D. Ellenberg
"Cum să nu te înșeli." Capitolul din carte
D. Deutsch
"Structura realității: știința universelor paralele". Capitolul din carte
Vlasov
În pădurile pietrificate din Arizona
N. Karpushin
Comoara geometriei
N. Semakov, A. Kovalev, A. Pavlov, O. Fedotova
Unde funcționează polul magnetic?
P. Obraztsov
"Povestiri uimitoare despre creaturi foarte diferite". Capitolul din carte
B. Druzhinin
Călătorie # 1 pe Elementele Zoo
K. Postnov
Rapidă explozie radio: cheia pentru a dezvălui misterul
H. Reznik
Drumul spre muncă - calea spre artrită
Gavrilov
La fel ca păsările de iernare folosesc oameni
Fig. 1. Schema experimentului. În experimente au participat drojdii haploide, diploide și tetraploide (reprezentate ca ovale cu una, două și patru benzi negre). Fiecare populație experimentală a fost formată din celule marcate cu proteină fluorescentă albastră (CFP) și galbenă (YFP), într-un raport 1: 1. Populațiile au fost apoi cultivate într-un mediu nefavorabil în puțuri pe plăci. În același timp, mai multe puțuri cu mediu au fost lăsate neocupate pentru asigurarea faptului că transferul aleatoriu de celule dintr-un fântâni în altul nu are loc. În fiecare zi, populațiile au fost transferate într-un mediu nutritiv proaspăt. Raportul dintre celulele galbene și cele albastre a fost monitorizat o dată pe zi prin citometrie în flux. Graficele din dreapta arată dinamica proporției de celule galbene în populațiile haploide, diploide și tetraploide (linii negre, albastre și roșii). O abatere puternică de la linia de bază de 50% indică faptul că în populație a apărut o mutație utilă pe care selecția a început să o susțină. Faptul că în tetraploide răspândirea mutațiilor utile începe mai devreme decât în cazul diploidelor și haploidelor, indică faptul că primele mutații cu un efect benefic puternic apar mai des. Imagine din articolul discutat în Nature
Experimentul evolutiva, realizat de biologi americani a aratat ca tetraploid drojdie (patru seturi de cromozomi, 4N), pentru a se adapta la condiții adverse mai repede decât diploid (2N) și hoploide (1N). este asigurată de viteză sporită de adaptare tetraploide, pe de o parte, o frecvență mai mare de apariție a mutațiilor benefice, pe de altă parte - faptul că aceeași mutație este adesea mai util pentru tetraploid decât diploidă și de haploizi. În special, achiziționarea de copii suplimentare de cromozomi sau pierderea lor (aneuploidie) crește de multe ori de fitness de tetraploid, în timp ce producția diploid și haploid aceeași modificare nu beneficiază. Aparent, prezența unor copii suplimentare ale genomului in fiecare celula are constrângeri parte, pe evoluția adaptiva, și oferă mai multă libertate pentru evoluționar „căutare“.
Poliploidie (creșterea ori a numărului de cromozomi dintr-o celulă) este larg distribuit în natură, dar rolul său evolutiv nu este bine înțeleasă. Se pare că are atât pluses, cât și minusuri. Dezavantajele evidente sunt costurile de energie ale replicării cromozomilor "extra". Poliploid oferă sinteza proteinelor mai intense și de obicei se corelează cu o creștere a dimensiunii celulelor si a organismelor care pot fi avantajoase, în anumite circumstanțe și în detrimentul altora. În plus, poliploidia maschează efectiv mutațiile dăunătoare recesive, fără a le permite să se manifeste în fenotip. Acest lucru poate fi util pe termen scurt, dar dăunătoare pe termen lung, pentru că în cazul în care mutațiile dăunătoare nu apar în fenotipul, selecția poate nu le respinge în mod eficient, și se vor acumula rapid (încărcătura genetică va crește). Cu toate acestea, în schimbarea condițiilor, unele dintre mutațiile nocive acumulate pot fi utile. Prin urmare, poliploidia poate crește atât riscul de degenerare genetică, cât și plasticitatea evolutivă. Cu selecția de mutații utile în tot ceea ce poliploide nu este clar: mutațiile benefice dominante pot ei vor acumula mai eficiente (poliploide nu împiedică selecția să le sprijine, și apar, ele vor fi mult mai probabil din cauza de copii genomului in fiecare celula mai mult), dar acumularea de ajutor recesiv mutații, dimpotrivă, vor exista probleme.
