Зашто људи немају репове?

Пријавите се за ЦНН-ов научни билтен Теорија чуда. Истражите универзум уз вести о фасцинантним открићима, научним достигнућима и још много тога.

ЦНН
—

Људи имају много дивних особина, али нам недостаје једна ствар заједничка већини животиња са кичмом: реп. Тачно зашто је ово била мистерија.

Репови су корисни за равнотежу, погон, комуникацију и одбрану од уједа инсеката. Међутим, људи и наши најближи рођаци примати – велики мајмуни – опростили су се од својих репова пре око 25 милиона година, када се група одвојила од мајмуна Старог света. Губитак је дуго био повезан са нашим преласком на двоножје, али мало се знало о генетским факторима који су довели до тога да примати остану без репа.

Сада, научници су пратили губитак нашег репа до кратког низа генетског кода који је у изобиљу у нашем геному, али је деценијама одбачен као смећа ДНК, секвенца која изгледа да не служи никаквој биолошкој сврси. Идентификовали су исечак, познат као Алу елемент, у регулаторном коду гена повезаног са дужином репа под називом ТБКСТ. Алу је такође део класе познате као преносиви гени, који су генетске секвенце способне да промене своју локацију у геному и покрену или преокрену мутације.

У неком тренутку у нашој далекој прошлости, АлуАлуИ елемент је ускочио у ТБКСТ ген код претка хоминина (великих мајмуна и људи). Када су научници упоредили ДНК шест врста хоминина и 15 нехоминин примата, пронашли су АлуИ само у геномима хоминина, објавили су научници 28. фебруара у часопису. природа. У експериментима са генетски модификованим мишевима – процес који је трајао скоро четири године – манипулисање Алу инсерцијама у ТБКСТ генима глодара резултирало је измењеном дужином репа.

Пре ове студије, „постојале су многе хипотезе о томе зашто су хоминини еволуирали да буду безрепи“, а најчешћа је повезивање безрепа са усправним држањем и еволуцијом двоножја, рекао је главни аутор студије. Бо Ксиаистраживач у Опсерваторији за регулацију гена и главни истраживач на Броад институту МИТ-а и Универзитета Харвард.

Али у смислу прецизирања како су људи и велики мајмуни изгубили реп, „није било (раније) ништа што је било откривено или претпостављено“, рекао је Схеа за ЦНН у мејлу. „Наше откриће је први пут да смо предложили генетски механизам“, рекао је он.

Пошто су репови продужетак кичме, налази би такође могли имати импликације за разумевање дефеката неуралне цеви који се могу јавити током развоја људског фетуса, према студији.

Коаутор студије рекао је да је тренутак пробоја истраживача дошао када је Схеа прегледао ТБКСТ регион генома у онлајн бази података коју су широко користили развојни биолози. Итаи Ианаипрофесор на Институту за генетику, биохемију и молекуларну фармакологију на НИУ Гроссман Сцхоол оф Медицине.

„Мора да је то било нешто што су хиљаде других генетичара погледале“, рекао је Јанаи за ЦНН. „То је невероватно, зар не? Да сви гледају исто, а По је приметио нешто што сви нису приметили.“

Алу елементи су у изобиљу у људској ДНК; Уметање у ТБКСТ је „буквално један од милион који постоји у нашем геному“, рекао је Ианаи. Али док је већина истраживача одбацила уметање Алу у ТБКСТ као отпадну ДНК, Схеа је приметила његову близину суседном Алу елементу. Сумњало се да би, ако се споје, могли пореметити процес производње протеина у ТБКСТ гену.

„То се догодило у трен ока. Онда је требало четири године рада са мишевима да се то заиста тестира“, рекао је Ианаи.

Истраживачи су га користили у својим експериментима ЦРИСПР технологија за уређивање гена За узгој мишева са Алу инсерцијом у њиховим ТБКСТ генима. Открили су да је Алу натерао ТБКСТ ген да производи две врсте протеина. Један од њих је резултирао краћим реповима; Што више гена производи овај протеин, краћи су репови.

Ово откриће доприноси растућем броју доказа да Алу елементи и друге породице гена за скакање можда ипак нису „смеће“, рекао је Ианаи.

„Како разумемо како се реплицирају у геному, сада смо приморани да размотримо како они такође обликују веома важне аспекте физиологије, морфологије и развоја“, рекао је он. „Мислим да је невероватно да једна ставка Ало-а – нешто тако мало – може довести до губитка читавог додатка попут репа.“

Ефикасност и једноставност Алу-ових механизама у утицају на функцију гена нису цењени дуго времена, додао је Ши.

