Защо хората нямат опашки? Учените намират отговори на малко вероятно място
Регистрирайте се за научния бюлетин на Wonder Theory на CNN. .
Хората имат много прекрасни качества, но ни липсва нещо, което е обща черта сред повечето животни с гръбнак: опашка. Защо точно това е нещо като мистерия.
Опашките са полезни за баланс, задвижване, комуникация и защита срещу хапещи насекоми. Въпреки това, хората и нашите най-близки роднини на примати - човекоподобните маймуни - се сбогуваха с опашките преди около 25 милиона години, когато групата се отдели от маймуните от Стария свят. Загубата отдавна се свързва с нашия преход към двукрак живот, но малко се знае за генетичните фактори, които са предизвикали липсата на опашка на примати.
Сега учените са проследили нашата загуба на опашка до кратка последователност от генетичен код, който е изобилен в нашия геном, но е бил отхвърлян в продължение на десетилетия като нежелана ДНК, последователност, която изглежда не служи за никаква биологична цел. Те идентифицираха фрагмента, известен като Alu елемент, в регулаторния код на ген, свързан с дължината на опашката, наречен TBXT. Алу също е част от клас, известен като скачащи гени, които са генетични последователности, способни да променят местоположението си в генома и да задействат или отменят мутации.
В някакъв момент от нашето далечно минало елементът Alu AluY е прескочил в гена TBXT в предшественика на хоминоидите (маймуните и хората). Когато учените сравняват ДНК на шест хоминоидни вида и 15 нехоминоидни примати, те откриват AluY само в хоминоидните геноми, съобщиха учените на 28 февруари в списание Nature. И в експерименти с генетично модифицирани мишки - процес, който отне приблизително четири години - бърникането с Alu вмъквания в TBXT гените на гризачите доведе до променлива дължина на опашката.
Преди това изследване „имаше много хипотези за това защо хоминоидите са еволюирали до безопашки“, най-разпространената от които свързваше липсата на опашка с изправена стойка и еволюцията на двукракото ходене, каза водещият автор на изследването Бо Ксиа, научен сътрудник в Обсерваторията за регулиране на гените и главен изследовател в Broad Institute на MIT и Харвардския университет.
Но що се отнася до точното идентифициране на това как хората и човекоподобните маймуни са загубили опашките си, „нямаше (преди това) нищо открито или хипотетично“, каза Ся в имейл на CNN. „Нашето откритие е първият път, когато предлагаме генетичен механизъм“, каза той.
И тъй като опашките са продължение на гръбначния стълб, констатациите също могат да имат значение за разбирането на малформациите на невралната тръба, които могат да възникнат по време на развитието на човешкия плод, според проучването.
„Едно от милион“
Моментът на пробив за изследователите дойде, когато Xia преглеждаше TBXT региона на генома в онлайн база данни, която се използва широко от биолозите в развитието, каза съавторът на изследването Итай Янай, професор в Института за системна генетика и биохимия и молекулярна фармакология в New Медицински факултет Гросман на Йоркския университет.
„Сигурно е било нещо, което хиляди други генетици са гледали“, каза Янай пред CNN. „Това е невероятно, нали? Че всички гледат едно и също нещо и Бо забеляза нещо, което всички те не забелязаха.
Alu елементите са изобилни в човешката ДНК; вмъкването в TBXT е „буквално едно от милион, които имаме в нашия геном“, каза Янай. Но докато повечето изследователи бяха отхвърлили Alu вмъкването на TBXT като нежелана ДНК, Xia забеляза близостта му до съседен Alu елемент. Той подозираше, че ако се сдвоят, това може да предизвика процес, нарушаващ производството на протеин в гена TBXT.
„Това се случи светкавично. И тогава отне четири години работа с мишки, за да го тествам“, каза Янай.
В своите експерименти изследователите са използвали технология за редактиране на гени CRISPR, за да отглеждат мишки с вмъкване на Alu в техните TBXT гени. Те откриха, че Алу кара гена TBXT да произвежда два вида протеини. Едно от тях доведе до по-къси опашки; колкото повече от този протеин произвеждат гените, толкова по-къси са опашките.
Това откритие добавя към нарастващ набор от доказателства, че Alu елементите и други семейства от скачащи гени може в крайна сметка да не са „боклук“, каза Янай.
„Въпреки че разбираме как се репликират в генома, сега сме принудени да мислим как те също оформят много важни аспекти на физиологията, морфологията, развитието“, каза той. „Мисля, че е удивително, че един елемент от Alu – едно малко, малко нещо – може да доведе до загубата на цял придатък като опашката.“
Ефикасността и простотата на механизмите на Alu за повлияване на генната функция са били подценявани твърде дълго, добави Ся.
„Колкото повече изучавам генома, толкова повече осъзнавам колко малко знаем за него“, каза Ся.
Безопашати и обитаващи дървета
Хората все още имат опашки, когато се развиваме в утробата като ембриони; този малък придатък е наследство от опашатия прародител на всички гръбначни животни и включва 10 до 12 прешлена. Вижда се едва от петата до шестата гестационна седмица, а до осмата седмица на плода опашката му обикновено изчезва. Някои бебета запазват ембрионален остатък от опашка, но това е изключително рядко и такива опашки обикновено нямат кости и хрущяли и не са част от гръбначния мозък, съобщи друг екип от изследователи през 2012 г.
Но докато новото проучване обяснява „как“ загубата на опашка при хората и човекоподобните маймуни, „защо“ това все още е открит въпрос, каза биологичният антрополог Лиза Шапиро, професор в катедрата по антропология в Тексаския университет в Остин.
„Мисля, че е наистина интересно да се определи генетичен механизъм, който може да е отговорен за загубата на опашката при хоминоидите, и тази статия дава ценен принос по този начин“, каза Шапиро, който не е участвал в изследването, каза на CNN в имейл .
„Въпреки това, ако това е мутация, която произволно е довела до загуба на опашка при нашите маймуноподобни предци, все още възниква въпросът дали мутацията се е запазила или не, защото е била функционално полезна (еволюционна адаптация), или просто не е пречка, “ каза Шапиро, който изследва как се движат приматите и ролята на гръбначния стълб в придвижването на приматите.
По времето, когато древните примати започнаха да ходят на два крака, те вече бяха загубили опашките си. Най-старите членове на рода на хоминидите са ранните маймуни Проконсул и Екембо (намерени в Кения и датиращи съответно преди 21 милиона години и 18 милиона години). Вкаменелостите показват, че въпреки че тези древни примати са били без опашки, те са били обитатели на дървета, които са ходели на четири крайника с хоризонтална поза на тялото като мо