De asemenea, este cunoscut faptul că o creștere a ploidia poate duce la instabilitate genomica: mecanisme de mitozei și meiozei începe să eșueze, ceea ce duce la tulburări de distribuție a cromozomului la celulele fiice. Ca rezultat, există aneuploidie. Mai mult, cromozomi pot fi rupte, porțiuni de schimbare etc. Din nou, acest lucru poate avea un dublu efect: .. Pe de o parte - amenințarea de degenerare genetice, pe de altă parte - creșterea plasticității evolutivă (mai mult material pentru selecție).
În cursul experimentului, populațiile tetraploide adaptate la hrănirea cu rafinoză mult mai repede decât cele diploide și haploide. Astfel, o creștere a numărului de copii ale genomului poate, cel puțin în anumite condiții, să crească potențialul evolutiv al organismelor. Acesta este rezultatul principal al experimentului.
Total secvențierea genomului a reprezentanților 74 de populații experimentale a relevat 240 de noi mutații (substituții unice de nucleotide și de mici inserții sau deleții), și linii haploide de 250 de generații blocate într-o medie de 2,05 mutații în diploide - 2,87, de la tetraploida - mai mult decât oricine altcineva: 4.5.
O caracteristică unică a populațiilor tetraploide a fost un număr mare de rearanjamente cromozomiale mari și modificări ale numărului de copii ale cromozomilor individuali. Aproape toate linia tetraploid după 250 de generații de evoluție au fost aneuploidiei, adică, numărul de copii de cel puțin un cromozom (toate cele 16 de cromozomi în drojdie de bere într-un set haploid) diferă de original patru. Multe linii au pierdut o parte semnificativă a cromozomilor "extra", până la punctul în care unele clone au devenit aproape diploide. Alții, dimpotrivă, au cumpărat copii suplimentare (cincea și chiar a șasea) ale unor cromozomi, cel mai adesea - al 13-lea. În populațiile diploide și haploide, nu sa întâmplat nimic de acest fel: la sfârșitul experimentului evolutiv, nici un aneuploid nu a apărut vreodată printre ei.
Experimente similare s-au efectuat cu o mutație punctuală care înlocuiește un aminoacid în proteina SNF3. Această mutație (simbolul SNF3-G439E) a fost fixată în multe populații experimentale. După cum sa dovedit, ajută să supraviețuiască pe drojdie rafinoza cu orice ploidia (1N, 2N sau 4N), dar este de două ori tetraploid ca utilă decât producția diploid și haploid (panou Fig. 2, din stânga jos). Efectul pozitiv al mutației este dominant: diploide și suficient pentru a avea aceasta mutatie in doar una dintre cele două (sau patru) copii ale cromozomului tetraploid, astfel încât acesta sa manifestat pe deplin. Mai mult, într-un mediu favorabil al glucozei, această mutație nu are aproape niciun efect asupra fitnessului (figura 2, graficul din dreapta jos).
Fig. 2. Aceeași mutație poate avea efecte diferite asupra fitness-ului în funcție de ploiditate. Cele două grafice superioare arată capacitatea tulpinilor diploide și tetraploide (respectiv, puncte albastre și roșii) la mediu nefavorabil cu rafinoză (graficul din stânga) și într-un mediu favorabil cu glucoză (graficul din dreapta). 2N, 4N - tulpinile diploide și tetraploide de referință; 2N + chr. XIII, 4N + chr. XIII - aceleași tulpini cu o copie suplimentară a cromozomului 13. Cele două grafice de mai jos arată capacitatea de drojdie cu diferite ploide în funcție de prezența sau absența mutației SNF3-G439E în ele. Figura din articolul discutat în Nature
În consecință, avantajul evolutiv al tetraploidelor descoperit în experiment nu poate fi explicat pe deplin de capacitatea lor inițială scăzută. Aparent, poliploidia, cel puțin în unele situații, sporește cu adevărat plasticitatea și adaptabilitatea evolutivă. Acest efect poate fi pe termen scurt, iar starea poliploidă în sine este tranzitorie. După o duplicare genomică completă, organismele pot evolua rapid și eficient pentru o perioadă de timp, pierzând simultan excesele de gene și cromozomi.
Desigur, dacă drojdia de test nu ar fi fost dezactivată artificial pentru procesul sexual, rezultatele ar fi diferite. De exemplu, aneuploidia, inofensivă și, uneori, chiar benefică pentru organismele asexuate, creează dificultăți în meioze, ca și în aneuploidia, nu toți cromozomii pot găsi o pereche omologă. Prin urmare, în prezența reproducerii sexuale, starea aneuploidă nu poate fi stabilă (în asexuții poate). Dar, probabil, moda actuală pentru un studiu experimental al evoluției populațiilor doar asexuate este justificată: este mai bine să înțelegem mai bine acest caz mai simplu înainte de a include un factor suplimentar, de complicație, cum ar fi sexul.
Trimiteți-le prietenilor: