معلومة

هل توجد آلية بيولوجية للتطور مشفرة في حمضنا النووي؟

هل توجد آلية بيولوجية للتطور مشفرة في حمضنا النووي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

طوال المدرسة الثانوية ، أتذكر أنني تعلمت عن نظرية التطور لداروين كما لو كانت شبه حقيقة. لكن يبدو أن هناك شيئًا خاطئًا دائمًا بشأن الأفكار المقدمة.

  • البقاء للأصلح
  • طفرة عشوائية
  • الانتقاء الطبيعي

يبدو أن كل هذه الأشياء مسؤولة عن بعض هامش التقدم التطوري ، لكنني ظللت دائمًا متشككًا في أن السمات المعقدة للغاية للحياة يمكن أن تكون قد تشكلت من هذه الأساليب وحدها ، حتى بعد مئات الملايين من السنين.

هذا ما لاحظته:

في أي وقت احتاج فيه نوع ما إلى تطوير ميزة معينة للبقاء على قيد الحياة ، فقد طور هذه الميزة ، وهذه الميزة على وجه التحديد.


سأستخدم هذا المثال:

طورت السلاحف في جزيرة حيث نمت الشجيرات أعلى أعناق أطول لتصل إلى الأوراق.

أتخيل أن السلحفاة تنظر إلى هذا الطعام ، وترغب بوعي في الوصول إليه ، وهي تجهد باستمرار طوال حياتها.


يبدو من المعقول بالنسبة لي أننا (الحياة المتقدمة) يمكن أن يكون لدينا آلية بيولوجية "لكتابة" التعديلات المطلوبة إما في حمضنا النووي أو حمضنا النووي الإنجابي بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تطورات تطورية محددة للغاية ضرورية لبقائنا دون الاعتماد على طفرة عشوائية.

سؤالي:

هل هذا ممكن؟ هل توجد أي آلية مماثلة نعرفها؟ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فكيف يمكن تفسير العديد من القفزات التطورية المحددة (المتقدمة) بطريقة أخرى؟


ستكون هذه الإجابة بأكملها طويلة ، لذا اقرأ الجزء القصير أولاً ، ثم اقرأ الباقي إذا كنت (أو أي شخص آخر) فضوليًا. يتم تضمين الاستشهادات في المقطع الطويل. يمكنني تضمين اقتباسات إضافية في القسم القصير إذا لزم الأمر.

قصة طويلة قصيرة

سؤالك يلامس بعض المفاهيم الخاطئة الشائعة حول كيفية عملية التطور. الكائنات الحية لا "تريد" أن تطور سمات. تتطور السمات من خلال العمليات البيولوجية للطفرات العشوائية والانتقاء الطبيعي.

الكائنات الحية لا "تريد" أن تطور السمات. (حسنًا ، حسنًا ، أرغب في تطوير زوج إضافي من الأيدي ولكن هذا غير ممكن). الانتقاء الطبيعي يعمل عن طريق تعديل السمات الموجودة. يمكن لسلحفاتك أن تحدق بكل ما تريد في الطعام بعيدًا عن متناولها لكنها لن تطور رقبة أطول. بدلاً من ذلك ، يوجد تباين طبيعي بين أطوال عنق السلاحف بسبب اختلاف الجينات التي تحدد الميزات المتعلقة بالحجم الكلي للصندوق. قد يتمكن هؤلاء الأفراد ذوو الأعناق الطويلة من الحصول على المزيد من الطعام ، والعيش لفترة أطول قليلاً ، والتكاثر أكثر بقليل. سوف ينقلون جيناتهم إلى نسلهم ، لذلك ربما يكون لنسلهم أيضًا أعناق أطول. على مدى أجيال عديدة ، قد يكون للسلاحف رقاب أطول نوعًا ما.

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن سمات الكائنات الحية تتكيف بدقة مع حاجة معينة. هم ليسوا كذلك ، لعدة أسباب. أولاً ، يحدث الانتقاء الطبيعي بالنسبة إلى البيئة الحالية. قد لا تكون عمليات التكيف التي تعمل جيدًا في بيئة ما مفيدة جدًا في بيئة أخرى. نادراً ما تكون البيئات مستقرة على مدى الزمن التطوري ، لذا فإن السمات عرضة للتغيير المستمر.

بعد ذلك ، كما هو مذكور أعلاه ، يمكن أن يعمل الانتقاء الطبيعي فقط على السمات الموجودة. في حين أن مجموعة إضافية من الأذرع ستكون في متناول اليد ، فأنا رباعي الأرجل. تعود ملاحق الأربعة ، جنبًا إلى جنب مع ملاحق كل رباعيات الأرجل الأخرى ، إلى سلفنا المشترك. ملاحق جميع رباعيات الأرجل هي تعديلات لتلك السمة الموروثة.

أخيرًا ، لم تقم الكائنات الحية "بأخذ عينات" من المجال الكامل للطفرات ومجموعات الطفرات المحتملة. بعبارة أخرى ، قد تكون طفرة معينة أو مجموعة من الطفرات قادرة في الواقع على تحسين سمة معينة بشكل تكيفي في البيئة الحالية ، ولكن إذا لم تحدث الطفرات مطلقًا ، فلن يحدث التحسن أبدًا.

نحتاج فقط إلى النظر إلى أنفسنا لندرك مدى تكيفنا بشكل غير كامل. نعاني من ركب وظهر رديئين لأن أجسادنا لم تكن مصممة للمشي بشكل مستقيم. لقد تطورنا من كائنات رباعية الأرجل. لقد حدث هذا مؤخرًا لدرجة أن التغييرات في بنية ركبنا وظهورنا لم تتطور بعد (وقد لا تتطور أبدًا). ابحث في الإنترنت عن اختبار العين "النقطة العمياء". لدينا كتلة من الأوعية الدموية أمام شبكية العين ، مما يقلل من حدة البصر لدينا. غالبًا ما نضطر إلى سحب أسنان من فكينا لأن تسطيح وجهنا (بالنسبة إلى أسلافنا الأسترالوبيثيسيني) قد قصر فكينا. ليس لدينا مساحة كبيرة لأسناننا ولكننا لم نطور عددًا أقل من الأسنان.

