Information

Hvordan "ved" et gen, hvad det skal ændres til?

Hvordan



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Undskyld min uvidenhed, men jeg har altid været nysgerrig efter dette...

For eksempel er en frø rød, men den begynder at leve i en grøn skov. Med tiden bliver frøen grøn for at camouflere. Men et gen kan ikke se, og jeg er sikker på, at der ikke er nogen mekanisme til, at farveinformation kan overføres til individuelle gener fra hjernen. Så hvordan ved et gen at vælge grønt frem for f.eks. blåt?


Ved at bruge dit eksempel ved genet ikke noget. Mutationer får nogle af den røde frøs afkom til at blive grønne, nogle bliver blå, nogle bliver fluorescerende gule, og nogle forbliver røde. Fugle kan ikke se de grønne lige så godt som de andre, så flere grønne frøer overlever og laver flere grønne frøer. De røde frøer, de fluorescerende gule, de blå, bliver for det meste spist. Efter et par generationer er næsten alle frøerne grønne -- ikke fordi genet vidste noget, ikke fordi mutationerne gik i nogen retning, men fordi alle de andre ændringer var kontraproduktive og blev spist.

Genet ved ikke noget. Det er bare en masse kemikalier, der tilfældigt reagerer med kosmiske stråler, tilfældigheder, hvad som helst. De fleste af ændringerne er irrelevante eller aktivt dårlige, og frøen, der bærer disse særlige kemikalier, overlever ikke. Men nogle gange gavner ændringen frøen, der bærer de særlige kemikalier, og så sender frøen disse kemikalier ned til sit afkom.

Det er klart, at dette er enormt forenklet. En kort og enkel introduktion til det grundlæggende i evolution er Understanding Evolution, af UC Berkeley.


Hvert afkoms farve er lidt forskellig fra dets forældre. Nogle farver hjælper frøen med at overleve, andre farver har en tendens til at få den dræbt, før den formerer sig. Over tid har arten en tendens til en farve, der forbedrer overlevelse, fordi de, der passer deres miljø bedre, vil formere sig, og dem, der passer deres miljø dårligere, reproducerer sig ikke i helt samme hastighed.


Selvfølgelig, som du ved, har et gen ikke noget bevidst, et gen ved ikke noget. Det hele er bare en masse kemiske reaktioner.

Centralt dilemma

Først skal du forstå, at et gen er et stykke DNA, der vil blive transskriberet i mRNA, og mRNA'et vil blive oversat til et protein (dette er lidt af en oversimplifikation). Proteinet er det molekyle, der forårsager en handling. Koncentrationen af ​​proteiner i cellen er nøglen til at forårsage en fænotypisk effekt.

Reguleringsmekanismer

Koncentrationen af ​​proteiner kan påvirkes af mange reguleringsmekanismer.

Regulering af genekspression

Regulering af genekspression omfatter en lang række mekanismer, der bruges af celler til at øge eller mindske produktionen af ​​specifikke genprodukter (protein eller RNA), og kaldes uformelt genregulering. Sofistikerede programmer for genekspression er almindeligt observeret i biologien, for eksempel for at udløse udviklingsveje, reagere på miljøstimuli eller tilpasse sig nye fødekilder. Stort set ethvert trin af genekspression kan moduleres, fra transkriptionel initiering, til RNA-behandling og til den post-translationelle modifikation af et protein. Ofte kontrollerer en genregulator en anden og så videre i et genregulerende netværk.

Post-transkriptionel regulering

Post-transkriptionel regulering er kontrollen af ​​genekspression på RNA-niveau, derfor mellem transskriptionen og translationen af ​​genet.1 Den bidrager væsentligt til genekspressionsregulering på tværs af humant væv.

Disse omfatter mekanismer som f.eks

  • afdækning
  • splejsning
  • Tilføjelse af poly(A) hale
  • RNA redigering
  • mRNA stabilitet

Post-translationel regulering

Post-translationel regulering refererer til kontrollen af ​​niveauerne af aktivt protein.[… ] Den udføres enten ved hjælp af reversible hændelser (posttranslationelle modifikationer, såsom phosphorylering eller sekvestrering) eller ved hjælp af irreversible hændelser (proteolyse).

Hudfarveændringer hos frøer

En sådan reguleringsmekanisme skal inddrages.

