작동했습니다. 전기 세포에 독특한 전기 특성을 부여한 두 번째 획득 된 돌연변이.
그러나 결정적으로, 전기 기관-특이 적 적응이 채택되기 전에, 유전자의 두 번째 사본은 먼저 근육 세포에서 비활성화되어야했다. 그렇지 않으면, 신흥 전기 세포 능력은 운동을 방해했을 것이다. 그리고 Zakon과 그의 동료들은 전기 물고기가 어떻게 유전자를 끄는지를 바라 보았을 때, 전기 물고기의 다른 계보가 다르게 행동했다는 사실에 놀랐습니다.
아프리카 어류의 근육 조직에서, 나트륨 펌프 유전자는 여전히 기능적 이었지만 열쇠가없는 자물쇠처럼 근육 조직이 만들지 않은 도우미 분자 없이는 활성화 할 수 없었습니다. 대부분의 남미 물고기에서 펌프는 근육에서 단지 누락되었습니다. 나트륨 펌프 유전자는 근육에서 나트륨 펌프의 발현을 구체적으로 향상시키는 필수 제어 요소가 없기 때문에 크게 비활성 상태였습니다. 남미 물고기의 홀수 볼 계보에서 유전자는 여전히 근육에서 기능했습니다. 그것은 어린 물고기에서 일시적으로 비활성 이었지만 물고기가 성숙함에 따라 완전히 다른 유전자 세트가 전기 장기의 나트륨 채널을 제어 할 때 다시 켜졌다.
따라서 수렴 진화의 교과서 사례에서, 다양한 물고기 계보는 근육 조직을 전기 장기를 만들기 위해 독립적으로 타격을 받았으며, 나트륨 펌프가 다른 조직에서 선택적으로 작동하도록함으로써 그렇게했습니다. 그러나 그들은 펌프를 어떻게 규제했는지 정확하게 분기했습니다.
종종 과학자들이 수렴 진화의 사례를 조사 할 때, 특성은 본질적으로 같은 메커니즘에 의해 발생하는 것으로 밝혀 졌다고 텍사스 대학교의 분자 생물 학자 인 Johann Eberhart는 다음과 같이 설명했다. "그러나 이것은 상당히 달랐다"고 말했다. "그리고 나는 그것이 흥미 진진하다고 생각합니다."
Conant는 새로운 연구 결과가 자신의 그룹의 연구에서“우리가 본 것을 반영했다”고 지적했다. 그의 실험실은 다른 Teleost 물고기가 신경과 근육 사이에 신호를 보내기 위해 특정 중복 유전자를 잃어 버렸지 만 일부 전기 물고기 계보는이를 유지했음을 발견했습니다. 이러한 주요 유전자가 전기 기관을 직접 자발적인 제어하에 배치하지 않으면 전기 장어는 시그니처 강력한 Zap을 개발할 수 없었습니다.
Zakon과 그의 동료들은 또한 나트륨 펌프 유전자에서 발견 된 대조군 영역의 잠재적 중요성에 흥미가 있습니다. 왜냐하면 그것은 단백질을 정확하게 결정하는 것처럼 보이기 때문입니다. 인간과 다른 척추 동물의 나트륨 펌프에서 동일한 대조군 영역이 나타납니다. 우리 세포에서 펌프 활동에 영향을 미치는 돌연변이가 Myotonia라는 근육 약화 상태와 같은 다양한 건강 문제를 일으키거나 기여할 수 있습니다.
.새로운 연구는 전기 물고기에 전시 된 수렴과 발산의 몇 가지 예를 다루고 있습니다. 일부 남미 계보는 변형 된 근육 세포 대신 변형 된 뉴런을 사용하여 희미한 충격을줍니다. 바다의 일부 전기 물고기는 더 기괴한 감전 전략을 발전시켰다. 예를 들어 스타 게이저는 눈에 수정 된 근육의 충격을 시행합니다.
그러나 Zakon에게는 생물학의 기본 퍼즐을 다루는 데 가장 도움이되는 수렴 솔루션입니다. 그는 독특한 혁신을 보는 것이“매혹적이지만”이 질문에 대답하지는 않는다.“이 질문에 대답하지 않아도된다.”다양한 전기 물고기와 같은 장기 시스템에서 볼 수있는 수렴과 발산의 혼합은 예측 가능하고 기발한 - 생물학이 얼마나 풍부한 견해를 제공한다.
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