유해한 돌연변이에도 불구하고 과게하는 방법

1800 년대 중반 증기가 많은 아마존 열대 우림에서 집에서 수천 마일 떨어진 영국 자연 주의자 헨리 월터 베이츠 (Henry Walter Bates)는 문제가있었습니다. 실제로 둘 이상; 엄지 손가락 크기의 물기 곤충, 말라리아의 끊임없이 존재하는 위협, 독사, 곰팡이와 곰팡이가 있었는데, 이는 영국으로 돌아갈 수 있기 전에 그의 소중한 표본을 추월하겠다고 위협했습니다. 그러나 그를 괴롭히는 잔소리하는 과학적 문제는 나비와 관련이 있습니다.

베이츠 숲의 나비는 나머지와 비슷하지 않았습니다. 그들은 더 천천히 움직였습니다. 그가 그들을 붙잡고 임시 현미경으로 검사했을 때, 그는 그들이 실제로 heliconius 이 아니었다는 것을 발견했습니다. 전혀, 나비의 관련이없는 가족들로부터 놀라운 모습을 보여줍니다.

Bates의 발견이 영국에서 과학적 인 Cognoscenti에 도달 할 때까지 Charles Darwin의 새로운 자연 선택 제안은 왜이 훌륭한 흉내가 발생했는지 설명 할 수있었습니다. 조류와 다른 포식자는 heliconius를 피합니다 그들은 쓴 맛으로 먹는 것이 독성이기 때문에 나비. 모방은 독성이 없었지만 파울 맛 heliconius 처럼 보였기 때문입니다. , 그들은 먹을 가능성이 적었습니다. 유사성이 가까울수록 보호가 더 강력합니다.

베이츠와 나중에 많은 진화론 생물 학자들이 설명 할 수 없었던 것은이 흉내가 어떻게 가능했는지였습니다. 날개에 올바른 장소에서 아쿠아 마린과 불 같은 주황색의 올바른 색조를 얻으려면 정확하게 조정 된 유전자의 별자리가 필요했습니다. 이러한 특성은 heliconius 를 보존하기 위해 세대 후 세대의 완벽한 충실도를 물려 받아야합니다. 위장하다. 아마도 heliconius 독소가 포식자들에게 미래에 멀리 떨어져 있도록 가르 칠 수 있었기 때문에 나비는 약간 색을 벗어날 수 있었지만 모방은 일관되게 완벽한 복제본이어야했습니다. 그러나 성적 재생산에서 특성의 임의의 재 포장 및 리믹스는 필수 착색 패턴을 빠르게 방해해야합니다.

오늘날 우리는 많은 종에서 대답은 수퍼 게네 (supergenes)입니다. 노르웨이에있는 애더 대학교의 분자 생태 학자 인 마르테 소드 랜드 (Marte Sodeland)는“그들은 일종의 와일드 카드입니다. 이 집계 된 상속 형태의 상속은“빠른 적응을 허용하기 때문에 명백한 장점이 있지만 아직 모르는 것이 많이 있습니다.”

Supergenes는 한때 진화론 적 이상한 것처럼 보였지만, 유전자 시퀀싱의 상승은 연구자들이 믿었던 것보다 훨씬 더 흔함을 보여 주었다. 모든 슈퍼 게 네르가 기능을 수행 할 수있는 것은 아니지만 지난 몇 년 만에 광범위한 동물 및 식물 종의 특성이 단일 유전자처럼 기능하는 이러한 유전자 그룹에 의해 구동 될 수 있음을 밝혀 냈습니다. Supergenes는 야생 해바라기가 모래 언덕, 해안 평원 및 방벽 섬과 같은 다양한 환경에 적응하도록 도와줍니다. 다른 식물 가족에서는 성기와 생식력에서 미묘하지만 중요한 변형을 생성하여 근친 교배를 방지합니다. 지난 봄에 발표 된 연구에 따르면 일부 화재 개미 종에서 슈퍼 게네스는 식민지가 단일 번식 여왕을 가지고 있는지 또는 둘 이상의 남성 또는 여성을 생산하는지 여부에 관계없이 어떤 유형의 사회 조직이 우세한지를 결정합니다. (인간의 특정 수퍼 게인은 확인되지 않았지만 후보자가 발견되었을 가능성이 높습니다.)

Supergenes는 또한 종들이 때때로 새로운 환경에 빠르게 적응할 수있는 방법, 모집단이 서로 가까이 살면서도 다른 방향으로 때때로 진화 할 수있는 방법, 그리고 어떤 종들이 번식의 "균형 잡힌 치명적인 시스템"을 가져야하는지와 같은 많은 오랜 진화의 신비에 대한 설명을 가지고있는 것처럼 보입니다.

그러나 슈퍼 게인은 전능 한 것은 아닙니다. Supergenes의 진화에 관한 최근의 연구는 미묘한 효과에 대한 미묘한 그림을 그리는 것입니다. 이러한 실제 집단에 대한 이러한 이론적 모델과 연구는 슈퍼 게인이 종종 다른 DNA보다 훨씬 빠르게 유해한 돌연변이를 축적한다는 것을 보여 주었으며, 이는 원래의 이점을 훼손하는 퇴행성 효과를 점차적으로 이끌어 낼 수 있습니다.

유전자 세탁물 분리

슈퍼 유전자의 정의는 다소 기술적이며 과학자들은 1930 년대 이후 개념이 있었음에도 불구하고 여전히 더 좋은 점에 대해 논쟁하고 있습니다. 그러나 가장 간단한 수준에서 에든버러 대학교의 진화 생물 학자 인 사이먼 마틴 (Simon Martin)은 슈퍼 유전자는 종종 다른 비 코딩 DNA와 함께 한 단위로 물려받는 유전자 그룹이라고 말합니다.

Martin은“여러 유전자로 두 가지 특성을 계속 생산할 수 있으며 혼란에 빠지는 것에 대해 걱정하지 않을 수 있습니다.

그 뒤죽박죽은 종종 계란 세포와 정자를 생산하는 동안 발생합니다. 이 과정에서, 염색체의 모체 및 부계 사본은 재조합이라는 발레에서 DNA 세그먼트를 무작위로 바꾸고 교체합니다. 재조합 헤지스 유전자의 다른 순열의 가치에 대한 자연의 베팅; 그것은 유전 적 다양성을 높이고 유해한 돌연변이를 제거하는 데 도움이됩니다.

Supergenes의 초강대국은 이것을 차단한다는 것입니다. 일반적으로, 슈퍼 게네는 DNA 결실, 삽입 또는 반전을 함유한다 (절단 및 후방으로 스 플라이 싱 된 서열). 결과적으로 염색체 DNA의 이러한 부분은 파트너와 일치하지 않으며 재결합 할 가능성이 훨씬 적습니다.

1970 년대에, 연구원들은이 동일한 메커니즘 (염색체의 오정렬이 염색체 세그먼트에서 재조합을 차단 한 후에도 유전자를 잃어 버린 X 염색체의 y 성 염색체의 진화로 이어 졌음을 보여 주었다. 성 염색체는 본질적으로 슈퍼 게네가 실행됩니다. 성 염색체 연구를 개척하고 최근 에딘버러 대학을 은퇴 한 진화 유전 학자 중 한 명인 데보라 찰스 워스 (Deborah Charlesworth)는 슈퍼 게네와 성 염색체가 모두 존재한다고 말합니다. 이 경우,“재조합이 없지만 잘 어울리는 것들이 함께 잘 붙어있는 것이 이상적입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

왜 그것이 유리한지를 이해하기 위해 세탁소를하는 것에 대해 생각해보십시오. 스웨덴의 고텐 버그 대학의 진화 생물 학자 인 엠마 베르 단 (Emma Berdan)은 말합니다. 흰색 수건 바구니와 붉은 수건 바구니가 있다고 가정 해 봅시다. 재조합은 동일한 드럼에 두 하중을 던지고 뜨거운 물을 뒤집고 시작하는 것과 동일합니다. 결과는 분홍색 수건이 많은 것입니다. 그러나 핑크 타월의 진화와 동등한 것은 종종 문제가되지 않는다고 Berdan은 말합니다. 특성의 혼합은 유익 할 수 있습니다.

그러나 때로는 생명이 유전자 세탁소를 분리시키는 데 도움이됩니다. 베이츠 heliconius 다른 유전자에서 색상이 혼합 된 나비 모방은 비참 할 수 있습니다. 나비는 heliconius 처럼 보이면 흉내의 보상을 거두어 포식자를 속이기 위해.

그렇기 때문에 많은 연구자들이 수퍼 게네스가 어떻게 발생하는지, 그리고 슈퍼 게인이 계속 진화함에 따라 종의 결과가 무엇인지 조사해 왔습니다. Supergene의 기원을 이해하는 것은“가장 어려운 질문 중 하나”라고 Stockholm University의 진화 유전 학자 인 Tanja Slotte는 식물에서 슈퍼 게네를 연구했습니다. "그리고 항상 가능하다는 것은 아닙니다."

최근 한 번의 노력으로 노스 이스턴 대학교의 진화론 적 해양 생물 학자 인 Katie Lotterhos는 반전에서 수퍼 유네까지의 경로에서 취한 첫 번째 임시 단계를 연구하기 위해 컴퓨터 모델을 구축했습니다. Royal Society의 철학적 거래에 출판 된 그녀의 모델 B Supergenes에 대한 특별 문제의 일환으로 8 월에 초기 DNA 플립 플롭이 클수록 Supergene이 진화 할 가능성이 높다는 것을 보여주었습니다. 그 이유는 간단했습니다. 더 큰 거꾸로 된 DNA 조각은 다수의 유전자를 포착하여 단일 엔티티로 고정시킬 가능성이 더 높았습니다. 역전 내에서 발생하는 유익한 돌연변이는 슈퍼 유전자로서의 확산을 촉진 할 수 있습니다.