بالنسبة إلى قدرة التكنولوجيا البشرية على إجراء تغييرات مباشرة على حمضنا النووي لتحسين قدرتنا على التكيف ، أود أن أقول لا. بينما لا أملك القدرة على رؤية المستقبل ، فإن تعقيد الجينوم الخاص بنا ، وبشكل أكثر تحديدًا كيفية تنظيم الجينات ، يوحي لي أن هذه ستكون مهمة شاقة للغاية إن لم تكن مستحيلة. انظر للإجابة الطويلة أدناه لمعرفة المزيد عن الجينات التنظيمية ولكن جوهرها هو أن مجموعة صغيرة من الجينات التنظيمية تتحكم في معظم الجينات الأخرى (بما في ذلك الجينات التنظيمية الأخرى). التفاعلات معقدة للغاية ولدينا فهم مفصل لعدد قليل جدًا من هذه التفاعلات. أعتقد أن التأثير على أحد هذه الجينات بطريقة "إيجابية" من المحتمل جدًا أن يكون له العديد من النتائج السلبية غير المقصودة.

فيما يلي بعض الرياضيات البسيطة والأفكار الأخرى لتظهر لك كيف يمكن أن تؤدي الطفرات إلى العديد من السمات التكيفية التي تراها بين تنوع الحياة على الأرض.

قصة طويلة

كيف يمكن تفسير الكثير من القفزات التطورية المحددة (المتقدمة) بطريقة أخرى؟

تحدث الطفرات بشكل عشوائي في جميع أنحاء الجينوم. ستكون معظم الطفرات محايدة. أي أنها ليست سيئة أو جيدة من وجهة نظر تطورية. الطفرات محايدة لأن الجينوم لمعظم الكائنات الحية غير وظيفي. من المرجح أن تكون الطفرات التي تحدث في المناطق الوظيفية للحمض النووي (أي ترميز البروتين والمناطق ذات الصلة) ضارة (سيئة) لأن الطفرة قد تؤثر سلبًا على وظيفة البروتين أو حتى القدرة على إنتاج البروتين. ومع ذلك ، فإن بعض الطفرات مفيدة. قد تؤدي الطفرة في الواقع إلى تعزيز وظيفة البروتين أو حتى إنتاج بروتينات جديدة.

هناك عدة عوامل يجب أخذها في الاعتبار فيما يتعلق بالطفرات. الطفرة معدل منخفض جدا. على سبيل المثال ، قارن كومار وسوبرامانيان (2002) تسلسل الحمض النووي لـ 5669 جينًا مشفرًا للبروتين من 326 نوعًا من الثدييات. تشير نتائجهم إلى أن متوسط ​​معدل الطفرات بين الثدييات هو 2.2 × 10$^{-9}$ لكل زوج أساسي (bp) سنويًا. هذا يعني ، في المتوسط ​​، أن طفرة نقطية قد غيّرت كل موضع نيوكليوتيد DNA في جينوم الثدييات أكثر بقليل من مرتين (2.2 مرة) لكل مليار (10)$^9$) سنوات. هذا كثير من الوقت!

ومع ذلك ، يحدث هذا المعدل نفسه في كل فرد من السكان ، لذلك عليك أن تأخذ في الاعتبار أحجام السكان من الكائنات الحية. لذا ، لنقم بتمرين بسيط. فكر في نوع مثل فأر الجيب الصخري أو حيوان ثديي صغير آخر له جيل قصير جدًا. في هذا المثال البسيط ، لنفترض أن وقت الجيل هو سنة واحدة. هذا يعني أن معدل الطفرة 2.2 × 10$^{-9}$ لكل نقطة أساس في السنة عندئذٍ تتوافق مع 2.2 × 10$^{-9}$ الطفرات لكل بي بي لكل جيل. وقت التوليد مهم لأن الطفرات الجديدة لا تُورث إلا من خلال التكاثر.

افترض أن متوسط ​​جينوم الثدييات ثنائي الصبغة يبلغ حوالي 6 مليارات (6 × 10$^9$) النيوكليوتيدات في الحجم. عدد الطفرات الوراثية التي تحدث في ذرية واحدة

$$ (6 مرات 10 ^ 9) مرات (2.2 مرات 10 ^ {- 9}) = 13.2. $$

بعد ذلك ، افترض أن حوالي 2.5٪ من جينوم الثدييات يتكون من تسلسلات وظيفية مكتوبة قد تؤثر على النمط الظاهري (سمات الكائن الحي). هذا يعني أنه من بين جميع الطفرات التي تحدث في كل نسل كل جيل ، يمكن أن تؤثر نسبة 2.5٪ على النمط الظاهري. هذا هو،

$$ 13.2 مرات 0.025 = 0.33. $$

لا يزال عددًا صغيرًا. لكن علينا الآن أن نأخذ في الحسبان حجم السكان. تحتوي الثدييات الصغيرة ، مثل الفئران والفئران ، بشكل عام على أعداد كبيرة من السكان. افترض أن تعداد فئران الجيب الصخري يحتوي على 100000 فرد متكاثر. إذا كان الأمر كذلك ، إذن

0.33 دولار × 100000 = 33000 ، $$

وهو عدد الطفرات الوراثية الجديدة التي يمكن أن تحدث في السكان. ستكون معظم هذه الطفرات ضارة وسيتم إزالتها من السكان عن طريق الانتقاء الطبيعي ، ولكن إذا كان حتى جزء صغير من هذه الطفرات الجديدة مفيدًا ، فإن الانتقاء الطبيعي يمكن أن يتسبب في زيادة هذه الطفرات المفيدة بسرعة في التكرار في السكان خلال الأجيال القادمة.

