Kas turi keturių kamerų širdį?
Griežtai kalbant, keturių kamerų širdis yra tik paukščiams ir žinduoliams, įskaitant žmones. Taip yra dėl to, kad šių gyvūnų kraujotakos sistema pasiskirsto į du kraujo apytakos sluoksnius. Didysis kraujo apytakos ratas kraujagysles tiesiogiai perduoda į kūno organus, o mažas apskritimas padeda kraujui prisotinti deguonimi plaučiuose. Krokodilai turi sąlyginai keturių kamerų širdį, nes nors jis turi širdies atskyrimą į dvi skilvelius ir dvi atrijas, šis atskyrimas nėra baigtas ir, jei reikia, krokodilas gali išsiųsti venų kraujo turtingą anglies dioksidą į arterijas. Dar labiau tradiciškai, keturių kamerų galima laikyti žuvų širdimi, kuri, be ariumo ir skilvelio, turi dvi mažas kameras - venų sinusą ir aortos kūgį.
Keturių kamerų krokodilo širdis.
Krokodilai yra vienintelis romanas, turintis tokią širdį.
Beje, jie turi mažą skylę tarp skrandžio ir kraujo maišymo gana dažnai. Štai kodėl krokodilai ilgą laiką gali likti po vandeniu.
Jie taip pat sako, kad varlės turi keturių kamerų širdį, bet atrodo, kad tai nebuvo įrodyta (tiksliai nežinau).
Keturių kamerų širdyje yra tokių gyvų būtybių Žemėje kaip: normalus žmogus, krokodilas, paukščiai, žinduoliai, keturių kamerų širdis: kairysis atriumas ir skilvelis, dešinė atriumas ir skilvelis.
Širdies žuvyse jie yra dviejų kamerų, varliagyvių ir daugumos roplių, trijų kamerų, tačiau tik paukščiai ir žinduoliai turi keturių kamerų širdis. Vienintelis roplys, turintis 4 kamerų širdį, yra krokodilas. Bet tai šiek tiek prastesnė, nes atrija nėra visiškai atskirta interatrialine pertvara.
Varlės turi trijų kamerų širdis, tačiau jose yra dar du atskiri skyriai, todėl tik sąlyginai galima manyti, kad šios amfibijos kameros turi tik tris.
Manoma, kad pirmoji keturių kamerų širdis atsirado dinozaurų laiko aušroje, o tada ši evoliucijos eigoje esanti funkcija perduota jų tiesioginiams palikuonims.
Žmogus, žinduolis, taip pat turi keturių kamerų širdį.
Keturių kamerų širdis yra paukščiams ir žinduoliams, įskaitant žmones.
Roplių (roplių) krokodilas taip pat turi tokią širdį, tačiau tai yra sąlyginė, nes tarp jų yra žiniasklaida.
Keturios kameros yra dvi atrijos, atskirtos prieširdžių pertvaros, ir du skilveliai, kurie taip pat yra atskirti tarpine (interventricular)
Atrijų ryšiai su skilveliais yra abiejose pusėse esančiose angose (dešinėje pusėje yra trys vožtuvai, du - kairėje, taip pat vadinami mitraliniu vožtuvu).
Kairėje pusėje yra arterinio kraujo, dešiniojo venų. Nėra žinutės. Tiesa, vaisiui yra tarpasmeninio pertvaros skylė, kuri paprastai auga gimimo metu arba pirmasis gyvenimo tikslas. Jei taip nėra, išsivysto širdies defektas.
Keistas, nes jis gali skambėti keturių kamerų širdyje.
Paukščiai turi tą pačią širdį - pavyzdžiui, balandis turi tokią širdį.
Kaip jau minėta, krokodilas tapo laimingais šio svarbaus kūno savininkais.
Tiesą sakant, nesvarbu, kas yra kažkieno širdis - pagrindinis dalykas, kurį jis verčia ir veikia.
Keturių kamerų širdis susideda iš dešiniojo skilvelio, dešiniojo skilvelio, kairiojo skilvelio ir kairiojo skilvelio. Paukščiai ir žinduoliai (įskaitant žmones) turi tokias širdis.
Ropliai turi trijų kamerų širdį, tačiau vienas iš jų atstovų - krokodilas - jau turi keturių kamerų širdį (nors interatrialinis pertvaras vis dar nėra visiškai atriumo).
Apskritai, keturių kamerų širdis, paukščiams ir žinduoliams, įskaitant žmones. 4 kamerų širdis apima kairiąją atriją ir skilvelį bei dešinę atriją ir skilvelį. Vienintelis amfibija su 4 kamerų širdimi yra krokodilas.
Pirmiausia, žinoma, mes esame su jumis, ty žmonės turi 4 kamerų širdį. Taip pat 4 kamerų širdyje yra paukščių, žinduolių, roplių. Visų šių asmenų širdies struktūra yra labai panaši.
Žmonėms krokodilai visi gyvūnai yra žinduolių klasė ir daug daugiau.
Kas turi keturių kamerų širdį?
Keturių kamerų krokodilo širdis.
Krokodilai yra vienintelis romanas, turintis tokią širdį.
Beje, jie turi mažą skylę tarp skrandžio ir kraujo maišymo gana dažnai. Štai kodėl krokodilai ilgą laiką gali likti po vandeniu.
Jie taip pat sako, kad varlės turi keturių kamerų širdį, bet atrodo, kad tai nebuvo įrodyta (tiksliai nežinau).
Griežtai kalbant, keturių kamerų širdis yra tik paukščiams ir žinduoliams, įskaitant žmones. Taip yra dėl to, kad šių gyvūnų kraujotakos sistema pasiskirsto į du kraujo apytakos sluoksnius. Didysis kraujo apytakos ratas kraujagysles tiesiogiai perduoda į kūno organus, o mažas apskritimas padeda kraujui prisotinti deguonimi plaučiuose. Krokodilai turi sąlyginai keturių kamerų širdį, nes nors jis turi širdies atskyrimą į dvi skilvelius ir dvi atrijas, šis atskyrimas nėra baigtas ir, jei reikia, krokodilas gali išsiųsti venų kraujo turtingą anglies dioksidą į arterijas. Dar labiau tradiciškai, keturių kamerų galima laikyti žuvų širdimi, kuri, be ariumo ir skilvelio, turi dvi mažas kameras - venų sinusą ir aortos kūgį.
Genas ir keturių kamerų širdies susidarymas
Biologai atrado geną, kurio pokyčiai paskatino evoliucinį perėjimą iš trijų kamerų širdies varliagyvių ir roplių į keturių kamerų paukščius ir gyvūnus, o tai padės išsiaiškinti, kaip jie tapo šiltakraujantys. Keturių kamerų širdis paukščių, žinduolių ir krokodilų, suskirstytų į dvi dalis, leidžia egzistuoti du kraujo apytakos apskritimus, atitinkamai „aptarnaujančius“ plaučius ir visą organizmą. Dėl to arterinis ir veninis kraujas nesimaišo, kaip ir dviaukščių varliagyvių širdyje, o kūnas yra daug geriau aprūpintas deguonimi.
Tarp roplių yra įvairių „širdies“ dizaino variantų. Konkrečiai, vėžlys jų trijų kamerų širdies skiltyje turi pertvarą, kuri vis dėlto nėra visiškai atskirta. "Roplių širdis buvo ginčų objektas - ar jis turi vieną skilvelį ar du skilvelius, kurie nėra visiškai atskirti", rašykite tyrimą, mokslininkų grupę iš JAV, Kanados ir Japonijos, vadovaujant Kalifornijos universiteto Katsuko Koshiba-Takeuchi. San Franciske.
Jie atliko lyginamąjį raudonųjų ausų vėžlių (Trachemys scripta elegans) ir iguanų - raudonųjų gerklų anolių (Anolis carolinensis) tyrimą pagal genetinius veiksnius, susijusius su širdies vystymuisi embriono stadijose. Stebėjimų rezultatai parodė, kad abu vėžliai ir iguanai pirmajame etape Tbx5 genas pasireiškia visame būsimo skilvelio paviršiuje, bet vėlesnėse vėžlių stadijose šis genas veikia tik kairėje pusėje. Žinduoliams ir paukščiams šis genas yra tiksliai susijęs su kairiojo skilvelio formavimu.
Tai reiškia, kad evoliucijos procese Tbx5 genas palaipsniui pradeda formuoti keturių kamerų širdį. Norėdami patvirtinti šią hipotezę, mokslininkai atliko eksperimentą su pelėmis, kurių Tbx5 genas buvo išjungtas. Kaip rezultatas, išnyksta pertvara tarp skilvelių pelių, atsirado trijų kamerų širdis, panaši į roplių širdį.
Kas turi vienos kameros, dviejų kamerų, trijų kamerų, keturių kamerų širdį?
Amfibijai ir ropliams jau yra du kraujo apytakos ratai, o jų širdis yra trijų kamerų (atsiranda interatrialinė pertvara). Vienintelis šiuolaikinis roplys, turintis žemesnį lygį (interatrialinis pertvaras ne visiškai atskiria atriją), bet jau keturių kamerų širdis yra krokodilas. Manoma, kad pirmą kartą keturių kamerų širdis atsirado dinozauruose ir primityviuose žinduoliuose. Ateityje dinozaurų - paukščių ir primityvių žinduolių palikuonių - šiuolaikinių žinduolių palikuonys paveldėjo šią širdies struktūrą.
Visų akordų širdyje būtinai yra širdies maišelis (perikardas), vožtuvo aparatas. Moliuskų širdyse taip pat gali būti vožtuvai, perikardas, kuris pilvo lapuose apima nugaros žarnyną. Vabzdžiams ir kitiems nariuotakojams kraujotakos sistemos organai, kaip didžiųjų kraujagyslių peristaltiniai išplitimai, gali būti vadinami širdimis. Chordatose širdis yra nesusijęs organas. Moliuskai ir nariuotakojai gali skirtis. „Širdies“ sąvoka netaikoma kirminams ir kt.
Žinduolių ir paukščių širdis
Atmestas molekulinis trijų kamerų širdies transformacijos į keturių kamerų širdį mechanizmas.
Keturių kamerų širdies atsiradimas paukščiuose ir žinduoliuose buvo svarbiausias evoliucinis įvykis, dėl kurio šie gyvūnai gali tapti šiltakrauju. Išsami širdies ir vėžlių embrionų širdies raidos studija ir jos palyginimas su turimais duomenimis apie varliagyvius, paukščius ir žinduolius parodė, kad pagrindinis vaidmuo transformuojant trijų kamerų širdį į keturių kamerų ląstelę buvo atliekamas Tbx5 reguliuojančio geno, kuris veikia pradiniame vieno skilvelio, pokyčiais. Jei Tbx5 yra ekspresyvus (darbas) tolygiai per visą gemalų, širdis yra trijų kamerų, jei tik kairėje pusėje - keturių kamerų.
Stuburinių gyvūnų atsiradimas sausumoje buvo susijęs su plaučių kvėpavimo plėtra, dėl ko reikėjo radikaliai keisti kraujotakos sistemą. Žuvų kvėpavimo žarnyse vienas kraujo apytakos ratas ir atitinkamai dviejų kamerų širdis (susideda iš vieno atriumo ir vieno skilvelio). Antžeminiuose stuburiniuose gyvūnuose yra trijų ar keturių kamerų širdis ir du kraujo apytakos ratai. Vienas iš jų (mažas) verčia kraują per plaučius, kur jis yra prisotintas deguonimi; tada kraujas grįžta į širdį ir patenka į kairiąją atriją. Didelis ratas nukreipia deguonies turtingą (arterinį) kraują į visus kitus organus, kur jis duoda deguonį ir grįžta į širdį per veną į dešinę atriją.
Gyvūnams, turintiems trijų kamerų širdį, abiejų atrijų kraujas patenka į vieną skilvelį, iš kur jis keliauja į plaučius ir visus kitus organus. Tuo pačiu metu arterinis kraujas sumaišomas įvairiais laipsniais su veniniu krauju. Gyvūnams, turintiems keturių kamerų širdį embriono vystymosi metu, vienas skilvelis iš pradžių padalintas į pertvarą į kairę ir dešinę pusę. Dėl to du apyvartos apskritimai yra visiškai atskirti: veninis kraujas patenka tik į dešinįjį skilvelį ir iš ten eina į plaučius, arterinis kraujas eina tik į kairiojo skilvelio ir eina iš visų kitų organų.
Keturių kamerų širdies susidarymas ir visiškas kraujo apytakos ratų atskyrimas buvo būtina sąlyga šiltakraujystės vystymuisi žinduoliams ir paukščiams. Šiltakraujų gyvūnų audiniai sunaudoja daug deguonies, todėl jiems reikia „gryno“ arterinio kraujo, kuris yra maksimaliai prisotintas deguonimi, o ne sumaišytas arterinis-veninis kraujas, su kuriuo patenkinti šaltojo kraujo stuburiniai su trijų kamerų širdimi (žr. Cirkuliacinio chordo filogenezę).
Trijų kamerų širdis yra būdinga varliagyviams ir daugumai roplių, nors pastarieji dalinai išskiria skilvelius į dvi dalis (išsivysto neišsami intraventrikulinė pertvara). Dabartinė keturių kamerų širdis vystėsi nepriklausomai trijose evoliucinėse linijose: krokodiluose, paukščiuose ir žinduoliuose. Tai laikoma vienu iš ryškiausių konvergencijos (ar lygiagrečios) evoliucijos pavyzdžių (žr. „Aromorfozės ir lygiagrečiai evoliucija; paralelizmai ir homologinis kintamumas“).
Didelė Jungtinių Valstijų, Kanados ir Japonijos mokslininkų grupė, paskelbusi savo rezultatus naujausiame žurnalo „Nature“ numeryje, nustatė šio svarbaus aromorfozės molekulinį genetinį pagrindą.
Autoriai išsamiai ištyrė širdies vystymąsi dviejuose roplių embrionuose - raudonų ausų vėžlys Trachemys scripta ir anolio driežas (Anolis carolinensis). Ropliai (išskyrus krokodilus) yra ypač svarbūs problemai išspręsti, nes jų širdies struktūra daugeliu būdų yra tarp tarp tipinių trijų kamerų (pavyzdžiui, varliagyvių) ir tikro keturių kamerų, pvz., Krokodilų, paukščių ir gyvūnų. Tuo tarpu, pasak straipsnio autorių, 100 metų niekas rimtai nenagrinėjo roplių širdies embriono vystymosi.
Tyrimai, atlikti su kitais stuburiniais gyvūnais, vis dar neatsakė į klausimą, kokie genetiniai pokyčiai sukėlė keturių kamerų širdies formavimąsi evoliucijos metu. Vis dėlto buvo pažymėta, kad Tbx5 reguliuojamasis genas, koduojantis baltymas, transkripcijos reguliatorius (žr. Transkripcijos faktorius), besivystančioje širdyje veikia skirtingai (išreikštas) varliagyvių ir šiltakraujų. Pirmajame jis yra vienodai išreikštas per visą būsimąjį skilvelį, pastarasis jo išraiška yra maksimali kairėje anlage pusėje, iš kurios susidaro kairysis skilvelis vėliau, ir minimaliai dešinėje. Taip pat buvo nustatyta, kad Tbx5 aktyvumo sumažėjimas sukelia pertvaros tarp skilvelių defektų. Šie faktai leido autoriams teigti, kad Tbx5 geno aktyvumo pokyčiai gali turėti įtakos keturių kamerų širdies evoliucijai.
Kuriant driežas širdies viduje išsivysto raumenų volelis, iš dalies dalijantis skilvelio išėjimą iš pagrindinės ertmės. Šį volelį kai kurie autoriai interpretavo kaip struktūrą, homologišką su keturių kamerų širdies stuburinių dalijimu. Aptariamo straipsnio autoriai, remdamiesi ritinio augimo ir jo smulkios struktūros tyrimais, atmeta šį aiškinimą. Jie atkreipia dėmesį į tai, kad tą patį pagalvėlį trumpai parodo vištienos embriono širdis - kartu su tikru pertvaru.
Autorių gauti duomenys rodo, kad dygliuotuose žieduose nėra struktūrų, kurios yra homologiškos su dabartine tarpkultūrine pertvara. Vėžlys, priešingai, sudaro neišsamią pertvarą (kartu su mažiau išsivysčiusiu raumenų voleliu). Šio pertvaros formavimas vėžliame prasideda daug vėliau nei viščiukuose. Vis dėlto paaiškėja, kad driežas yra „primityvesnis“ nei vėžlys. Vėžlio širdis yra tarp tarp tipinių trijų kamerų (pavyzdžiui, varliagyvių ir driežų) ir keturių kamerų, pavyzdžiui, krokodilų ir šiltakraujų. Tai prieštarauja visuotinai priimtoms mintims apie roplių evoliuciją ir klasifikavimą. Remiantis vėžlių anatominėmis savybėmis, jis tradiciškai buvo laikomas primityviausia (bazine) grupe tarp šiuolaikinių roplių. Tačiau lyginamoji DNR analizė, kurią atliko daugelis tyrėjų, kartais priminė apie vėžlių artumą prie archosaurų (krokodilų, dinozaurų ir paukščių grupės) ir pagrindinę žvynelių padėtį (driežai ir gyvatės). Šią naują evoliucinę schemą patvirtina širdies struktūra (žr. Paveikslą).
Autoriai ištyrė kelių reguliuojančių genų ekspresiją vėžlių ir driežas, įskaitant Tbx5 geną, besivystančioje širdyje. Paukščiuose ir žinduoliuose, jau labai ankstyvuose embriogenezės etapuose, skilvelių pumpuruose susidaro staigus šio geno ekspresijos gradientas (išraiška greitai sumažėja iš kairės į dešinę). Paaiškėjo, kad pradžioje driežas ir vėžlys, Tbx5 genas yra išreikštas tokiu pačiu būdu, kaip ir varlė, ty tolygiai visam būsimam skilveliui. Lizarde ši situacija išlieka iki embriogenezės pabaigos, o vėlyvoje vėžlio stadijoje susidaro ekspresijos gradientas - iš esmės toks pat, kaip ir vištiena, bet tik mažiau ryškus. Kitaip tariant, dešinėje skilvelio dalyje, geno aktyvumas palaipsniui mažėja, o kairėje - išlieka aukštas. Taigi, atsižvelgiant į Tbx5 geno ekspresijos modelį, vėžlys taip pat užima tarpinę padėtį tarp driežas ir vištienos.
Yra žinoma, kad Tbx5 geno koduotas baltymas yra reguliuojamas - jis reguliuoja daugelio kitų genų aktyvumą. Remiantis gautais duomenimis, buvo natūralu daryti prielaidą, kad skilvelių vystymasis ir tarpsluoksnės pertvaros skirtukas yra kontroliuojamas Tbx5 geno. Anksčiau buvo įrodyta, kad Tbx5 aktyvumo sumažėjimas pelių embrionuose sukelia skilvelių vystymosi defektus. Tačiau to nepakako, kad apsvarstytume „pagrindinį“ Tbx5 vaidmenį formuojant keturių kamerų širdį.
Norėdami gauti daugiau įtikinamų įrodymų, autoriai naudojo kelias genetiškai modifikuotų pelių eilutes, kuriose embriono vystymosi metu Tbx5 genas gali būti išjungtas vienoje ar kitoje širdies gemalo dalyje eksperimento prašytojui.
Paaiškėjo, kad jei išjungsite geną visame skilvelio pumpuruose, gemalas net nesiskirsto į dvi dalis: iš jos išsivysto vienas skilvelis be jokių tarpsluoksninės pertvaros pėdsakų. Taip pat nėra suformuotos būdingos morfologinės savybės, kuriomis dešinįjį skilvelį galima atskirti nuo kairės, nepriklausomai nuo pertvaros buvimo. Kitaip tariant, gaunami trijų kamerų širdies embrionai! Tokie embrionai miršta 12-ąją embriono vystymosi dieną.
Kitas eksperimentas buvo tas, kad Tbx5 genas buvo išjungtas tik dešinėje skilvelio pumpuro pusėje. Taigi, šio geno koduoto reguliuojamo baltymo koncentracijos gradientas buvo smarkiai nukreiptas į kairę. Iš esmės buvo galima tikėtis, kad tokioje situacijoje tarpsluoksnis pertvaras pradės formuotis į kairę, nei turėtų būti. Bet tai neįvyko: pertvaros visai nebuvo pradėtos formuotis, tačiau pagal kitus morfologinius požymius suskirstyta į kairę ir į dešinę. Tai reiškia, kad Tbx5 ekspresijos gradientas nėra vienintelis veiksnys, kontroliuojantis keturių kamerų širdies vystymąsi.
Kitame eksperimente autoriams pavyko užtikrinti, kad Tbx5 genas būtų tolygiai išreikštas pelės embrionų skilvelių gemaluose, maždaug toks pat kaip varlės ar driežas. Tai vėl paskatino pelės embrionus su trijų kamerų širdimi.
Gauti rezultatai rodo, kad Tbx5 reguliavimo geno darbo pokyčiai iš tiesų gali atlikti svarbų vaidmenį plėtojant keturių kamerų širdį, ir šie pokyčiai įvyko lygiagrečiai ir nepriklausomai žinduoliams ir archeurams (krokodilams ir paukščiams). Taigi tyrimas dar kartą patvirtino, kad genų aktyvumo pokyčiai - individualios raidos reguliatoriai - vaidina pagrindinį vaidmenį gyvūnų evoliucijoje.
Žinoma, būtų dar įdomiau sukurti tokius genetiškai modifikuotus driežus ar vėžlius, kuriuose Tbx5 būtų išreikštas kaip pelėms ir viščiukams, t. Y. Stipriai kairėje skilvelio pusėje, o dešinėje - silpna, ir pažiūrėkite, ar ji nėra širdis labiau panaši į keturias kameras. Tačiau tai vis dar nėra techniškai įmanoma: roplių genų inžinerija iki šiol nepagerėjo.
Kas turi keturių kamerų širdį
Žuvyje širdis yra dviejų kamerų, susideda iš vieno atriumo ir vieno skilvelio. Vienas kraujotakos ratas: veninis kraujas iš širdies eina į žiaunas, ten jis tampa arteriniu, eina į visus kūno organus, tampa venais ir grįžta į širdį.
Varliagyvių (varlių ir jauniklių) širdis yra trijų kamerų ir susideda iš vieno skilvelio ir dviejų atrijų. Du kraujo apytakos ratai:
- Didelis apskritimas: nuo skilvelio mišraus kraujo patenka į visus kūno organus, tampa venais, grįžta į dešinę atriją.
- Mažas apskritimas: nuo skilvelio mišraus kraujo patenka į plaučius, tampa arterija, grįžta į kairiąją atriją.
- Nuo atrijos kraujo patenka į skilvelį, jis susimaišo.
Ropliams (driežams, gyvatėms, vėžliams) kraujotakos sistema yra tokia pati, kaip ir varliagyvių, skilvelyje atsiranda neišsamios pertvaros, kurios dalinai išskiria kraują: plaučiai gauna labiausiai venų kraują, smegenys yra artimiausios, o visi kiti organai yra sumaišyti. Krokodilai turi keturių kamerų širdį, arterijose atsiranda kraujo maišymas.
Žinduolių ir paukščių kraujotakos sistema yra tokia pati kaip ir žmonėms.
Bandymai
26-01. Keturių kamerų širdis
A) aligatorius
B) vėžliai
C) gyvatės
D) driežai
26-02. Gyvūnams, kurių sisteminė grupė turi dviejų kamerų širdį?
A) vabzdžiai
B) Plokščiosios kirmėlės
C) Amfibijos
D) Žuvys
26-03. Koks ženklas apibūdina žuvų kraujotakos sistemą?
A) širdis pripildoma tik veniniu krauju
B) yra du kraujo apytakos ratai.
C) trijų kamerų širdis
D) arterinio kraujo transformacija į veną atsiranda stuburo kraujagyslėje
26-04. Amfibijų susidarymas trijų kamerų širdies evoliucijos procese lėmė tai, kad jų kūno ląstelės pradeda aprūpinti krauju.
A) venų
B) arterija
B) sumaišyti
D) turtingas deguonies
26-05. Padėjo atsirasti trijų kamerų širdis varliagyviams
A) jų pakrantė
B) odos kvėpavimas
B) padidinti savo kūno dydį
D) jų lervų vystymąsi vandenyje
26-06. Ar atstovai, kurie iš aukščiau išvardytų chordų klasių turi vieną kraujotaką?
A) paukščiai
B) žuvys
C) žinduoliai
D) ropliai
26-07. Evoliucijos procese atsirado antrasis kraujo apytakos rato atsiradimas gyvūnams
A) žiaunų kvėpavimas
B) plaučių kvėpavimas
B) trachėjos kvėpavimas
D) kvėpavimas per visą kūną
26-08. Ar teisingi sprendimai dėl žuvų kraujotakos sistemos?
1. Žuvys turi dviejų kamerų širdį, joje yra venų kraujo.
2. Žuvų žiaunose veninis kraujas yra praturtintas deguonimi ir paverčiamas arteriniu krauju.
A) tik 1 yra teisingas
B) tik 2 yra tiesa
C) abu sprendimai yra teisingi
D) abu sprendimai yra neteisingi
26-09. Ar teisingi sprendimai dėl varliagyvių sistemos?
1. Amfibijų širdis susideda iš dviejų kamerų.
2. Venos kraujas iš organų ir audinių surenkamas į veną ir patenka į dešinę atriją, o tada į skilvelį.
A) tik 1 yra teisingas
B) tik 2 yra tiesa
C) abu sprendimai yra teisingi
D) abu sprendimai yra neteisingi
Kokie gyvūnai turi trijų kamerų širdį
Dėl evoliucijos pagerėjo visi gyvų būtybių organai, įskaitant kraujotakos sistemą. Širdis yra pagrindinis organas, atsakingas už kraujo tekėjimą per kraujagysles.
Paprasčiausia būtybė ir organizmas neturi šio organo. Labiausiai primityvioji širdis atsiranda šerių kirminų kirminuose, kuriuos atstovauja tik vienas skilvelis. Dviejų kamerų širdis pirmą kartą išsivysto žuvų ir lamelių pavidalu.
Trijų kamerų širdies atsiradimą palengvino būtybių atsiradimas žemėje. Ji turi daug daugiau privalumų, palyginti su ankstesniais, bet vis dar nėra tobula. Organas susideda iš skilvelio ir dviejų atrijų. Be to, trijų kamerų širdyje esantys gyvūnai turi 2 kraujotakos apskritimus.
Kas yra trijų kamerų širdies savininkas?
- varliagyviai arba varliagyviai (varlės, rupūžės, varlės, salamandrai);
- ropliai (gyvatės, vėžliai, driežai, krokodilai).
Taip pat turėtume apsvarstyti krokodilo širdies struktūrą. Skilvelio pertvara yra tuščiavidurė ir taip sudaro keturių kamerų širdį. Bet kadangi centre yra skylė, krokodilo širdis nėra pilnas keturių kamerų, pavyzdžiui, paukščių, žinduolių ir žmonių.
Kaip trijų kamerų širdis tapo keturių kamerų
Stuburinių gyvūnų atsiradimas sausumoje buvo susijęs su plaučių kvėpavimo plėtra, dėl ko reikėjo radikaliai keisti kraujotakos sistemą. Žuvų kvėpavimo žarnyse vienas kraujo apytakos ratas ir atitinkamai dviejų kamerų širdis (susideda iš vieno atriumo ir vieno skilvelio). Antžeminiuose stuburiniuose gyvūnuose yra trijų ar keturių kamerų širdis ir du kraujo apytakos ratai. Vienas iš jų (mažas) verčia kraują per plaučius, kur jis yra prisotintas deguonimi. Tada kraujas grįžta į širdį ir patenka į kairiąją atriją. Didelis ratas nukreipia deguonies turtingą (arterinį) kraują į visus kitus organus, kur jis duoda deguonį ir grįžta į širdį per veną į dešinę atriją.
Gyvūnams, turintiems trijų kamerų širdį, abiejų atrijų kraujas patenka į vieną skilvelį, iš kur jis keliauja į plaučius ir visus kitus organus. Tuo pačiu metu arterinis kraujas sumaišomas su veniniu krauju. Gyvūnams, turintiems keturių kamerų širdį, vystymosi metu vienas skilvelis iš pradžių padalintas į pertvarą į kairę ir dešinę pusę. Dėl to du kraujo apytakos apskritimai yra visiškai atskirti: deguonies prastas kraujas patenka iš dešiniojo skilvelio į dešinįjį skilvelį ir iš ten eina į plaučius, prisotintą deguonimi iš kairiojo skilvelio tik į kairiojo skilvelio ir eina iš visų kitų organų.
Keturių kamerų širdies susidarymas buvo būtina sąlyga šiltakraujystės vystymuisi žinduoliams ir paukščiams. Šilto kraujo audiniai sunaudoja daug deguonies, todėl jiems reikalingas „grynas“ arterinis kraujas, labiausiai prisotintas deguonimi. Mišrus arterinis venų kraujas gali būti patenkintas su trijų kamerų širdimi sulaikytais šaltakraujiais stuburiniais gyvūnais. Trijų kamerų širdis yra būdinga varliagyviams ir daugumai roplių, nors pastarieji dalinai išskiria skilvelius į dvi dalis (išsivysto neišsami vidinė skilvelio pertvara). Dabartinė keturių kamerų širdis vystėsi nepriklausomai trijose evoliucinėse linijose: krokodiluose, paukščiuose ir žinduoliuose. Tai ryškus lygiagrečios raidos pavyzdys.
JAV, Kanados ir Japonijos biologai sugebėjo iš dalies iššifruoti šio pagrindinio evoliucinio įvykio molekulinį genetinį pagrindą (Koshiba-Takeuchi ir kt., 2009). Pagrindinis jo vaidmuo tenka Tbx5 geno pokyčiams. Šis genas, koduojantis reguliuojamąjį baltymą, besivystančioje širdyje išreiškiamas skirtingai - varliagyvių (Xenopus spur-like frog) ir šiltakraujų (vištienos ir pelės) širdyse. Pirmajame jis yra vienodai išreikštas per visą būsimąjį skilvelį, o pastarojoje jo išraiška yra maksimali kairėje anlage pusėje (būsimajame kairiajame skiltyje) ir minimali dešinėje. O kaip apie roplius?
Nustatyta, kad ropliai - driežai ir vėžliai - ankstyvosiose embriono stadijose Tbx5 genas išreiškiamas tokiu pačiu būdu, kaip ir varlė, ty tolygiai visam būsimam skilveliui. Be driežas, viskas lieka iki vystymosi pabaigos. Kaip varlė, driežas nesukuria nieko, panašaus į skilvelį (bent jau iš dalies) tarp skilvelių.
Kaip vėžlys, tada jo vėlyvose stadijose susidaro ekspresijos gradientas - tas pats, kas vištienoje, tik mažiau ryškus. Kitaip tariant, dešinėje skilvelio dalyje, geno aktyvumas palaipsniui mažėja, o kairėje - išlieka aukštas. Taigi, pagal Tbx5 išraiškos pobūdį, vėžlys yra tarpas tarp driežas ir vištienos. Tą patį galima pasakyti apie širdies struktūrą. Vėžlys sudaro neišsamią pertvarą tarp skilvelių, bet vėlesniais etapais nei viščiukuose. Vėžlio širdis yra tarp tarp tipinių trijų kamerų (pavyzdžiui, varliagyvių ir driežų) ir keturių kamerų, pavyzdžiui, krokodilų ir šiltakraujų.
Siekiant patvirtinti pagrindinį Tbx5 geno vaidmenį širdies evoliucijoje, buvo atlikti eksperimentai su modifikuotomis pelėmis. Šiose pelėse eksperimento prašytojui buvo įmanoma išjungti Tbx5 geną vienoje ar kitoje širdies gemalo dalyje. Paaiškėjo, kad jei išjungsite geną visame skilvelio pumpuruose, gemalas net nesiskirsto į dvi dalis: iš jo išsivysto vienas skilvelis be jokių pertvaros pėdsakų. Gaukite pelės embrionus su trijų kamerų širdimi! Tokie embrionai miršta 12-ąją embriono vystymosi dieną.
Kitame eksperimente autoriams pavyko užtikrinti, kad Tbx5 genas būtų vienodai išreikštas pelės embrionų skilvelių gemaluose - kaip ir varlės ir driežas. Tai vėl paskatino pelės embrionus su trijų kamerų širdimi.
Žinoma, būtų dar įdomiau sukurti tokius genetiškai modifikuotus driežus ar vėžlius, kuriuose Tbx5 būtų išreikštas kaip pelėms ir viščiukams, t. Y. Stipriai kairėje skilvelio pusėje, silpnai dešinėje pusėje, ir pažiūrėkite, ar iš šios širdies yra daugiau kaip keturių kamerų. Tačiau tai dar neįmanoma: roplių genų inžinerija iki šiol nepagerėjo.
Akivaizdu, kad evoliucija, sukurianti šiltą kraują, ir visa tai, kas suteikia šią transformaciją (širdis, kraujotakos sistema, intelektas, ekskrecijos sistema ir kt.), Naudojo paprastus įrankius: tuo mažiau reikalingų parametrų, tuo geriau. Ir jei trijų kamerų širdis vienu žingsniu gali būti paversta keturių kamerų, tada nėra jokios priežasties nesinaudoti ja.
Genų dubliavimas
DAUGIAFUNKCINĖS GENES - EVOLUTIONARŲ INOVACIJŲ PAGRINDAS.
Idėja, kad genų dubliavimasis yra svarbiausias evoliucinių naujovių šaltinis, jau 1930-aisiais buvo išreikštas išskirtiniu biologu Johnu Haldanu (Haldane, 1933). Šiandien nėra jokių abejonių. Idėja yra paprasta. „Ypatingos“ geno kopijos atsiradimas genome atveria laisvę evoliuciniams eksperimentams. Mutacijos, kurios atsiranda vienoje iš dviejų kopijų ir silpnina pradinę geno funkciją, nebus pašalintos atrankos būdu, nes yra antroji kopija, kuri išlieka tokia pati. Atranka pašalina tik tas mutacijas, kurios mažina kūno tinkamumą, ir todėl būtina, kad abi geno kopijos būtų sugadintos vienu metu. Todėl viena iš kopijų greičiausiai išliks nepakitusi, o kita pradės laisvai kaupti atsitiktines mutacijas. Labiausiai tikėtina, kad ši keičianti kopija bus beviltiškai sugadinta arba visiškai prarasta. Tačiau yra tikimybė, kad kai kuri mutacija pakeis kopiją pridės naują naudingą savybę. Pakanka, kad ši nuosavybė iš pradžių buvo išreikšta kiek įmanoma mažesniu laipsniu. Atranka „patrauks“ atsiradusį pranašumą ir pradės optimizuoti naujos funkcijos geną.
Šis naujovių vystymo būdas vadinamas neofunkcionalizacija. Vienas iš dvigubo geno kopijų lieka valymo pasirinkimo veikloje, nesikeičia ir išlaiko senąją funkciją, o kita kopija įgyja naują. Žinoma, daugeliu atvejų nauja funkcija bus susijusi su originaliu: tai bus tam tikras senosios temos variantas (nepamirškite, kad 1 skyriuje kalbėjome apie sunkumą pereiti nuo vieno fitneso kraštovaizdžio į kitą?)
Dažnai pasitaiko, kad baltymas, optimizuotas pasirinkus vieną funkciją, taip pat gali atlikti kitas antrines arba visiškai nereikalingas funkcijas mažai efektyviai veikiančioms įstaigoms, tiesiog kaip šalutinį poveikį. Pavyzdžiui, dauguma fermentų, kurie specializuojasi dirbti su vienu substratu, gali šiek tiek dirbti su kitomis molekulėmis, panašiomis į pagrindinį substratą. Galima sakyti apie tokius fermentus, kad jie yra pritaikyti naujos funkcijos įgijimui. Jei sąlygos pasikeičia taip, kad ši papildoma funkcija pasirodytų naudinga, baltymas gali specializuotis jame - savo hobį paversti pagrindiniu darbu (Conant, Wolfe, 2008). Be to, tai bus ypač lengva padaryti, jei baltymo genas netyčia patiria dubliavimą. Iš tiesų šiuo atveju vienas iš geno kopijų gali išlaikyti senąją specializaciją, o kitas gali būti optimizuotas atlikti naują funkciją. Tai vadinama subfunkcionalizacija arba tiesiog funkcijų atskyrimu.
Na, jei pagrindinė baltymų funkcija vis dar yra naudinga, papildoma funkcija („hobis“) taip pat yra naudinga, o funkcijų atskyrimas nevyksta, nes genas nėra dubluojamas? Tokiu atveju atranka optimizuos baltymą, kad vienu metu atliktų abi funkcijas. Tai yra labiausiai paplitęs dalykas: daugelis genų iš tikrųjų atlieka ne vieną, bet keletą naudingų funkcijų organizme (dėl paprastumo kalbėsime apie atvejį, kai yra dvi funkcijos). Toks genas yra adaptyvaus konflikto būsenoje. Jei jame įvyksta mutacija, kuri pagerina vienos iš funkcijų veikimą, ji bus naudinga tik tuo atveju, jei antroji funkcija to nedaro. Dėl to geno balansas tarp dviejų optimizavimo krypčių ir jos struktūros yra kompromisas tarp prieštaraujančių atrankos reikalavimų. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje nė viena iš šių funkcijų negali būti tobulinama. Tokiems genams dubliavimasis gali tapti „ilgai lauktu išlaisvinimu“ iš vidinių konfliktų. Jei daugiafunkcinis genas galiausiai yra dubliuojamas, gautos kopijos greičiausiai padalins funkcijas tarpusavyje ir greitai optimizuos skirtingomis kryptimis. Toks yra būdas išvengti adaptyvių konfliktų.
Klasikiniai naujų genų atsiradimo dubliavimo pavyzdžiai
Kristalai yra akies lęšio baltymai. Tirpumas vandenyje, skaidrumas ir stabilumas (ilgas „galiojimo laikas“) - beveik vieninteliai privalomi reikalavimai, keliami baltymų atrankai į kristaliną. Tikriausiai dėl šios priežasties įvairūs kristalinų tipai gyvūnuose buvo pakartotinai formuojami iš labiausiai įvairios „improvizuotos medžiagos“. Pavyzdžiui, paukščių ir roplių delta-kristalai atsirado dubliuojant ir subfunkcionalizuodami iš fermento argininosukcinato-liazės, tau-kristalinų iš enolazės, SIII-kristalinų iš glutationo-S-transferazės, zeta-kristalino iš chinono oksidoreduktazės. Kai kurie kristalai netgi išlaikė fermentinį aktyvumą: tokie baltymai gali veikti kaip kristalai lęšyje ir kituose audiniuose kaip fermentai arba chaperonai [70]. Taigi paukščių epsilon-kristalinas tuo pat metu yra fermento laktato dehidrogenazė (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Genų dubliavimasis ir subfunkcionalizavimas dažnai atleidžia juos nuo tokio derinio. Pavyzdžiui, žmonėms kristalinis alfa-B derina kristalinės ir chaperono funkcijas, o zebrafinėje - atitinkamas genas kartojasi su viena kopija (alfa-B1), orientuota į optinę funkciją kristaliniame lęšyje, o antrasis (alfa B2) chaperono funkcijoje kituose audiniuose (Smith et al., 2006).
Ypač dažnai iš glikolizės fermentų susidaro kristalai - biocheminis procesas, kurio metu ląstelė kaupia energiją, skaidydama gliukozę nenaudodama deguonies. Faktas yra tas, kad embriono vystymosi metu lęšis yra sudarytas iš ląstelių, kurios negali kvėpuoti deguonimi: šios ląstelės gali išskirti energiją tik glikolizės būdu. Todėl jie yra tiesiog pripildyti glikolitiniais fermentais. Tačiau natūrali atranka yra puiki oportunistinė ir oportunistinė, jis sukuria prisitaikymą ne iš to, kas yra geriau, bet nuo to, kas pirmiausia atsiranda.
Pritraukiant chaperonus kristalų vaidmeniui, logika yra tokia pati - oportunistinė. Chaperonai yra atsakingi už kitų baltymų struktūros stabilumą ir sklandų streso faktorių, ar tai būtų mutacijos ar temperatūros svyravimai, poveikį. Objektyvas tam tikra prasme susidaro „įtemptose“ sąlygose (be deguonies kvėpavimo), o jo turinys turi būti labai atsparus bet kokiam stresui: objektyvas turi išlaikyti savo skaidrumą ir šviesos lūžio savybes per visą organizmo tarnavimo laiką, esant didelėms šviesos sąlygoms, be jokios pagalbos iš išorės, be kraujagyslių, be nervų. Todėl chaperonų buvimas formuojančiame lęšyje yra gana logiška adaptacija. Na, nes jie jau yra ten, kas nėra svarbi naujų kristalinų evoliucijai?
Antarkties žuvų baltymai. „Nototeny“ žuvys yra labiausiai įvairios ir masinės žuvų grupės šaltose Antarkties jūroje. Nototenijos sėkmė yra susijusi su nuostabiais antifrizo baltymų buvimu jų kraujyje. Šie baltymai jungiasi į atsirandančius ledo kristalus ir neleidžia jiems augti, o tai leidžia jiems gyventi labai žemoje temperatūroje (sūraus jūros vanduo užšąla -1,9 ° C temperatūroje, o paprastųjų jūros žuvų kraujas - −0,7... −0,1 ° C). Keista, kad antifrizas nototenyh, gautas iš baltymų, kurio funkcija neturi nieko bendra su apsauga nuo užšalimo. Jų protėviai buvo tripsinas, kasos fermentas, kuris suskaido baltymus virškinimo trakte. Visi antifrizo genai (kurie yra keli iš jų) yra labai panašūs vienas į kitą ir akivaizdžiai įvyko iš eilės pasikartojančių vieno protėvio geno, kuris savo ruožtu buvo sudarytas iš geno, kuris koduoja trippsogeną (tai baltymas, iš kurio gaminamas fermentas tripolis). Antifrizo genų pradžia ir pabaiga išliko tokia pati, kaip ir tripsino geno, o viduryje buvo pakartotinis (amplifikuotas) devynių nukleotidų fragmentas iš trijų aminorūgščių koduojančios trippsino geno vidurinės dalies: treonino-alanino-alanino. Šis pasikartojantis aminorūgšties motyvas sudaro antifrizo molekulės pagrindą. Sprendžiant iš molekulinio laikrodžio požymių, pradinis tripsino geno dubliavimas ir pirmojo antifrizo atsiradimas įvyko prieš 5-14 milijonų metų. Tai apytiksliai sutampa su staigaus aušinimo metu Antarktidoje (10–14 mln.), Taip pat su sparčiu adaptacinės nototeno žuvies spinduliuotės pradėjimu (Chen ir kt., 1997).
Vienas nototenijos atstovas, Antarkties dantų žuvis Dissostichus mawsoni, aptiko baltymų tarpinę tarp tripsogeno ir tipiškų antifrizų: joje liko originalios trypsinogeno fragmentai, kuriuos prarado likusieji antifrizai. Šis baltymas yra tikra molekulinė "pereinamoji forma".
Kai kurios Arkties žuvys, prisitaikiusios prie gyvenimo lediniame vandenyje, taip pat pasirodė antifrizo baltymai, bet kiti. Antifrizo menkė panaši į savo antifrizą nototenivyh, bet neturi nieko bendro su tripsogenu. Menkių antifrizo kilmė dar nėra paaiškinta, tik aišku, kad tai buvo nepriklausomas įsigijimas. Kitos arktinės žuvys turi savo unikalų antifrizą, susidariusį iš kitų baltymų - lektinų ir apolipoproteinų (True, Carroll, 2002).
Specialios ribonukleazės (fermento, kuris suskaido RNR) atsiradimas beždžionėse, kurios maitina lapus. Kolobins - Senojo pasaulio beždžionėse, kurios maitina sunkiai virškinamus augalinius maisto produktus, išsivystė ypatinga skrandžio dalis, kurioje simbiotinės bakterijos virškina nevalgomą gyvūnų masę [71]. Be to, beždžionė pati maitina šias bakterijas, o jose, kaip ir bet kurioje sparčiai augančioje bakterijų populiacijoje, yra daug RNR.
Bakterijų RNR virškinimui kolobinai turi fermentą - RNazę, galinčią dirbti rūgštinėje aplinkoje. Kolobino protėviai neturėjo tokio fermento. Bet jie, kaip ir visi beždžionės, turėjo dar vieną RNazę (RNazė1), dirbančią šarminėje terpėje ir sugebėdami suskaidyti dvigubą RNR. Tai vienas iš antivirusinės apsaugos mechanizmų, nesusijęs su virškinimu.
Perėjus prie simbiotinių bakterijų mitybos, kolobinas sukūrė naują RNazę, RNase1B. Jis gaminamas kasoje ir patenka į plonąją žarną. Kolobinų žarnyne, skirtingai nuo kitų beždžionių, aplinka yra rūgšta ir ne šarminė. Naujasis fermentas puikiai virškina bakterinę RNR, bet negali neutralizuoti dvigubo viruso RNR.
Rnase1B genas pasirodė kaip pirminio RNase1 geno dubliavimo rezultatas. Po dubliavimo viena iš kopijų išsaugojo senąją funkciją, o kita - naują. Tuo pačiu metu pirmasis egzempliorius buvo veikiamas gryninimo atrankos būdu, o antrasis buvo teigiamas, o tai lėmė devynių reikšmingų pakeitimų konsolidavimą. Eksperimentai parodė, kad kiekviena iš šių devynių pakeitimų sumažina pradinės funkcijos - dvigubos RNR padalijimo efektyvumą. Todėl, norint sukurti naują funkciją, buvo reikalingas dubliavimas: jei Kolobin neturėjo „atsarginės“ geno kopijos, kuri ir toliau vykdė senąją funkciją, atranka vargu ar galėtų nustatyti šias devynias mutacijas (Zhang ir kt., 2002).
Paukščių baltymai iš tarakono Diploptera punctata. Šie vivipariniai tarakonai maitina savo jaunus palikuonis su specifiniais baltykais, kurie atsirado dubliuojant ir neofunkcionuojant iš lipokalino - ekstraląstelinių baltymų, atsakingų už mažų hidrofobinių molekulių (lipidų, steroidų, retinoidų ir tt) transportavimą (Williford ir kt., 2004). Matyt, iš tos pačios protėvių lipocalino kitame taraklyje, Leucophaea maderae, buvo aphrodisiac baltymas, su kuriuo vyrai pritraukia moteris (Korchi ir kt., 1999).
Ar galima praktiškai atskirti neofunkcionalizaciją nuo vengimo prisitaikyti konfliktų? Teoriškai tai neturėtų būti taip sunku. Pirmuoju atveju viena geno kopija yra išvaloma (neigiama) atranka ir toliau atlieka pradinę funkciją, o antroji kopija atliekama teigiamai. Mes aptarėme, kaip nustatyti, kokio tipo atranka veikė 2 skyriuje esantį geną. Antruoju atveju abu egzemplioriai yra teigiamai atrinkti, o abiejų funkcijų atlikimo efektyvumas didėja.