Jeg ved virkelig ikke meget om fysiologi og molekylærbiologi, men jeg kunne finde et stort antal artikler (inklusive Taylor og Hadley 1969 og Fernandez og Bagnara 1991), der viser, at farveændringen er medieret via produktion af Melanophore Stimulating Hormone (MSH) produceret af hypofysen. Måske kunne en bedre fysiolog/molekylærbiolog give dig et bedre svar.

Hvis du er interesseret i det særlige tilfælde af farveændring, kan du også tage et kig på Neri og Castrucci 1997 og Skold et al. 2012.


Et andet sjovt eksempel er en bestemt type møl, der plejede at leve i Vesttyskland ("Ruhrpott") og andre områder under industrialiseringen. Dens hovedhabitat er birketræer, dvs. hovedsageligt hvide bark. Så dyret plejede at være hvidt med et par sorte pletter.

Engang i fortiden havde Ruhrpotten en frygtelig stor kulproduktion, og i nogle områder gik birketræerne faktisk hen og blev sorte af al forureningen i luften. Se, efter nogen tid, møl også blev sort med hvide pletter.

Som det er blevet nævnt, er dette naturligvis kun grundlæggende evolution. Det, der er rart ved dit og mit eksempel er, at dette er et meget direkte, klar forbindelse. Hvis dyret tydeligt stikker ud på grund af dets farve, vil det ofte blive aflivet. Det er ikke omvendt, hvor en let positiv skævhed får lidt flere afkom, men et tydeligt, lige "vær rød (eller hvid) og bliv fanget".

Effekten af ​​dette er, at denne form for evolution virker rigtig hurtigt. Det kan have en enorm effekt efter kun en eller to generationer (naturligvis). Så med så drastiske ændringer af miljøet, kan der efter en håndfuld generationer bogstaveligt talt ikke være nogen hvide møl tilbage, de mørke har så hele habitatet for deres eget (dvs. masser af føde/redepladser, hvad end møl gør for at formere sig ). Derfor er denne form for evolution - i modsætning til andre udviklinger, som kan tage hundreder eller tusinder af år - meget synlig for mennesker.

En anden sjov kendsgerning: Efter industrialiseringen blev vores luft klar, birkerne blev hvide, og mølene blev udryddet igen indtil de var hvide igen. Stakkels dyr...

Kilde: Pebermøl evolution. Interessant læsning; alt dette var ikke "oplagt" for folk dengang, og der er også kritik at finde.


Ændringen i farve kan være forårsaget af nye mutationer eller af epigenetiske ændringer (f.eks. ændring af kosten for en gravid gnaver kan ændre pelsfarve på hvalpe, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC165709/ ). Hvis ændringen er epigenetisk, betyder det, at planen for at producere den nye farve allerede var til stede i dyrets gener, før farveændringen blev udløst i dets afkom af en ændring i miljøet. I frøernes tilfælde kunne det have været, at de røde frøer havde nogle grønne forfædre, der udviklede evnen til at skifte deres farve mellem grøn og rød som reaktion på en miljøfaktor (såsom tilgængeligheden af ​​en bestemt mad).

Jeg ved dog ikke, hvad kommentatoren David mener med sin kommentar "Farvetilpasning involverer ikke ændringer i gener." Selvom ændringen er epigenetisk, påvirker den stadig genernes funktion.


Intro

Der er faktisk mindst tre måder, hvorpå en frøs farve kan ændre sig for at tilpasse sig farven på omgivelserne. Jeg vil kort beskrive, hvordan de tre fungerer, fordi der ud fra nogle af kommentarerne synes at være en vis forvirring mellem de tre, og også fordi spørgsmålet blander ændringer inden for en individuel frøs levetid med ændringer i frøens genom. Disse tre kategorier kan anvendes mere bredt på spørgsmålet om, hvordan dyr tilpasser sig miljøet.

Udvikling

  • Opstår over flere frølevetider
  • Indebærer ændringer i generne
  • Går i arv til afkommet

Evolution sker gennem naturlig udvælgelse. Andre svar såsom @iayorks svar har forklaret denne mekanisme.

Genekspression

  • Opstår inden for en frøs levetid
  • Frøens genom ændres ikke, og ændringerne nedarves ikke
  • Måden et gen fortolkes på ændrer sig

Selvom en organismes gener ikke ændrer sig i løbet af deres levetid, kan den måde, de udtrykkes på, gøre det. Dette kan føre til ændringer i hudfarve baseret på miljøændringer. Dette er forklaret i Environmental Influences on Gene Expression.

Dette ville være et allerede eksisterende svar på et bestemt sæt betingelser; således 'ved' de, hvad de skal ændre til, fordi reaktionen på miljøændringen er forudbestemt af deres gener.

Hvordan genekspressionen påvirkes af miljøet, vil afhænge af den pågældende egenskab. Mekanismerne for dette er ikke godt forstået, i det mindste for nogle træk, som det ses i Effekten af ​​lys på genekspression og podophyllotoxinbiosyntese i Linum album cellekultur fra Plantefysiologi og biokemi bind 56 (juli 2012, side 41-46)

Baggrundstilpasning

  • Involverer ikke dyrets gener undtagen i så høj grad som enhver biologisk mekanisme er kodet i generne
  • kan ske hurtigt

Baggrundstilpasning er den tilgang, som kamæleoner bruger, men nogle frøarter samt forskellige fisk og krebsdyr har også denne evne. I det væsentlige kan fordelingen af ​​pigmenter i specialiserede strukturer i huden ændres for at ændre dyrets farve.

I det mindste hos nogle arter er denne proces afhængig af dyrets syn, så det er sandsynligt, at informationen om, hvilken farve man skal tage, overføres gennem nervesystemet. Wikipedia-artiklen om kromatoforer giver mere information i afsnittet om baggrundstilpasning

Konklusion

Den form for ændring, der er beskrevet i eksemplet, kunne ikke være gennem genetisk ændring, da dette sker over mange generationer, snarere end én levetid. For at forstå, hvordan dyr tilpasser sig miljøet, er det vigtigt at adskille denne form for tilpasning fra den langsigtede tilpasning gennem naturlig selektion.

I disse hurtigere ændringer er de farver, som dyret kan ændre sig til, allerede kodet i dets gener. En mekanisme, hvorved ændringerne i miljøet kan formidles for at skabe fysiske tilpasninger, er gennem nervesystemet.

TLDR:

  • Ændringer i et dyrs genom sker ikke i løbet af et individs levetid, men naturlig selektion kombineret med tilfældige mutationer kan forårsage ændringer over flere generationer.
  • Umiddelbare ændringer som reaktion på miljøet som ændringerne i kamæleoner (og i mindre grad hos frøer) er ikke forårsaget af ændringer i genekspression, men af ​​mekanismer, der er indbygget i det pågældende dyr.
  • I løbet af et dyrs levetid kan måden, gener fortolkes på, ændre sig som reaktion på miljøet, men dette er også en indbygget mekanisme, og ændringerne er ikke nedarvede.

DNA indeholder hvis-så-udsagn, der leder mRNA'et til at transskribere det ene stykke i stedet for det andet. Jeg er ingen mikrobiolog, så jeg gloser her, men transkriptionsmekanismen er det, der gør det muligt at opbygge proteiner, som så på en eller anden måde samles til hormoner, væv og forskellige væsker såsom slim, galde osv.

Spørgsmålet er egentlig, hvad der udløser den ene gren af ​​hvis-så over den anden? Temperaturen ser ud til at være én: hjorte, for eksempel, er kun seksuelt aktive om efteråret. Når temperaturerne falder, begynder de at producere høje niveauer af kønshormoner, som får hannerne til at vokse gevirer og kæmpe mod hinanden.

Farveopfattelse må være en anden: kamæleoner og visse arter af blæksprutter er meget dramatiske eksempler. Øjne indeholder forskellige celler, som er følsomme over for bestemte bølgelængder (https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision). Cellerne sender signaler til hjernen, som på en eller anden måde skal resultere i produktion af hormoner, der igen udløser hudcellerne.

Nogle kemikalier når mRNA'et i de relevante celler, som sætter variablerne sæsonIsAutumn eller EnvironmentIsGreen til sand, og hjortene begynder at dyrke gevirer, og frøerne, kamæleonerne og blæksprutten bliver grønne.

Selvfølgelig vil disse signaler, af temperatur eller farve, kun have effekt på de arter, underarter og køn, hvis DNA indeholder en relevant hvis-så-erklæring. Hjorte har åbenbart ikke en switchColor-funktion, ligesom frøer eller ikke har en growBigAntlers-funktion.