في البشر ، قدر Nachman and Crowell (2000) أن متوسط ​​معدل الطفرات كان 2.5 × 10$^{-8}$ الطفرات لكل بي بي لكل جيل (وليس سنة) ، بمقارنة جينومات البشر والشمبانزي. إذا افترضنا نفس حجم الجينوم وحجم السكان البشري الفعال البالغ 500000 فرد ، فإن تطبيق نفس الرياضيات يشير إلى أن 1،875،000 طفرة جديدة من المحتمل أن تؤثر على النمط الظاهري تحدث في البشر كل جيل. مرة أخرى ، سيكون بعض هذه فقط مفيدًا ولكن لا يزال هذا احتمالًا لعدد من الطفرات المفيدة الجديدة. من الناحية التطورية ، فإن الفأر أو الجيل البشري هو طرفة عين.

كم من الوقت سيستغرق طفرة مفيدة لتنتشر بين السكان؟ هذا يعتمد على شيئين. ما مدى فائدة الطفرة (تسمى قوة الانتقاء ، س) وحجم السكان؟ لتقدير المدة التي ستستغرقها طفرة مفيدة لتنتشر عبر مجموعة سكانية ، يمكننا استخدام الصيغة ،

$$ t = frac {2} {s} mathrm {ln} (2N_e) ، $$

أين $ t $ حان الوقت في الأجيال ، $ s $ هي قوة الاختيار ، و $ N_e $ هو الحجم الفعال للسكان (عدد الأفراد المتكاثرون). لقوة الاختيار ، دعنا نفترض $ s = 0.01 دولار، وهو انتقاء طبيعي ضعيف ولكنه إيجابي. العودة إلى صخرة الفئران لدينا مع N_e = 100،000 دولار، فإن الطفرة المفيدة ستنتشر في جميع أنحاء السكان في 2441 جيلًا فقط (تذكر ، نحن نتحدث عن الزمن التطوري ، لذا فإن 2000 سنة لا شيء). لو N_e = 10000 دولار، تنتشر الطفرة في أجيال 1981 فقط. إذا قمنا بزيادة قوة الاختيار t 0.2 ، فإن الأوقات ستكون 122 و 99 سنة لأحجام سكانية تبلغ 100000 و 10000 سنة ، على التوالي.

تظهر حسابات "ظهر المنديل" مدى السرعة التي يمكن أن تظهر بها الطفرات المفيدة الضعيفة وتنتشر عبر السكان. ومع ذلك ، فإن هذا لا يشمل أنواعًا أخرى من الطفرات مثل مضاعفات الجينات التي يمكن أن تسمح أيضًا بتطور البروتينات الجديدة. على سبيل المثال ، قدرة الإنسان على رؤية الألوان الحمراء ترجع إلى الازدواج الجيني البسيط (Nathans et al. 1996 والمراجع الواردة فيه). يشرح هذا التكرار أيضًا الشكل الشائع لعمى الألوان الأحمر والأخضر.

يا للعجب!

هناك المزيد لقصة الطفرات لدينا. ضع في اعتبارك البشر والشمبانزي ، وهما متطابقان تقريبًا من وجهة نظر وراثية (بين 96-99٪ اعتمادًا على كيفية حسابه) ، لكنهما يبدوان مختلفين تمامًا. إذا اختلف البشر والشمبانزي عن سلفهم المشترك خلال الخمسة ملايين سنة الماضية ، فكيف يمكن أن يختلفوا كثيرًا؟ تم نشر هذا السؤال في البداية بواسطة [King and Wilson (1975)]. لقد جادلوا بأن الطفرات التي تحدث للبروتينات الهيكلية (مثل تلك التي تتكون منها العظام والعضلات) لن تكون كافية لشرح الاختلافات في النمط الظاهري بين البشر والشمبانزي. اقترح أن الجينات التنظيمية هي المفتاح لفهم الاختلافات الكبيرة. الجينات التنظيمية هي تلك التي تتحكم في الجينات الأخرى ، عن طريق تشغيلها أو إيقاف تشغيلها وغيرها من الوظائف المهمة. يمكن أن تسبب التغييرات في الجينات التنظيمية تغيرات سريعة إلى حد ما في النمط الظاهري.

أدى هذا الفهم إلى مجال واسع (ورائع) لبيولوجيا التطور التطوري. يركز هذا المجال على كيفية تأثير الطفرات في الجينات التنظيمية المرتبطة بالتطور (من الجنين إلى البالغين) على المدى الطويل. الحقل غني بالأمثلة ، لكن أحد الأمثلة الرائعة يرتبط بأقدام البط وأجنحة الخفافيش. لنبدأ بالجنين. تحتوي معظم أجنة الفقاريات على أغشية بين الأصابع (أصابع اليدين والقدمين) خلال مرحلة مبكرة من التطور. بالنسبة لمعظم الفقاريات ، تُفقد الأغشية في وقت لاحق من التطور. السدائل الجلدية الصغيرة الموجودة بين أصابعك هي بقايا الأغشية الجنينية.

مجموعة من الجينات التنظيمية تسمى BMPs (واثنين من الجينات الأخرى) مسؤولة عن التسبب في فقدان الغشاء في الفقاريات. ومع ذلك ، من خلال مجموعات مختلفة من الطفرات ، لا تستطيع BMPs العمل في أقدام البط وأيدي الخفافيش. وهكذا ، ينتهي الأمر بكليهما بأغشية بين أصابعهما (Weatherbee et al.2006). وهكذا ، تحجب طفرتان مختلفتان نفس مجموعة الجينات النمائية ، مما يؤدي إلى تكيفات جديدة في نوعين مختلفين للغاية من الفقاريات. مثال أخير هو تطور ريش الطيور من المقاييس. كما تعلم ، تطورت الطيور من الديناصورات. اتضح أن ريش الطيور وحراشف التمساح (التمساح هي الطيور الأقرب معيشة نسبي) استخدام نفس الجينات التنظيمية للتطوير. الجينات هي BMP2 و SHH (القنفذ الصوتي لمحبي لعبة الكمبيوتر القديمة) (Harris et al.2002). تكمن الجينات التنظيمية الأخرى وراء الأنواع المختلفة من الريش ، مثل الريش الناعم وريش الطيران (Harris et al.2002).

