MBARI ve işbirliği yapan bilim adamları tarafından yapılan bir araştırma, diğer tüm hayvanlarla en uzaktan akraba olan hayvanın süngerler değil petek jöleler olduğunu belirlemek için gen bağlantılarını kullandı ve bu da, hayvanların evrimi hakkında çok eskilere dayanan temel bir sorunun açıklığa kavuşturulmasına yardımcı oldu. 700 milyon yıldan daha eski.
Gen bağlantılarının haritalanması, petek denizanalarının diğer tüm hayvanlarla kardeş grup olduğuna dair kesin kanıtlar sağlar.
Çığır açan bir çalışma yayınlandı in Nature by MBARI araştırmacıları ve işbirlikçileri, 700 milyon yıl öncesine kadar uzanan hayvan evriminin en eski noktalarına dair yeni bilgiler sunuyor. Çalışma, hangi hayvanın, süngerlerin veya tarak denizanalarının (ktenoforlar) diğer tüm hayvanlarla en uzak ilişkiyi temsil ettiğinin gizemi etrafında dönüyor. Araştırmacılar, geniş bir hayvan yelpazesinde tek bir kromozomda bir arada bulunan gen kümelerini haritalayarak, taraklı jölelerin diğer tüm hayvanlara kardeş grup oluşturduğuna dair güçlü kanıtlar sundular.
MBARI araştırmacıları ve işbirlikçileri tarafından yayınlanan bir çalışma Nature dergisinde bugün (17 Mayıs), 700 milyon yıldan daha uzun bir süre önce gerçekleşen hayvan evrimindeki en eski noktalardan biri hakkında yeni bilgiler sağlıyor.
Yüz yılı aşkın bir süredir bilim adamları, eski bir organizma, bugün dünyadaki çeşitli hayvanların ortaya çıkmasına neden oldu. Teknoloji ve bilim ilerledikçe, bilim adamları hayvanların – ktenoforlar olarak da bilinen süngerler veya tarak jöleleri – diğer tüm hayvanlarla en uzak akraba olduğu konusunda iki alternatif hipotez araştırdılar. Kardeş grup olarak bilinen bu aykırı değeri belirlemek, bilim adamlarını uzun süredir gözden kaçırmıştır.
Yeni çalışmada, MBARI, California Üniversitesi, Berkeley, California Üniversitesi, Santa Cruz ve ABD’den bir araştırma ekibi Viyana Üniversitesi, petek denizanalarının diğer tüm hayvanların kardeş grubu olduğuna dair net kanıtlar sağlamak için insanlardan ve hamsterlerden yengeçlere ve mercanlara kadar her şeyde her zaman tek bir kromozom üzerinde birlikte bulunan gen setlerinin haritasını çıkardı. Hayvanlar arasındaki ilişkileri anlamak, sinir sistemi veya sindirim sistemi gibi hayvan anatomisinin temel özelliklerinin zaman içinde nasıl geliştiği hakkındaki düşüncelerimizi şekillendirmemize yardımcı olacaktır.
“En derinlerden birini ele almak için yeni bir yol geliştirdik. hayvan yaşamının kökenlerine olası bakışlar. Daha önce MBARI ve UC Santa Cruz’da yüksek lisans öğrencisi araştırmacısı olan Darrin Schultz, “Hayvan evrimindeki en eski olaylarla ilgili temel bir soruyu yanıtlamak için şimdiye kadarki en güçlü kanıtı elde etmek için yaklaşık bir milyar yıl geriye gitmek için genetiği kullandık” dedi. şimdi Viyana Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı. “Bu bulgu, bilim camiasının hayvanların ve insanların nasıl evrimleştiğine dair daha iyi bir anlayış geliştirmeye başlaması için temel oluşturacak.”