Norėdami išbandyti tokias teorijas praktikoje, biologai sužinojo tik neseniai. Pavyzdžiui, 2008 m. Duke universiteto (JAV) genetika šiuos kriterijus taikė dvigubam fermento genui ipomoea, augalų gentyje iš konvolulaceae šeimos (Des Marais, Rausher, 2008). Fermentas vadinamas dihidroflavonol-4-reduktaze (DFR). Jis atkuria įvairius flavonoidus, paverčiant juos raudonais, violetiniais ir mėlynais antocianino pigmentais. Tai yra pirminė šio fermento funkcija, kurią ji atlieka beveik visuose žydinčiuose augaluose. Be to, fermentas katalizuoja kai kurias kitas chemines reakcijas, o visiškas jo galimybių spektras dar nėra nustatytas.
Ipomooje ir keliuose artimuose giminaičiuose DFR genas yra trijų egzempliorių, esančių arti viena kitos, forma (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Kitiems geno konvekcams yra tik viena kopija. Visa konvoluliacija su trigubu DFR genu sudaro kladą, t. Y. Grupę, kilusią iš vieno bendro protėvio ir įskaitant visus jo palikuonis. Pradinėje šios grupės evoliucijos stadijoje genas patyrė du iš eilės tandeminius dubliavimus. Pirma, atsirado dvi kopijos, iš kurių viena tapo DFR-B genu, o antrasis buvo pakartotas ir paverstas DFR-A ir DFR-C.
Kalbant apie sinonimų ir reikšmingų pakaitalų santykį, autoriai nustatė, kad po pirmojo dubliavimo genas, kuris vėliau buvo padalintas į DFR-A ir DFR-C, buvo teigiamos selekcijos įtaka. Jis greitai užregistravo reikšmingus pakeitimus, t. Y. Įvyko adaptyvi evoliucija. Kalbant apie DRF-B geną, reikšmingų pakeitimų fiksavimo greitis jame po dubliavimo, atrodo, nepadidėjo. Tai, atrodo, teigia, kad neofunkcionalizacija reiškia, kad DRF-B genas išlaikė pradinę funkciją, o DFR-A ir DFR-C įgijo naują. Tačiau vis dar anksti daryti išvadas šiame etape, nes svarbūs adaptyvūs pokyčiai gali būti susiję su labai nedideliu reikšmingų pakeitimų skaičiumi. Iš esmės netgi viena aminorūgščių pakaitalas gali pakeisti baltymo savybes.
Siekiant tiksliai nustatyti, ar DFR-B geno adaptyvi evoliucija įvyko po dubliavimo, buvo būtina eksperimentiškai ištirti jo užkoduoto baltymo savybes. Būtent tai padarė autoriai. Jie ištyrė DFR-A, DFR-B ir DFR-C Ipomoea baltymų katalizinį aktyvumą, taip pat kitų nuteistųjų DFR baltymų versiją. Visi baltymai buvo išbandyti, kad būtų galima atkurti penkis skirtingus substratus (medžiagas iš flavonoidų grupės).
Paaiškėjo, kad Ipomoea DFR-B baltymas veikia efektyviai su visais penkiais substratais. Pradinis baltymas DFR susiduria su visais jų daug blogiau. Galiausiai, DFR-A ir DFR-C neturi jokio katalizinio aktyvumo šių penkių substratų atžvilgiu.
Taigi, DFR-B baltymas po dubliavimosi tapo labiau pajėgi susidoroti su pagrindine funkcija - flavonoidų atkūrimu - nei anksčiau. Ir tai nepaisant to, kad po dubliavimosi buvo nedaug prasmingų pakeitimų. Kaip paaiškėjo, vienas pakaitalas pagrindinėje padėtyje labai padidino fermento efektyvumą. Istorija pasirodė gana detektyvi.
Dauguma žydinčių augalų, esančių 133-oje pozicijoje DFR baltyme, yra aminorūgščių asparaginas (Asn133), kuris atlieka svarbų vaidmenį fermento „nustatyme“. DFR baltymai su Asn133 efektyviai regeneruoja flavonoidus. Tačiau tolimuose šliaužiančių roplių protėviuose (bendrame Passel-color ir Gentian protėvyje) šis labai svarbus asparaginas buvo pakeistas asparto rūgštimi (Asp133). Dėl to pablogėjo fermento „flavonoidų“ funkcija. Kodėl tokia kenksminga mutacija nebuvo atrinkta atrankos būdu? Akivaizdu, kad tuo metu DFR baltymas šiame evoliucinėje linijoje (t. Y. Sėklos žydėjimo ir gencijono protėviai) atsirado nauja papildoma funkcija. Pasirinkimas pradėjo optimizuoti baltymą dviem kryptimis, o asparagino pakeitimas asparto rūgštimi 133-oje pozicijoje buvo kompromiso rezultatas - tiesioginis adaptyvaus konflikto rezultatas. Kokia ši papildoma funkcija, deja, negalėjo išsiaiškinti. Tačiau pokytis įvyko baltymų srityje, kuri yra atsakinga už substrato surišimą, o tai reiškia, kad tai yra darbas su kai kuriais naujais substratais.
Nuo tada dauguma sėklų ir gencijų veislių turėjo atitikti DFR baltymo „kompromiso“ variantą. Tačiau tarp Ipomoea protėvių DFR genas padvigubėjo, yra unikali galimybė pabėgti nuo adaptyvaus konflikto ir paskirstyti funkcijas tarp baltymų. Ir Ipomoea protėviai nepraleido šios galimybės. Po dubliavimosi DFR-B baltymas susigrąžino asparaginą 133-oje padėtyje. Tai labai padidino katalizinį aktyvumą flavonoidų atžvilgiu. Fermento efektyvumas vėl padidėjo, kaip ir tolimuose protėviuose, kuriems fermentas dar neturėjo papildomos funkcijos. Ir šiam tikslui pakanka vienos aminorūgšties pakeitimo (todėl reikšmingų ir sinoniminių pakaitalų santykio analizė neatskleidė teigiamos selekcijos pėdsakų DFR-B gene).
Kas nutiko su DFR-A ir DFR-C genais? Akivaizdu, kad jie visiškai atsisakė senosios funkcijos (dirbdami su flavonoidais) ir skyrė naujosios programos įgyvendinimą. Jei asparaginas pakeistas asparto rūgštimi, tai kompromisinis sprendimas, kuris kažkaip sujungė abi funkcijas tame pačiame baltyme, tada galima daryti prielaidą, kad DFR-A ir DFR-C asparto rūgštis pakeičiama kitu, bet ne asparaginu. Taip atsitiko. Įvairių tipų ipomei DFR-A baltymuose 133-oji padėtis užima įvairios aminorūgštys, o DFR-C baltymuose visada yra izoleucinas, kuris atima baltymų gebėjimą dirbti su flavonoidais.
Nors šiame tyrime išliko erzina „skylė“, tačiau nebuvo įmanoma išsiaiškinti, kokia yra nauja DRF baltymų funkcija, tačiau rezultatai rodo, kad būtent nukrypimas nuo adaptyvaus konflikto, o ne neofunkcionalizacija. DRF genas tapo bifunkciniu ilgiau prieš dubliavimą. Dubliavimas leido paskirstyti funkcijas tarp kopijų, pašalinti adaptyvų konfliktą ir optimizuoti kiekvieną geną, kad būtų galima atlikti vieną funkciją.
Straipsnio pabaigoje autoriai pateikia svarbią pastabą. Jie nurodo, kad, nukrypstant nuo adaptyvaus konflikto, lyginant su neofunkcionalizacija, yra didesnė tikimybė išsaugoti „ekstra“ kopijas geno po dubliavimo. Galų gale, jei dvigubas genas atlikdavo dvi funkcijas net prieš dubliavimą, funkcijų atskyrimo procesą gali inicijuoti daug skirtingų mutacijų bet kurioje iš dviejų kopijų. Atsitiktinės mutacijos yra labiau tikėtina, kad šiek tiek pagerins vieną iš esamų baltymų funkcijų nei sukurti visiškai naują.
