• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Debata naukowców na temat zjawiska ''selekcyjnego wymiatania'' jako czynnika napędzającego ewolucję gatunku ludzkiego

    07.03.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Europejscy i amerykańscy naukowcy podważają tradycyjne pojęcie ewolucji gatunku ludzkiego. Przez ostatnie 35 lat genetycy za główny motor ewolucji gatunku ludzkiego uznawali klasyczne zjawisko ''selekcyjnego wymiatania'' (ang. selective sweep), kiedy to dochodzi do szybkiego rozprzestrzenienia się korzystnej mutacji genetycznej w całej populacji ludzkiej. Jednak wyniki badania opublikowanego w czasopiśmie Science sugerują, że takie wydarzenia mogły mieć miejsce sporadycznie i nie wpłynęły w znaczący sposób na historię naszego gatunku. W badaniu zawarto tezę, że zamiast tego podstawowym napędem zmian w ludzkim fenotypie mogły być niewielkie modyfikacje w wielu genach, wobec czego zwrócono uwagę na konieczność opracowania nowych modeli w celu prześledzenia genetycznych etapów ewolucji.

    Po przebadaniu sekwencji niemal 200 genomów ludzkich badacze stwierdzili, że znaleźli nowy dowód przeciwko tezie, iż to zjawisko selekcyjnego wymiatania było dominującym sposobem ludzkiej adaptacji.

    ''Wyniki naszych badań sugerują, że niedawny proces adaptacji wcale nie miał postaci pojawiających i rozpowszechniających się jednostkowych zmian o znacznym wpływie, ale chodziło raczej o częste przesunięcia w wielu miejscach w genomie'' - mówi współautorka, dr Molly Przeworski, profesor na Uniwersytecie Chicago w Stanach Zjednoczonych, specjalizująca się w genetyce, ekologii i ewolucji ludzkiej. ''Z wyników można wnioskować, że adaptacja gatunku ludzkiego, podobnie jak wiele powszechnych chorób trapiących nasz gatunek, ma złożoną architekturę genetyczną''.

    Zgodnie z klasycznym modelem selekcyjnego wymiatania, kiedy pojawia się nowy i korzystny gen, szybko rozpowszechnia się on w populacji. Ze względu na swój szybki wzrost gen utrwala się w genomie w mniej zróżnicowanej postaci niż w przypadku genu rozpowszechniającego się w wolniejszym tempie. Genetycy korzystali z tego modelu, poszukując segmentów genetycznych otoczonych obszarami o niskim zróżnicowaniu, zgodnie z teorią - stanowiącymi znamię zjawiska selekcyjnego wymiatania.

    Zastosowanie tego modelu pozwoliło wyodrębnić ponad 2 000 genów (jest to odpowiednik ok. 10% ludzkiego genomu), co sugerowałoby, że selekcyjne wymiatanie było zjawiskiem o wysokiej częstotliwości, które napędzało ewolucję gatunku ludzkiego, pozwalając mu znacznie wyprzedzić w rozwoju jego przodków z rzędu naczelnych.

    ''Model selekcyjnego wymiatania został wprowadzony w 1974 r. i od tego czasu stanowił raczej model centralny'' - mówi dr Przeworski. ''Można zdecydowanie stwierdzić, że to właśnie na tym modelu opierały się wszystkie wykonane do tej pory badania selekcji, u ludzi i u innych organizmów''.

    Jednak obszary niskiej różnorodności wokół segmentów genetycznych mogły powstać także w wyniku innych mechanizmów ewolucyjnych. W badaniu mającym na celu określenie, czy zjawisko selekcyjnego wymiatania było główną przyczyną powstawania tych obszarów, zespół wykorzystał dane 179 osób przebadanych w ramach projektu ''1000 Genomes'', międzynarodowej próby skatalogowania zróżnicowania w obrębie gatunku ludzkiego.

    ''To jest naprawdę przełomowy zbiór danych, który umożliwił przeprowadzenie po raz pierwszy tego typu analizy'' - mówi profesor Ryan Hernandez z wydziału nauk bioinżynieryjnych i terapeutycznych z Uniwersytetu Kalifornia w San Francisco (UCSF).

    Zespół badawczy analizował geny z podstawieniami genetycznymi charakterystycznymi dla gatunku ludzkiego, w których sekwencja nukleotydów różni się od sekwencji występującej u blisko spokrewnionych z ludźmi gatunków naczelnych. ''Zróżnicowanie fenotypiczne u ludzi nie jest tak prostym zjawiskiem, jak nam się wydawało'' - wyjaśnia dr Hernandez. ''Koncepcja, zgodnie z którą adaptacja gatunku ludzkiego może przebiegać za pomocą pojedynczych zmian w poziomie aminokwasu, to całkiem interesujący pomysł. Wspaniałe jest, że dysponujemy kilkoma konkretnymi przykładami, gdzie takie zmiany zachodziły, ale jest to zbyt uproszczony pogląd''.

    Dalsze dowody przeczące powszechności występowania zjawiska selektywnego wymiatania dostarczyło porównanie zróżnicowania genomu u rozmaitych populacji. Jako że populacje nigeryjska, europejska i chińska/ japońska rozdzieliły się mniej więcej przed stu tysiącami lat, a następnie przystosowały się do odmiennych środowisk, częste występowanie zjawiska selekcyjnego wymiatania powinno było - zgodnie z oczekiwaniami - utrwalić wyraźne różnice genetyczne pomiędzy populacjami.

    Dr Przeworski podsumowuje badanie następująco: ''Wyniki owych badań poddają w wątpliwość, jak wiele jeszcze można odkryć przy zastosowaniu podejścia selekcyjnego wymiatania, a także napełniają nas sceptycyzmem, jeżeli chodzi o potwierdzenie osiągnięć w ramach dotychczasowych badań''.