Bilim adamları yıllardır süngerlerin mi yoksa süngerlerin mi evrimleştiğini araştırdılar. petek denizanaları diğer tüm hayvanlarla en uzaktan akrabaydı. Ayrıntılı genetik haritalar, tarak denizanalarının -bu Kaliforniya deniz bektaşi üzümü (Hormiphora californensis) gibi- diğer tüm hayvanlarla kardeş bir grup olduğuna dair kesin kanıtlar sağlamıştır. Kredi: Darrin Schultz © 2021 MBARI
Bir hayvandaki tüm genler, kromozomlar üzerindeki diziler halinde düzenlenir. Tek bir gen dizisinin konumu zamanla değişebilir, ancak belirli bir kromozom üzerindeki genler arasındaki bağlantılarda meydana gelen değişiklikler nadirdir ve büyük ölçüde geri döndürülemez.
Şimdiye kadar, bilim adamları yalnızca bireylerin dizilişindeki benzerliklere baktılar. en eski hayvan ilişkileri hakkında uzun süredir devam eden soruları yanıtlamak için genler.
Schultz ve ekibi, zaman içinde derinden korunan belirli kromozomlar üzerindeki genler arasındaki bağlantıları inceledi. Çeşitli hayvanlarda var olan kalıpları belirlediler ve bu bağlantıları hayvan evriminin en erken noktasına kadar haritaladılar. Ekip, petek denizanalarının, ataları diğer tüm hayvanların ortak atasından önce ayrılan benzersiz bir soyu temsil ettiğine dair güçlü kanıtlar buldu.
Ekip, bu olayı, evrim yolunda yüz milyonlarca yıl önce meydana gelen genetik bir çatala benzetiyor. Yıllar önce. Tüm hayvanların atası olan tek hücreli bir canlı, iki yavrusuyla o yolda ilerliyordu.Evrim geçirirken, kromozomlarındaki genler belirli bir düzende kaldı ve fazla değişmedi. Süngerlere ve bugün bildiğimiz diğer tüm hayvanlara dönüşecek olan diğer çocuk, diğer yolu seçti. Kromozomlarındaki genlerin çoğu kendilerini yeniden düzenledi ve kaynaştı. Bu yeniden düzenlemeler geri döndürülemez olduğundan ve nesilden nesile aktarıldığından, bugün bile tespit edilebilirler. Ekip, bu yeniden düzenlemeleri izleyerek, süngerlerin değil tarak jölelerinin diğer tüm hayvanların kardeş grubu olduğuna dair net kanıtlar buldu.
“Bu eski evrimsel olayın parmak izleri, hayvanların genomlarında hâlâ mevcuttur. yüz milyonlarca yıl sonra,” dedi Schultz. “Bu araştırma, hayvan yaşamının genetiği konusundaki anlayışımızın temelini güçlendirmeye yardımcı oluyor. Hayvanları neyin hayvan yaptığını anlamamız için bize bağlam sağlar. Bu çalışma, çevrelerini nasıl algıladıkları, nasıl yedikleri ve nasıl hareket ettikleri gibi hepimizin paylaştığı temel işlevleri anlamamıza yardımcı olacak.”
Arka plan
700 milyon yıldan daha uzun bir süre önce, farklı küçük organizma grupları hayat ağacından ayrılarak kendi bağımsız yollarında evrimleşerek bugün bildiğimiz hayvanlar haline geldiler.
Araştırmacılar hayvanlar arasındaki ilişkileri anlamak için bir asırdan uzun bir süre önce çalışmaya başladılar ve çoğu için Bu zaman diliminde, süngerlerin yüz milyonlarca yıl önce hayat ağacından ayrılarak onları diğer tüm hayvanların kardeş grubu haline getirdiğini varsaydılar.
Ancak, 15 yıl önce, araştırmacılar yeni DNA’yı kullanabildiler. – Süngerlerin değil, ktenoforların diğer tüm hayvanların kardeş grubu olduğuna dair ilk kanıtı bulmak için sıralama teknolojileri. Bu araştırma, bilim camiasında, hayvan soy ağacının en eski dalının kimliğini doğrulamak için yeni yollar geliştirmeye yönelik büyük bir çabayı ateşledi, ancak kesin bir yanıt belirsizliğini korudu.