استشهد الأدب

هاريس ، م. وآخرون. 2002. Shh-Bmp2 وحدة التشوير والأصل التطوري وتنويع الريش. مجلة البيولوجيا التجريبية 294: 160-178.

كينج ، م- م. و ايه سي ويلسون. 1975. التطور على مستويين في البشر والشمبانزي. Science 188: 107-116.

كومار ، س. وسوبرامانيان. 2002. معدلات الطفرات في جينومات الثدييات. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 99: 803-808.

Nachman و MW and S.L. كروويل. 2000. تقدير معدل الطفرات لكل نوكليوتيد في البشر. علم الوراثة 156: 297-304.

Weatherbee ، S.D. وآخرون. 2006. الاحتفاظ بالحزام بين الأصابع في أجنحة الخفافيش يوضح التغيرات الجينية الكامنة وراء تنوع أطراف السلى. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 103: 15103-15107 ،


عن سؤالك

هذا النوع من الأسئلة الأساسية له عيب يحتاج إلى إجابة طويلة جدًا. نتيجة لذلك ، قد يحصل سؤالك على بعض التصويت. سأبذل قصارى جهدي للمساعدة ولكن قد ترغب في النظر إلى بعض مصادر المعلومات كمقدمة لعلم الأحياء التطوري. كتاب في النهاية أو أكاديمية خان ربما.

نظرية التطور لداروين

إن عبارة "نظرية التطور الداروينية" تخضع بسهولة لسوء الفهم لأن داروين ربما كان أهم عالم (ومن أوائل إن لم يكن الأوائل) الذين طوروا نظرية التطور ولكن ليس الوحيد. لم تعد نظرية التطور نظرية التطور لداروين.

ما هو الانتقاء الطبيعي؟ وصفة ليونتين

أنت تسرد:

- البقاء للأصلح - الطفرة العشوائية - الانتقاء الطبيعي

إنها قائمة بمفاهيم مختلفة قد تكون موجودة في علم الأحياء التطوري ولكنها لا تشبه وصفة حدوث التطور. أعتقد أن هذه القائمة تظهر بالفعل بعض النقاط التي أساءت فهمها حول التطور. وصفة ليوانتين طريقة جيدة لفهم ما هو الانتقاء الطبيعي ومتى يحدث. تقول وصفة ليوانتين أن الانتقاء الطبيعي يحدث عندما:

  1. يختلف الأفراد في مجموعة سكانية من حيث سمة معينة
  2. هذه السمة لها بعض التوريث (الإضافي). إليكم إحدى المنشورات العديدة التي تشرح مفهوم التوريث. قد يكون هذا المنشور متقدمًا بعض الشيء بالنسبة لك ، ولكن إذا تحدثنا باختصار فهذا يعني أن الأبناء أكثر تشابهًا مع والديهم أكثر من غيرهم من غير الأقارب من السكان.
  3. تختلف الملاءمة (ليس بالضرورة خطيًا) حيث تختلف السمة.

مثال بسيط:

  1. في عدد السكان ، هناك أقلام زرقاء وأقلام حمراء
  2. التكاثر اللاجنسي والأقلام الزرقاء تخلق أقلام زرقاء أخرى بينما الأقلام الحمراء تخلق أقلام حمراء أخرى.
  3. الأقلام الزرقاء تولد ذرية أكثر من الأقلام الحمراء.

في مثل هذه الحالة ، يحدث الانتقاء الطبيعي مما يؤدي إلى زيادة تواتر الأقلام الزرقاء في عدد السكان بينما سينخفض ​​تواتر الأقلام الحمراء.

ما هو التطور؟

التطور ليس انتقاء طبيعي فقط. على سبيل المثال ، من المهم جدًا التفكير في الأحداث العشوائية. واحد منهم هو طفره، آخر الانحراف الجيني (أنا لا أحاول سرد كل معلمة تؤثر على التطور ولكن فقط لإعطائك فكرة عن سبب اختلاف الانتقاء الطبيعي عن التطور بهدف شرح سبب عدم ظهور السمة المطلوبة بالضرورة). تفسر كل من الطفرات والانحراف الجيني سبب عدم تكيف الأنواع بالضرورة تمامًا مع بيئتها.

الطفرات

بالمعنى الواسع ، الطفرة هي أي تغيير في تسلسل الحمض النووي. من المرجح أن تحدث بعض التغييرات أكثر من غيرها ، ولكن على أي حال ، فإن احتمالية حدوث هذه التغييرات لا تعتمد على النتيجة التي ستحدثها على النمط الظاهري (باختصار ، النمط الظاهري هو كيف يبدو الفرد) وعلى الإنجاب. النجاح. لذلك تحدث الطفرات بشكل عشوائي وقد لا تحدث الطفرة المحددة التي قد تكون مطلوبة في السكان. لذلك فإن القول ، إذا كانت هناك حاجة إلى سمة (بمعنى "إذا كانت السمة ستكون مفيدة") ، عندها ستحدث طفرة لجعل هذه السمة موجودة خاطئة تمامًا. قد تتفاجأ بمستوى تكيف الحياة ولكن هذا لا يعني أن ما يحتاجون إليه قد تم إنشاؤه بغرض مساعدة هؤلاء الأفراد على قيد الحياة ولكن هذا يعني فقط حدوث طفرات عشوائية ، معظمها ضار (تقليل النجاح الإنجابي) في حين أن القليل منها مفيد (يزيد من نجاح التكاثر) وتلك المفيدة هي أكثر عرضة لزيادة التكرار في السكان.

الانحراف الجيني

إذا كان التغيير في تواتر الطفرات سيعتمد حصريًا على الانتقاء الطبيعي ، فلن أقول من قبل أن الطفرة المفيدة من المرجح أن تزداد في التكرار ، لكنني كنت سأقول إن الطفرة المفيدة سترتفع في التردد. يمكن العثور على شرح بديهي لما هو الانجراف الجيني في هذا المنشور. سيسمح لك أيضًا بفهم سبب خضوع مجموعة صغيرة من السكان لتغيير أكثر عشوائية في تواتر جيناتهم التي هي عدد كبير من السكان.