„Што више проучавам геном, све више схватам колико мало знамо о њему“, рекла је Шеа.

Безрепи и на дрвету

Људи још увек имају репове када се развијамо у материци као фетуси; Овај мали додатак је каудални прогенитор свих кичмењака и укључује 10 до 12 пршљенова. Видљива је тек од пете до шесте недеље трудноће, а до осме недеље фетусовог живота обично му нестаје реп. Неке бебе задржавају остатке ембрионалног репа, али то је изузетно ретко, а таквим реповима обично недостају кост и хрскавица и нису део кичмене мождине, известио је други тим истраживача. поменути У 2012. години.

Али док нова студија објашњава „како“ губитак репа код људи и великих мајмуна, „зашто“ је и даље отворено питање, рекао је биолошки антрополог. Лиса Схапиропрофесор на Одсеку за антропологију на Универзитету Тексас у Остину.

„Мислим да је заиста интересантно утврдити који је генетски механизам могао бити одговоран за губитак репа код хоминина, и овај рад даје вредан допринос на тај начин“, рекао је Шапиро, који није био укључен у истраживање, у мејлу за ЦНН. .

„Међутим, ако је ово била мутација која је насумично довела до губитка репа код наших предака мајмуна, и даље се поставља питање да ли је мутација одржана или не зато што је била функционално корисна (еволуциона адаптација), или једноставно није била одговорност“, Схапиро, који проучава како се примати крећу и улогу кичме у кретању примата.

У време када су древни примати почели да ходају на две ноге, већ су изгубили реп. Најстарији чланови лозе хоминида су рани мајмуни Проконзул и Екембо (пронађени у Кенији и датирају од пре 21 милион година, односно пре 18 милиона година). Шапиро је рекао да фосили показују да иако су ови древни примати били без репа, живели су на дрвећу и ходали на четири уда са хоризонталним положајем тела попут мајмуна.

„Дакле, прво је изгубљен реп, а кретање које повезујемо са живим мајмунима еволуирало је касније“, рекао је Шапиро. „Али ово нам не помаже да разумемо зашто је реп уопште изгубљен.“

Она је додала да је идеја да су усправно ходање и губитак репа функционално повезани, при чему су мишићи репа преиначени у мишиће карличног дна, „стара идеја која није у складу са фосилним записима“.

„Еволуција функционише на основу онога што већ постоји, тако да не могу рећи да нам губитак репа помаже да разумемо еволуцију људског двоножја на било који директан начин. Помаже нам да разумемо наше претке мајмуна“, рекла је она.

За модерне људе, репови су далека генетска меморија. Прича о нашим реповима је далеко од краја, рекао је Схеа, а научници још треба много тога да истраже о губитку репа.

Он је предложио да будућа истраживања треба да се баве другим последицама Алу компоненте у ТБКСТ, као што су ефекти на раст и понашање људског фетуса. Иако је одсуство репа најочигледнија последица увођења Алу, вероватно је да је присуство гена довело и до других развојних трансформација – као и промена у кретању и сродног понашања код раних хоминина – да би се прилагодио губитак репа.

Додатни гени су такође могли играти улогу у губитку репа. Иако се Алуова улога „чини да је веома важна“, рекао је Ши, други генетски фактори су вероватно допринели трајном нестанку репова наших предака примата.

„Разумно је веровати да је током тог периода било много мутација повезаних са фиксацијом губитка репа“, рекао је Ианаи. Таква еволуциона промена је сложена, додао је, и наши репови су нестали заувек. Чак и ако би се мутација која је идентификовала у студији могла поништити, „не би могла да врати реп“.

Нова открића могу такође расветлити тип дефекта неуралне цеви код фетуса познат као спина бифида. У својим експериментима, истраживачи су открили да када су мишеви генетски модификовани да изгубе реп, неки од мишева су развили дефекте неуралне цеви сличне спина бифиди код људи.

„Можда је разлог због којег имамо ово стање код људи тај компромис који су наши преци направили пре 25 милиона година да би изгубили репове“, рекао је Ианаи. „Сада када смо успоставили ову везу са овим одређеним генетским елементом и овим посебно важним геном, то би могло отворити врата за проучавање неуролошких дефеката.“

Минди Вајсбергер је научни писац и медијски продуцент чији се рад појавио у часописима Ливе Сциенце, Сциентифиц Америцан и Хов Ит Воркс.

Исправка: Ранија верзија ове приче промашила је Шапирову поенту о томе који је тип покрета можда еволуирао да би се прилагодио губитку репа.