Hayvan grupları yüz milyonlarca evrim geçirmiş olsa da yıllar arayla, oldukça fazla sayıda gen, bu çok farklı gruplarda aynı kromozomlara bağlı kalır. Zamanla, her bir kromozomdaki gen dizisi değişebilir, ancak nadir durumlar dışında, kromozoma olan gerçek bağlantı aynı kalır. Araştırmacılar, organizma gruplarının birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu anlamak için anahtar proteinleri kodlayan gen dizilerini tarihsel olarak karşılaştırdılar. Ancak, bu tekniğin süngerlerin mi yoksa ktenoforların diğer tüm hayvanların kardeş grubu olup olmadığı konusunda güvenilir yanıtlar vermediğini buldular.
MBARI araştırmacıları, tarak jöleleri ve süngerlerin genomlarında yeni ipuçları bulmak için yeni bir teknik kullandılar. .
Önce Schultz ve ekip, iki taraklı jöle ve iki deniz süngerinin yanı sıra hayvanların üç tek hücreli yakın akrabası olan bir koanoflagellat, bir filasterean amip, ve bir ichthyosporean—her birinin genlerinin daha eksiksiz ve düzenli bir resmini oluşturmak için.
Ellerinde eksiksiz kromozom dizileri bulunan MBARI araştırmacıları, sünger mi yoksa sünger mi yoksa ktenoforlar diğer tüm hayvanların en uzak akrabalarıdır.
Genler ve kromozom konumu arasındaki bağlantılar nispeten yavaş değiştiğinden, bu değişiklikler eski genomların nasıl düzenlenmiş olabileceğini ortaya koymaktadır. Belirgin, nadir değişiklikler ve korunan modeller, tüm soyları açık bir şekilde birleştirmek için kullanılabilir. Bu, hayvan ilişkileri hakkında uzun süredir devam eden soruları çözmeye yardımcı olabilir.
Penekli denizanalarının kromozom ölçeğindeki genomunu incelediklerinde, diğer hayvanlardaki modellerden çok farklı bir gen grubu gördüler. En önemlisi, ktenoforlar ve üç tek hücreli hayvan olmayan arasında paylaşılan gen kalıplarını buldular, halbuki bu kalıplar süngerlerden serçelere kadar diğer tüm hayvanlarda karıştırılmış ve karıştırılmıştır.
Belirli kalıpları karşılaştırma bağlı genlerin sayısı, araştırmacıların derinlere kök salmış bir hayvan yaşamı ağacı oluşturmasına ve ana gövdeden ayrılan dalların sırasını daha iyi belirlemesine olanak sağladı.
Ekip, biri mavi diğeri sarı olmak üzere iki deste kart kullanıyor. bu gen bağlantılarının nasıl çalıştığına dair bir benzetme olarak.
Her destedeki mavi ve sarı kartlar ayrıdır ve farklı kromozomlar üzerindeki genleri temsil eder. İlk olarak, kromozom füzyon olaylarını temsil eden iki deste birleşir. Daha sonra desteleri daha fazla karıştırmak, kromozomlar arasında genleri değiştirmek gibidir. Her karıştırma, desteyi kesip bir yarıda tüm mavi kartları ve diğer yarıda tüm sarı kartları alabilmeniz için giderek daha küçük bir şans verir. Aynı şekilde, hayvan yaşamı ağacındaki gen kalıplarını takip ederek, ata organizmalardan gelen gen bağlantılarının ağacın en uzak dallarında şans eseri yeniden üretilmesi ihtimali giderek azalacaktır.
Referans: “Antik gen bağlantılar, ktenoforları diğer hayvanların kız kardeşi olarak destekler”, yazan Darrin T.D. Haddock, Jessen V. Bredeson, Richard E. Green, Oleg Simakov ve Daniel S. Rokhsar, 17 Mayıs 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05936-6{4 }
Bu araştırmanın finansmanı, David ve Lucile Packard Vakfı, MBARI, Ulusal Bilim Vakfı (GRFP DGE 1339067 ve DEB-1542679), Avrupa Araştırma Konseyi’nin Horizon 2020: Avrupa Birliği Araştırma ve Yenilik Programı (hibe No) tarafından sağlanmıştır. .945026), Okinawa Institute of Science and Technology Molecular Genetics Unit, Chan Zuckerberg Biohub Network ve Marthella Foskett Brown Biyolojik Bilimler Kürsüsü’nün dahili fonları.
.