لذلك عندما تقول أنك لاحظت ذلكفي أي وقت احتاج فيه نوع ما إلى تطوير ميزة معينة للبقاء على قيد الحياة ، فقد طور هذه الميزة ، وهذه الميزة على وجه التحديدخطأ. لقد لاحظت فقط أن الأنواع لديها مستوى معين من التكيف إذا كان بإمكاني قول ذلك. من الصعب جدًا تخيل الطفرة الجديدة التي يمكن أن تفيد فردًا معينًا في مجموعة سكانية ، لكن هناك في الواقع العديد من الطفرات المفيدة التي لم تحدث أبدًا أو التي اختفت بسبب الانجراف الجيني. أيضًا ، كما هو مذكور في وصفة Lewtontin ، لدى الأفراد المختلفين سمات مختلفة تؤدي إلى نجاح إنجابي مختلف.إذا كنت لا تفكر في الطفرات التي لم تحدث أبدًا ولكن فقط في مواقع متعددة الأشكال في الجينوم (حيث توجد متغيرات مختلفة في السكان) ، فمن الجدير بمعرفة أن أي فرد يحمل الكثير من المتغيرات الضارة. تفسر هذه الطفرات الضارة العديد من الأمراض الوراثية. لا ، نحن لسنا كاملين.

عن سؤالك مرة أخرى

اتمنى ان يساعد ذلك قليلا لكني سأحتاج إلى أيام لكي أشرح بشكل أكبر ماهية التطور. إنه مجال صغير في علم الأحياء. سؤالك واسع بعض الشيء وكما قلت في البداية يجب عليك البحث عن بعض المعلومات بنفسك والعودة إلى هذا الموقع بسؤال يمكن الإجابة عليه بسرعة أكبر.

امل ان يساعد!


نسخة إجابة قصيرة:

يبدو من المعقول بالنسبة لي أننا (الحياة المتقدمة) يمكن أن يكون لدينا آلية بيولوجية "لكتابة" التعديلات المطلوبة إما في حمضنا النووي أو حمضنا النووي الإنجابي بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تطورات تطورية محددة للغاية ضرورية لبقائنا دون الاعتماد على طفرة عشوائية.

لا ليس كذلك. على الرغم مما تخبرك به مشاعرك ، على الرغم من رغبتك في أن تكون الحالة ، لا يوجد دليل في البيولوجيا الجزيئية يشير إلى وجود مثل هذه الآلية ، ولا يوجد دليل على أن هذه الآلية مطلوبة لشرح الأنماط الظاهرية المختلفة التي نراها.


في أي وقت احتاج فيه نوع ما إلى تطوير ميزة معينة للبقاء على قيد الحياة ، فقد طور هذه الميزة ، وهذه الميزة على وجه التحديد.

من الواضح أن هذا البيان خاطئ. الديناصورات لم تطور ما تحتاجه ، أليس كذلك؟

اتضح في هذه المناسبة أن الثدييات كانت تتكيف بشكل أفضل مع الظروف في ذلك الوقت ، تمامًا كما تمكنت الأسماك من السيطرة على المفصليات الكبيرة والأمونيت سابقًا.

بعد فوات الأوان ، تبدو العديد من حلول الطبيعة أنيقة بشكل رائع ، ولكن تم التوصل إليها عن طريق الحظ تحت ضغط شديد من أجل البقاء. إن حقيقة أن عيننا مصممة بأوعية دموية في مقدمة السطح البصري بدلاً من الخلف هي مثال على التصميم الذي كان من الممكن إجراؤه بشكل أفضل إذا تم التفكير فيه من البداية. هناك العديد من السمات الأثرية من الأجيال السابقة والتي لا تزال قائمة ، على الرغم من عدم الحاجة إليها. لاحظ أن الأسماك المفلطحة تفقس بأعين على جانبي رأسها وعين واحدة ثم تهاجر لتكون في نفس الجانب مثل الأخرى ، وأن أجنة الحوت التي اختفت أسنانها عند ولادتها ، إلخ.

الانتقاء الطبيعي هو مزيج من الطفرات المحظوظة التي تتناسب مع الظروف السائدة. إنه عالم صعب هناك. حتى النباتات تخنق بعضها البعض ، كما يتضح من هذا الفيديو: https://www.youtube.com/watch؟v=aNjR4rVA8to

لم يكن لدى السلحفاة متسع من الوقت للتحديق بشوق في الأوراق التي لم يستطع الوصول إليها. جاءت بعض السلاحف الأخرى ذات العنق الأطول قليلاً وأكلتها. وقد كبر وأقوى وقاتل مع السلحفاة الأولى فقام بالتزاوج مع جميع الإناث. وهكذا كان للجيل القادم من السلاحف أعناق أطول من السابق.

من السهل أن ننسى ، بحياتنا المريحة ، ما هي طبيعة الكفاح. والسبب في ذلك هو أن البشر كجنس طوروا السلاح الأكثر تدميراً على الإطلاق: التعاون. مقارنة بمعظم الكائنات الحية الأخرى ، نتعامل مع الأفراد الآخرين من نفس النوع جيدًا (معظم الوقت) و نحن في الواقع يعلم بعضنا البعض كيف نفعل الأشياء. بينما تتعاون بعض الأنواع الأخرى بين الأفراد ، فقد أخذ البشر هذا إلى مستوى جديد تمامًا. نتيجة لذلك ، تمكنا من القضاء على العديد من الأنواع التي تشكل تهديدًا لنا وجلب العديد من الأنواع الأخرى المفيدة لنا تحت السيطرة.

إذا كنت تريد معرفة سبب عدم حدوث ذلك من قبل: تطور البشر من مخلوق يشبه القرد نزل من الأشجار بسبب التغيرات في بيئته وبدأ يمشي على الأرض. بعد ذلك ، كان لهذا المخلوق يده في استخدام الأدوات ، ومن خلال الصدفة المطلقة ، جعلت هذه المجموعة من العوامل دماغًا أكبر مفيدًا ، لذلك هذا المخلوق (الذي كان اجتماعيًا بالفعل ، مثل القرود ولكن على عكس الأخطبوط ، أحد المخلوقات القليلة الأخرى المباركة بالقدرة لأداء عمليات التلاعب المعقدة) أصبح أكثر ذكاءً وبدأ في تعليم نسله كيفية التحكم في بيئته.

لا يوجد شيء في علم الأحياء يمكن من توجيه طفرة الجينات. أخيرًا ، تطورت التكنولوجيا البشرية لدرجة أنه قد يكون من الممكن تعديل الجينات مباشرة. ومع ذلك ، هناك قضايا أخلاقية مهمة فيما يتعلق باستخدام هذه التكنولوجيا. إن إنهاء إنسان "غير كامل" أمر مستهجن لأنه يعتبر أن جميع أفراد النوع يجب أن يعطوا أفضل فرصة للبقاء على قيد الحياة. بجانب، ليس من الواضح على الإطلاق ما إذا كان هناك شيء مثل الجين "المعيب". على سبيل المثال ، زاد حاملو الجين المسؤول عن فقر الدم المنجلي من مقاومة الملاريا.

على أي حال، قبل وقت طويل من تمكن البشر من معالجة الجينات مباشرة ، كانوا قادرين على إحداث تغييرات هائلة في النمط الظاهري للكلاب في عدد صغير بشكل ملحوظ من الأجيال. هناك سلالة من الكلاب تتكيف مع كل استخدام ممكن. والنتيجة المؤسفة هي ذلك مجموعة الجينات في كل سلالة صغيرة نوعًا ما ، مما يؤدي إلى أمراض خاصة بالسلالة. إذا تُركت هذه السلالات بمفردها ، فسيستغرق الأمر عدة أجيال للطفرات للسماح لأنماطها الجينية بالتنويع مرة أخرى. ومن يدري كيف سيبدو الحيوان الأخير؟

يبدو من المعقول بالنسبة لي أننا (الحياة المتقدمة) يمكن أن يكون لدينا آلية بيولوجية "لكتابة" التعديلات المطلوبة إما في حمضنا النووي أو حمضنا النووي الإنجابي بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تطورات تطورية محددة للغاية ضرورية لبقائنا دون الاعتماد على طفرة عشوائية.

لا يوجد دليل على مثل هذه الآلية ، وليس من الواضح تمامًا كيف يمكن إثبات فائدة الطفرة دون اختبارها في البيئة. ما هو موجود ، هو طريقة لخلط الجينات ومطابقتها ، بحيث يمكن لأفضلها أن تنتشر في جميع أنحاء السكان. تقوم الكائنات أحادية الخلية بهذا من خلال مجموعة متنوعة من الوسائل. بالنسبة للكائنات متعددة الخلايا ، فإن طريقة العمل هي التكاثر الجنسي.

تكلفة هذا هائلة. انظر إلى نبات مزهر. تطورت تلك الزهرة حصريًا لتمكين التلقيح ، عادةً عن طريق الحشرات. في بعض الحالات ، تذهب كل طاقة النبات تقريبًا في صنع تلك الزهرة والقليل نسبيًا في صنع البذور الفعلية. لدى النباتات مشكلة خاصة في تبادل الجينات لأنها لا تتحرك. الحيوانات الثابتة ، مثل البرنقيل ، تعاني أيضًا من مشاكل مماثلة. يحل البرنقيل هذا من خلال امتلاك "قضيب" أطول بعدة مرات من طول جسمه حتى يتمكن من التزاوج مع جاره دون التحرك من مكانه. في البشر ، نصف السكان بالكامل من الذكور وبالتالي غير قادرين على الإنجاب.

يعتبر التكاثر اللاجنسي أكثر كفاءة في إنتاج النسل ولكنه لا يسمح بتبادل الجينات. النسل هم مستنسخات من والديهم ، وبالتالي لديهم نفس نقاط القوة والضعف الجينية. التكاثر اللاجنسي موجود ، حتى في بعض الحيوانات ، لكن التكاثر اللاجنسي حصريًا يمنع انتشار الطفرات المفيدة. هذا هو السبب في أن الكائنات الحية تستثمر الكثير من الطاقة في ممارسة الجنس.

حشرات المن هي مثال جيد للحيوان الذي يتكاثر جنسيًا ولاجنسيًا. في أوقات الازدهار في العام ، تتكاثر حشرات المن لاجنسية وتولد بالفعل كإناث حوامل بالفعل! عندما يتباطأ توافر الطعام ، يتحولون إلى نظام التكاثر الجنسي الأبطأ مع الذكور والإناث.

في العديد من الحيوانات ، يجب على الذكور إثبات صحتهم الجيدة حتى يتمكنوا من التزاوج مع الإناث (التي تختارها ، لأن عليها أن تتحمل تكلفة إنجاب الصغار.) في العديد من الثدييات العاشبة الكبيرة ، يتم ذلك عن طريق قتال الذكور . غالبًا ما تظهر الطيور الذكور صحتها من خلال ريش متقن ، والمثال الكلاسيكي هو الطاووس. من المثير للجدل ما إذا كان هذا الهدر الواضح للموارد مفيدًا حقًا للأنواع ، لكن الإناث تطورت لاختيار الذكور بهذه الطريقة. في بعض الأسماك ، يوجد ذكر واحد فقط في المجموعة ، وعندما يحدث له شيء ما ، فإن أكبر أنثى تتمتع بصحة جيدة تقوم بتغيير جنسها لتصبح ذكرًا.

لذا ، إذا كان الكائن الحي قادرًا على برمجة جيناته الخاصة ، فلماذا يستثمر الكثير من الطاقة في التكاثر الجنسي؟


الإجابة التي قدمها مايك تايلور مثالية وكاملة.