    W tym badaniu uczestniczyli eksperci z Izraela i Zjednoczonego Królestwa.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Projekt poznania ludzkiego cognomu (ang. Human Cognome Project) – zespół projektów badawczych mających na celu rozszyfrowanie działania ludzkiego mózgu. Nazwa cognom bierze się od łacińskiego cogito (myślę) i nawiązuje do nazwy genom. Cognom oznacza zespół cech określających sposób myślenia człowieka. Podstawowym założeniem projektu jest próba zrozumienia mózgu ludzkiego jako bardzo skomplikowanej maszyny. Naukowcy chcą odszyfrować sposób działania naszego umysłu podobnie, jak to się udało w Projekcie poznania ludzkiego genomu.

    Gradualizm to koncepcja w biologii ewolucyjnej dotycząca sposobu, w jaki zmiany mutacyjne genów wpływają na właściwości fenotypowe gatunku. Zakłada on, że ewolucja zachodzi poprzez akumulację drobnych zmian na przestrzeni wielu generacji, uważając przy tym, że każdy organizm jest tego samego gatunku, co jego rodzice. Nie można zatem wyznaczyć naturalnej granicy między gatunkami w jednej linii rozwojowej (np. kolejnymi przodkami człowieka). Granice takie są zawsze arbitralne - wynikają z niekompletności zapisu kopalnego oraz naturalnej skłonności ludzkiego umysłu do wyodrębniania klas w zbiorach naturalnych obiektów. Gradualizm jest ściśle związany z populacyjną koncepcją gatunku. Do jego zwolenników zaliczał się C.R.Darwin.

    Zmienność genetyczna – naturalne różnice sekwencji DNA (genotypu) organizmów jednego gatunku. Różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie, np. inne ubarwienie sierści, różna odporność na zmiany temperatury, zdolność (lub jej brak) do trawienia laktozy. Wiele cech, które są zróżnicowane genetycznie prawdopodobnie nie ma wpływu na przeżycie organizmów (np. kolor oczu u ludzi), ale zmienność genetyczna cech, które mogą wpłynąć na przystosowanie organizmów, to „paliwo” ewolucji. Organizmy mogą się też różnić nie kodującymi sekwencjami DNA. Takie różnice nie mają znanego nam wpływu na fenotyp, ale są użyteczne w analizie zmienności genetycznej przez biologów.

    Mutacja cicha – mutacja sekwencji nukleotydowych, która nie ma wpływu na funkcjonowanie genomu. Są to mutacje w pozagenowym DNA, w niekodujących fragmentach genów i mutacje synonimiczne. Ok. 95,5% ludzkiego genomu może ulec mutacji bez znaczących zmian.

    Dydaktyka ewolucyjna jest propozycją specyficznego podejścia do zagadnień związanych z procesami uczenia się i nauczania. Polega ono na rozpoznaniu, opisie i praktycznym wykorzystaniu mechanizmów ewolucji zarówno biologicznej jak i kulturowej. Podstawą jest tutaj założenie, że ogólny mechanizm zmian przystosowawczych (ewolucyjnych) jest podobny na każdym poziomie, na jakim istnieją obiekty zdolne do samodzielnej reprodukcji. W procesie przekazu kulturowego (nauczaniu i wychowaniu) chodzi o selektywny przekaz informacji. O kierunku zmian zachodzących w zasobach kulturowych decyduje jednak nie tyle jakość samych informacji ile jakość środowiska w jakim odbywa się ich przekaz (podobnie jak zmiany w częstości występowania genów w populacji zależą od cech środowiska w jakim przyjdzie funkcjonować posiadającym je organizmom). Takie podejście, po pierwsze, zwraca uwagę na fakt koewolucji genowo-kulturowej (przekaz kulturowy wyrasta z biologicznych cech gatunku ale także zmienia warunki w jakich zachodzi dobór warunkujących je genów), po drugie, przesuwa punkt ciężkości działań i rozważań dydaktyków w stronę warunków środowiska społecznego, w jakich dane informacje są przekazywane.

    Kladogeneza – ewolucja dywergentna. Na poziomie gatunkowym jest wynikiem jednego z mechanizmów specjacji skutkującego powstaniem co najmniej dwóch gatunków potomnych z jednego gatunku macierzystego. Dywergencja może zachodzić również w obrębie gatunku, prowadząc do tworzenia np. odmian geograficznych, jednak wówczas nie jest ona przykładem kladogenezy ze względu na zachodzący pomiędzy tymi oddzielonymi populacjami przepływ genów. Sytuacja, w której z grupy macierzystej ewoluują więcej niż dwie grupy potomne, nazywana jest politomią.

    Plastyczność fenotypowa – zdolność jednego genotypu do wytworzenia kilku alternatywnych fenotypów. O fenotypie wspólnie z genotypem decydują czynniki środowiskowe. Zmiana warunków środowiska może także prowadzić do zmiany fenotypu. Plastyczność fenotypowa jest jednym z podstawowych mechanizmów adaptacji i obejmuje szereg zmian morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych, obserwowanych u wielu organizmów. Zjawisko jest przedmiotem badań wielu dziedzin biologi, w tym genetyki, genomiki, biologii ewolucyjnej, ekologii, fizjologii i biologii rozwoju. Jest szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i w różny sposób może wpływać na tempo ewolucji, przyspieszając ją, spowalniając lub nie zmieniając tempa zmian ewolucyjnych.

    Dodano: 07.03.2011. 16:37  


    Najnowsze