그러나 Lotterhos 모델의 더 중요한 통찰력은 반전 자체가 반드시 진화론 적 이점을 제공하지는 않는다는 것입니다. 일련의 유전자가 이미 주변 환경에 잘 적응 된 경우, 반전에 잠그면 갑자기 슈퍼 유전자로 이륙 할 수 없습니다. 그 사실은 왜 복잡한 활력 특성이 슈퍼 게네로 일상적으로 확보되지 않는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반 선택 압력은 종종 특성을 보존하기에 충분합니다.

적응이 반전보다 우선하는지 또는 그 반대의 경우에 대한 질문은 결코 대답 할 수 없을 수 있습니다. "무엇이 먼저 오는가, 반전이나 적응은 무엇입니까?" 그녀는 말했다. "아마도 둘 다일 것입니다."

슈퍼 게네 비용

Supergenes는 적응 특성의 상속에서 강력한 이점을 제공하지만 비용이 많이 듭니다.

Berdan의 세탁물 비유 :단일 하중으로 빨간색과 흰색 타월을 씻으면 두 린넨 세트 사이의 색상 차이가 제거됩니다. 그러나 분홍색 수건을 찢거나 얼룩지면 백업으로 사용할 수있는 동일한 분홍색 타월이 있습니다. 염색체의 하나의 사본이 유전자를 깨뜨리는 유해한 돌연변이를 집어 올리면, 유기체의 생존을 돕기 위해 기능적인 백업 사본이 일치하는 염색체에있을 가능성이 높습니다. 재조합은 돌연변이가 다른 유전자와 독립적으로 유전되도록 보장하기 때문에 자연 선택은 시간이 지남에 따라 돌연변이를 제거 할 수 있습니다.

그러나 Supergenes에게는 사실이 아닙니다. 그들은 거의 재결합하지 않기 때문에, 그들이 획득하는 유해한 돌연변이는 제자리에 머무르는 경향이 있습니다. 그러므로 슈퍼 게네의 이점은 상당한 단점이 동반 될 수있다. 예를 들어, 생물학 연구소의 Berdan과 Benjamin Wielstra Leiden은 Salamander에서 Crested Newt라고 불리는 계란의 절반이 하나의 Supergene에 쌓인 모든 돌연변이 때문에 실행 가능하지 않다는 것을 발견했습니다. 그들의 수퍼 게 사람들은 그들의 생식 성공을 막고있는 것 같습니다.

Supergenes는 또한 짝짓기 과정을 복잡하게 할 수 있습니다. 일부 종에서, 슈퍼 게네는 사실상 4 명의 성별이있는 번식 시스템을 만듭니다. 예를 들어, 흰색 목 참새라고 불리는 북미 조류의 슈퍼 유전자로 인해, 비색과 행동이 다른 두 가지 "모프"가 있습니다. 남성은 여성을 찾아야 할뿐만 아니라 반대 모프에서 파트너를 찾아야합니다. 그렇지 않으면, 자손은 부모로부터 슈퍼 게인을 물려 받거나 물려받지 않아 죽을 것입니다. 하나의 수퍼 유전자와 하나의 일반 염색체 세그먼트의 "균형 치명적인"상속을받는 병아리만이 살아 남았습니다.

Berdan은 이렇게 가파른 가격으로 Supergenes가 전혀 진화 한 것은 놀라운 일이라고 Berdan은 말합니다. 그녀는“모든 변형 세트는 특히 수백만 세대에 걸쳐 유지하기가 어려울 것”이라고 말했다. "이것은 슈퍼 게네스의 큰 신비 중 하나입니다." 그녀는 여러 유형의 선택이 수퍼 게네를 보존하기 위해 함께 노력할 수 있으며, 특정 환경은 인구의 지속성에 가장 도움이 될 수 있다고 제안했다.

아이러니하게도, 때때로 슈퍼 게네를 보존 할 수있는 메커니즘 중 하나는 재조합 인 것 같습니다. 로체스터 대학교의 진화 유전 학자 인 아만다 라라 트라 케티 테 (Amanda Larracuente)와 그녀의 공동 저자는 지난 4 월 elife 에서 그러한 사례를 설명했다. .

Larracuente는 처음에는 Supergenes 또는 그들의 진화 비용에 관심이 없었습니다. 그녀의 초점은 이기적인 유전자, 호스트에 혜택을주지 않고 집단에서 증식하는 DNA 세그먼트에 중점을 두었습니다. 그녀는 seggregation distorter라는 이기적인 유전자에 매료되었습니다. ( sd )는 잠비아의 특정 과일 파리에서 발생하여 자손의 성비를 기울입니다. “정자 살인자입니다.”라고 그녀는 설명했지만 SD 의 염색체를 운반하지 않는 정자 만 죽입니다. .