ومع ذلك ، أود أن أضيف بعض الأفكار الخاصة بي بأسلوب عامية أكثر:

  • البقاء للأصلح ليس دائما صحيحا. هناك أيضًا "بقاء الأكثر حظًا" (على سبيل المثال ، الأصلح هو التباهي في الشاطئ مع السلاحف الأخرى ويضربه البرق).

  • التكاثر ليس بهذه البساطة ، وفي كثير من الأحيان يجب شراء رفقاء من الإناث مع عدة رفقاء (باستثناء الأصلح) ويجب إجراء اختبار الأب.

  • لا تكون تغييرات الطفرات تدريجية دائمًا (على سبيل المثال ، قد تطور السلاحف رقبة طويلة في جيل واحد فقط).

  • لا تؤدي الطفرات دائمًا إلى تغيير النمط الظاهري. في بعض الأحيان ، اعتمادًا على البيئة ، لا يحدث تغيير النمط الظاهري. على سبيل المثال ، قد تنمو رقبة طويلة للسلاحف فقط إذا كانت تعيش في جزيرة مشمسة.

  • ليست كل الطفرات مفيدة وليس كل الطفرات المفيدة لها تأثير على البقاء (على سبيل المثال ، العديد من الممثلين / الممثلات ليسوا طويلين جدًا على الرغم من أنهم يتكاثرون بنجاح).

في رأيي ، هناك العديد من درجات الرمادي بين الأفكار الكامنة وراء التطور.

تُفقد أحيانًا ميزات "الأصلح" لأسباب عشوائية كما هو مذكور أعلاه ، ويتم أحيانًا نقل ميزات "الأقل ملاءمة".

وأخيرًا ، في بعض الأحيان ، يطور الكائن الحي (أو يطور) آلية لتغيير الجينات بشكل مباشر (مثل البشر). إلى أين سيؤدي ذلك؟ هل التطور يعني شيئا بعد الآن؟


"أتخيل أن السلحفاة تنظر إلى هذا الطعام ، وترغب بوعي في الوصول إليه ، وهي تجهد باستمرار طوال حياتها.

يبدو من المعقول بالنسبة لي أننا (الحياة المتقدمة) يمكن أن يكون لدينا آلية بيولوجية "لكتابة" التعديلات المطلوبة إما في حمضنا النووي أو حمضنا النووي الإنجابي بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تطورات تطورية محددة للغاية ضرورية لبقائنا دون الاعتماد على طفرة عشوائية. "

هذه فكرة ما قبل داروين عن التطور تسمى "وراثة الخصائص المكتسبة" أو اللاماركية على اسم الفيلسوف الطبيعي الفرنسي جان بابتيست لامارك. افترض لامارك أن استخدام الأنسجة يغير تلك الأنسجة على سبيل المثال رفع الأثقال يجعل العضلات أكبر ، ومن ثم فإن أحفاد الكائنات الحية ستستفيد إذا كان كل شيء "تعلمه" أنسجة الوالدين يمكن أن ينتقل.

هناك بالفعل عوامل جينية في الخلايا تعمل بشكل انتقائي على تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها أو تعديل استخدامها من جيل إلى جيل. لكن هذا ليس تطورًا لأن الجينات موجودة دائمًا وجاهزة للاستخدام إذا لزم الأمر ولا يتم إنشاء معلومات جديدة على الإطلاق.

العيوب في اللاماركية هي أنه حتى لو كانت الآلية موجودة لنقل الخصائص المكتسبة ، كيف ستعرف الخصائص التي أدت إلى النتيجة؟ كيف يمكنه التمييز بين التغييرات الإيجابية والسلبية؟

الأكثر خطورة ، كيف يمكن للكائن الحي أن يطور نظامًا لا يرتبط بسلوك موجود؟ لكي تمد السلحفاة رقبتها ، يجب أن ترغب في أكل الأوراق وبذل الجهد للقيام بذلك. كيف اكتسب سلوك الرغبة في أكل الإجازة في المقام الأول؟ من الآن فصاعدًا ، إذا اختفت النباتات التي يأكلها ، فكيف يمكن أن يجد مصدرًا آخر للغذاء؟ لن ترغب في تناول نباتات غير صالحة للأكل ، لذلك لن تجبر نفسها على فعل ذلك ولن تنقل هذا الجهد أبدًا إلى صغارها.

الفواق في فهمك للداروينية هو أنك قمت بإعادتها إلى الوراء. الأنواع لا تجد الحلول وتتطور. إنه ليس شيئًا تفعله الأنواع. إنه شيء يحدث إلى الأنواع ، قوة من الخارج. إنه ليس مشابهًا لقيام البشر بحل مشكلة بوعي.

كان داروين في الأصل سيستخدم تشبيه "الوتد" بدلاً من "الانتقاء الطبيعي". لقد أراد التأكيد على أن البيئة التي تضغط على الأنواع هي التي تشكلها. (اليوم نفكر في الأوتاد إلى حد كبير لقدرتها على الانقسام ولكن في أيام داروين ، إذا كنت تريد ضغط شيء ما استخدمت إسفينًا تم التوصل إليه من الجانب. لقد كانت أداة شائعة تؤدي نفس الوظائف التي تؤديها الرافعات والهيدروليكا اليوم .) لكنه ذهب مع التشبيه المجسم للطبيعة كونه مربي حيوانات يختار سمات النجاح في التكاثر وتبع ذلك الكثير من سوء الفهم.

التطور ليس عشوائيا. فقط الاختلافات نفسها عشوائية. اختيار منهم ليس كذلك. إنه مثل إطلاق النرد. سقوط النرد عشوائي ولكن قيم معينة فقط من النرد هي التي تفوز بالرقم ويتم "تحديدها". قد تظهر الطفرة نفسها في كل جيل لملايين السنين ولكنها لا تحدث أي تغيير حتى تتغير البيئة لجعل الطفرة مفيدة.