Iš šių pozicijų lengviau suprasti kitų tyrimų rezultatus, įskaitant duomenis apie du visiškai genomo dubliavimus, įvykusius stuburinių evoliucijos aušros metu.
Medicininių klaidingų nuomonių enciklopedija
Išsklaidyti šiuolaikinio žmogaus nesusipratimus.
Širdis
Kai kurie žmonės mano, kad žmogaus širdies dydį gali lemti jo kumščio dydis - jie sako, jie sutampa. Tiesą sakant, širdis yra daug didesnė kumštis.
Jei mes matuojame su kumščiais, tada jo dydis bus apie du su puse kumščio. Jis užima širdį apie trečdalį krūtinės.
Pagalba
Mažiems organizmams nėra problemų dėl maistinių medžiagų pristatymo ir medžiagų apykaitos produktų pašalinimo iš organizmo (pakankamas difuzijos greitis). Tačiau, didėjant dydžiui, reikia užtikrinti vis didėjančius kūno poreikius energijos ir maisto gavimo ir suvartojamų medžiagų pašalinimo procese. Dėl to primityvūs organizmai jau turi vadinamąsias „širdis“, kurios teikia būtinas funkcijas. Be to, kaip ir visi homologiniai (panašūs) organai, sumažėja skyrių skaičius dviem (žmonėms, pvz., Du kiekvienai cirkuliacijai).
Paleontologiniai radiniai leidžia mums pasakyti, kad primityvūs akordai jau turi tam tikrą širdį. Vis dėlto žuvyse yra pilnas kūnas. Yra dviejų kamerų širdis, atsiranda vožtuvo aparatas ir širdies maišelis.
Amfibijai ir ropliams jau yra du kraujo apytakos ratai, o jų širdis yra trijų kamerų (atsiranda interatrialinė pertvara). Vienintelis šiuolaikinis roplys, turintis žemesnį lygį (interatrialinis pertvaras ne visiškai atskiria atriją), bet jau keturių kamerų širdis yra krokodilas. Manoma, kad pirmą kartą keturių kamerų širdis atsirado dinozauruose ir primityviuose žinduoliuose. Vėliau tiesioginiai dinozaurų palikuonys paveldėjo šią širdies paukščių ir primityvių žinduolių palikuonių struktūrą - tai šiuolaikiniai žinduoliai.
Visų akordų širdyje būtinai yra širdies maišelis (perikardas), vožtuvo aparatas. Moliuskų širdyse taip pat gali būti vožtuvai, perikardas, kuris pilvo lapuose apima nugaros žarnyną. Vabzdžiams ir kitiems nariuotakojams kraujotakos sistemos organai, kaip didžiųjų kraujagyslių peristaltiniai išplitimai, gali būti vadinami širdimis. Chordatose širdis yra nesusijęs organas. Moliuskai ir nariuotakojai gali skirtis. „Širdies“ sąvoka netaikoma kirminams ir kt.
Biologai suprato, kaip širdies defektai susidaro žmonėms
Biologai sugebėjo rasti pagrindinį baltymą, kuris iš trijų kamerų paverčia embriono širdį į keturias kameras. Pasak mokslininkų, jų atradimas padės žmonėms užkirsti kelią daugelio širdies sutrikimų vystymuisi.
Kodėl žmogui reikia keturių kamerų širdies
Tik paukščiai ir žinduoliai, įskaitant žmones, susideda iš keturių kamerų - kairiojo ir dešiniojo atriumo, taip pat dviejų skilvelių. Tokia struktūra užtikrina deguonies arterijų ir deguonies prastų venų kraujo atskyrimą. Vienas srautas, su veniniu krauju, siunčiamas į plaučius, o kitas - su arterijų tiekimu visam kūnui. Energetiniu požiūriu tokia apyvarta yra kuo naudingesnė. Todėl, pasak mokslininkų, dėl keturių kamerų širdies gyvūnai išmoko išlaikyti pastovią kūno temperatūrą. Skirtingai nuo šiltakraujų šaltojo kraujo, pavyzdžiui, varliagyvių, širdis yra trijų kamerų. Su ropliais situacija yra sudėtingesnė. Jie yra speciali grupė. Faktas yra tai, kad jų skilveliai yra atskirti pertvara, bet jame yra skylė. Kaip ir keturių kamerų širdis, bet ne visai. Trūksta vienos dalies: filmų skaidinio, kuris padengtų tarpsluoksnį atidarymą ir sukurtų visišką kairiojo ir dešiniojo skilvelių izoliavimą. Toks filmų skaidinys atsirado paukščiams ir žinduoliams daug vėliau.
Kaip susikūrė skaidinys
Atsiradus šiai daliai, atrado didelę Amerikos, Kanados ir Japonijos mokslininkų grupę, kuriai vadovavo dr. Benoit G. Bruneau iš Gladstone širdies ir kraujagyslių ligų instituto. Autoriai nustatė, kad skaidinys pradeda formuotis, jei Tbx5 baltymų, kurie jungia DNR ir sukelia genų, atsakingų už kardiomiocitų sintezę, transkripcijos faktorių skaičius yra nevienodai pasiskirstęs abiejuose skilveliuose. Kai Tbx5 skaičius pradeda mažėti, o skaidinys susidaro.
Vėžlys ir driežas
Bruno ir jo kolegos ištyrė širdies vystymąsi raudonų ausų vėžlių (Trachemus scripa elegans) ir Caroline Anolis driežas (Anolis carolinensis) embrionuose. „Mums buvo svarbu pamatyti, kaip šios ir kitos rūšies embrionuose susiformuoja tarpsluoksnė pertvara. Vėžlys, kuriame pradeda formuotis keturių kamerų širdis, ir žiedas su trijų kamerų širdimi, - aiškina mokslininkai.
Paaiškėjo, kad Tbx5 baltymas yra nevienodai pasiskirstęs vėžlys. Šio baltymo koncentracija, nors ir labai palaipsniui, sumažėjo nuo kairės iki dešinės skilvelio pusės. Ir driežų, Tbx5 kiekis apskritai buvo vienodas visame skiltyje, todėl nereikėjo išvaizdos pertvaros. „Remdamiesi tuo, mes nusprendėme, kad tarpsluoksnės pertvaros atsiradimas yra susijęs su skirtingomis Tbx5 koncentracijomis“, - sako mokslininkai.
Pelės su šalto širdies vėžliu
Eksperimentas buvo sėkmingas. Tik liko suprasti, ar Tbx5 koncentracija iš tikrųjų yra priežastis, o pertvaros atsiradimas yra pasekmė, ar tai tik sutapimas. Dr Bruno ir jo kolegos pakeitė pelių DNR, kad Tbx5 lygis atitiktų Tbx5 lygį vėžlyje. Taigi pelės gimė su trijų kamerų vėžliu širdimi - be filmo, apimančio tarpkultūrinį atidarymą. Deja, visos pelės mirė beveik iš karto po gimimo. Tačiau šios patirties dėka mokslininkai sugebėjo suprasti, kad transkripcijos faktoriaus lygio pasiskirstymas iš tikrųjų lemia skilvelio atidarymo dangą.
Širdies sutrikimai gali būti gydomi Tbx5
„Tai, ką galėjome atrasti, yra svarbus žingsnis suprasti širdies evoliuciją. Suprasdami, kaip buvo suformuota tarpsluoksnė pertvara, galėsime eiti dar toliau. Ir išsiaiškinti, kaip žmonėms atsiranda įgimtų defektų, kodėl kai kuriuose embrionuose tarpkultūrinė pertvara nesudaro ir kaip šis procesas gali būti paveiktas “, - sako autoriai.
Daugiau informacijos apie mokslininkų darbą galima rasti naujausiame žurnalo „Nature“ leidinyje.