Jeg vil gerne starte mit svar med at sige undskyld aldrig for ikke at vide noget. Der er ikke noget at skamme sig over, og det er godt at spørge om ting, man ikke ved! Flere burde gøre det, og man skal ikke kritiseres for det.

Jeg vil først tage fat på dit eksempel, da jeg tror, ​​der er en (almindelig) misforståelse. Det scenarie du har beskrevet er en type Lamarckiansk evolution, som faktisk var det bedste forsøg på at forklare evolutionens mekanisme før darwinismen. Lamarck var en stor biolog, og så selvom vi måske håner hans ideer, var det progressivt for tiden med den information, han havde tilgængelig! Anyway, Lamarcks idé var, at organismer kunne ændre sig i løbet af deres levetid for at tilpasse sig deres særlige miljø og derefter overføre disse ændringer til deres afkom. Det meget klassiske eksempel er den lange hals på en giraf. Den Lamarckianske tanke er, at en giraf strakte halsen for at nå bladene højt oppe i træerne og gav denne nyligt strakte hals over på sit afkom (og derfor har alle giraffer nu lange halse). I dag ved vi, at Lamarckiansk evolution aldrig observeres og ikke er en understøttet eller tilstrækkelig forklaring på komplekse tilpasninger.

Her er hvorfor denne idé ikke virker:

Alle organismer bærer en endimensionel "kode" i deres celle(r), som fungerer som en opskrift på at "bygge" den organisme sammen med organismens karakteristika, der udgør deres fænotype (som vil omfatte den farve, du beskriver). Oftest er denne kode "skrevet" og gemt som DNA, en streng af biomolekyler kaldet nukleinsyrer. Information læses fra denne kode via sofistikeret biologisk molekylært maskineri og bruges til at danne alle aspekter af organismen og denne organismes indvirkning på miljøet; det vil sige informationen flyder fra kode til miljøet og ikke omvendt (dvs.: den flytter sig ikke fra miljøet tilbage til generne). Jeg bør sige, at der er undtagelser kendt som epigenetik, som selvom de er ekstremt interessante, ligger uden for dette spørgsmåls rammer.

Du kan tænke på det på denne måde: Forestil dig, at du har en opskrift på en kage. Alle instruktionerne til at bage kagen er kodet i en endimensionel sekvens af bogstaver på en side i din kogebog. Dette er koden til at lave kagen. Du læser disse bogstaver, og din hjerne fortolker betydningen. Du bruger denne fortolkede information til at udføre de handlinger, der kræves for at bage kagen. Nu, når kagen er lavet, skærer du en skive af den. Selvfølgelig overfører handlingen med at skære og fjerne skiven ikke information tilbage til opskriften. Du kan forestille dig, hvis det gjorde, ville den næste kage, du lavede ud fra den opskrift, komme med en allerede fjernet skive!

Pointen, jeg vil komme igennem her, er, at en frø, der bærer genet for den røde farve, ikke villigt eller spontant kan ændre sin farve til grøn for at matche sit miljø. Der er ingen feedback til frøens gener fra miljøet. Evnen til at udføre en sådan ændring ville skulle kodes i denne frøs DNA og sandsynligvis være en del af en sofistikeret mekanisme, der har udviklet sig over millioner af år. For eksempel har mange fugle ynglefjerdragt, der skifter farve på bestemte tidspunkter af året, men det er en arvelig egenskab, der er blevet finpudset gennem virkningen af ​​naturlig udvælgelse gennem millioner af år og har intet at gøre med fuglens bevidste ønske om at være mere attraktive.

Vær dog ikke forvirret - en organismes miljø (inklusive det "genetiske miljø", samlingen af ​​gener i genpuljen) såvel som ting som levesteder, rovdyr osv. er det pres, der driver evolutionen ved naturlig selektion. I denne forstand er der feedback fra miljøet, men det forekommer inden for populationer af arter over mange generationer, ikke inden for individuelle organismers levetid, og det virker på helt andre måder end dem, man forestiller sig via Lamarckiansk evolution.

Dette er et stort emne, og jeg kunne blive ved og ved, men jeg håber, at dette er et tilstrækkeligt svar på dit specifikke spørgsmål indtil videre. Jeg anbefaler dig at tjekke den ekstremt engagerende og informative bog kaldet "The Blind Watchmaker" af den berømte Richard Dawkins. Mit kageeksempel blev opsummeret fra denne vidunderlige bog, og der er mange flere, hvor det kom fra!