الأنواع ليس لها وجود مستقل عن بيئتها. تقوم البيئة بضغطها في شكل محدد ، وهو الشكل الذي يلبي بشكل أفضل متطلبات القانون الثاني للديناميكا الحرارية. إذا لم تتغير البيئة ، فلن يتغير الكائن الحي أيضًا. من هذا المنظور ، فإن التكيف مدهش مثل تدحرج الصخور على المنحدرات. (سيبدو ذلك رائعًا إذا لم تكن تعرف الجاذبية).

تخيل أنك لم ترَ طينًا من قبل ولم ترى صبًا من قبل. سيرك على طول ضفة مجرى مبطنة بالطين. المشي في اتجاه واحد لتمرير امتداد فارغ من الطين. بعد أن تمرر ، تسقط ورقة في المخلب وتخلق بصمة شبه كاملة قبل أن تنفجر. عندما تعود إلى ما وراء تلك البقعة ، يبدو أن الصلصال قد غير نفسه بطريقة ما ، ضد كل الاحتمالات ، إلى نسخة طبق الأصل من ورقة الشجر. كيف قد تتساءل ، هل يمكن للطين أن يعرف كيف يكرر شكل الورقة بالضبط؟

لكن الطين لم يفعل شيئًا. لم يتغير الطين ليناسب الورقة ، غيرت قوة الورقة المتساقطة الطين.

وبالمثل ، فإن الأنواع لا تتطور من تلقاء نفسها ، بل تتطور بفعل قوى خارجية. يبدو أن الأنواع معجزة تناسب مجالاتها البيئية ، لكنها ، تمامًا مثل الطين ، لم تفعل شيئًا لتشكيل نفسها في مكانها المناسب. مثلما يتشكل الطين بشكل سلبي بضغط القولبة ، فإن الأنواع ليس لديها خيار سوى تولي الأشكال التي تقوم بها.

إنه ليس بقاء أصلح لكن بقاء تركيب.


للإضافة إلى الإجابات السابقة التي تعالج على وجه التحديد الداروينية البيولوجية ، هناك أيضًا الداروينية العالمية الذي يفترض أن التطور هو ظاهرة طبيعية تظهر عند وجود مجموعة من الشروط والقيود. وبالفعل ، فقد تم تطبيقه بنجاح على عدد من الحقول (انظر أدناه الاقتباس) ، والذي يبدو أنه يشير ضمنيًا إلى أن التطور ليس خاصية للأفراد الناشئين (كما أوضحت) ولكن خاصية للنظام حيث يتطور الأفراد (طالما أن الأفراد يرضون بعض الخصائص الخاصة ، وهي التنوع والوراثة ، انظر أدناه).

ها هو التعريف من ويكيبيديا:

على المستوى الأساسي ، تنص نظرية التطور لتشارلز داروين على أن الكائنات الحية تتطور وتتكيف مع بيئتها من خلال عملية تكرارية. يمكن تصور هذه العملية على أنها خوارزمية تطورية تبحث في مساحة الأشكال الممكنة (مشهد اللياقة) للأشكال الأكثر تكيفًا. تتكون العملية من ثلاثة مكونات:

  • تباين نموذج أو قالب معين. يُعتبر هذا عادةً (ولكن ليس بالضرورة) أعمى أو عشوائيًا ، ويحدث عادةً عن طريق الطفرة أو إعادة التركيب.
  • اختيار المتغيرات الأصلح ، أي تلك الأنسب للبقاء والتكاثر في بيئتها المحددة. يتم التخلص من المتغيرات غير الملائمة.
  • الوراثة أو الاحتفاظ ، مما يعني أن ميزات المتغيرات الملائمة يتم الاحتفاظ بها وتمريرها ، على سبيل المثال في النسل.

بعد الاحتفاظ بهذه المتغيرات الملائمة ، يمكن أن تخضع مرة أخرى للاختلاف ، إما بشكل مباشر أو في نسلها ، لبدء جولة جديدة من التكرار. تشبه الآلية العامة إجراءات حل المشكلات الخاصة بالتجربة والخطأ أو التوليد والاختبار: يمكن النظر إلى التطور على أنه البحث عن أفضل حل لمشكلة كيفية البقاء والتكاثر من خلال إنشاء تجارب جديدة واختبار كيفية أداء جيد ، والقضاء على الفشل ، والاحتفاظ بالنجاحات.

التعميم الذي تم إجراؤه في الداروينية "العالمية" هو استبدال "الكائن الحي" بأي نمط أو ظاهرة أو نظام يمكن التعرف عليه. الشرط الأول هو أن النمط يمكن "البقاء" (الحفاظ عليه ، الاحتفاظ به) لفترة كافية أو "إعادة إنتاج" (تكرار ، نسخ) بشكل متكرر بما يكفي حتى لا يختفي على الفور. هذا هو عنصر الوراثة: يجب الاحتفاظ بالمعلومات الموجودة في النموذج أو تمريرها. الشرط الثاني هو أنه أثناء البقاء والتكاثر يمكن أن يحدث اختلاف (تغييرات صغيرة في النمط). الشرط الأخير هو أن هناك "تفضيل" انتقائي بحيث تميل بعض المتغيرات إلى البقاء على قيد الحياة أو إعادة إنتاج "أفضل" من غيرها. إذا تم استيفاء هذه الشروط ، إذن ، من خلال منطق الانتقاء الطبيعي ، سيتطور النمط نحو أشكال أكثر تكيفًا.

من الأمثلة على الأنماط التي تم افتراض خضوعها للتنوع والاختيار ، وبالتالي التكيف ، الجينات والأفكار (الميمات) والخلايا العصبية ووصلاتها والكلمات وبرامج الكمبيوتر والشركات والأجسام المضادة والمؤسسات والحالات الكمية وحتى الأكوان الكاملة.

أيضًا ، قد تكون مهتمًا ببعض المصطلحات المرتبطة بهذه النظرية ، على سبيل المثال بالنسبة لجون ماينارد سميث ، يُطلق على الفرد الذي يمكن أن يتطور في نظام قابل للتطور اسم وحدة التطور [1]. يوضح هذا مقدار التطور المجرد والقابل للتعميم.

[1]: Fernando C، Vasas V، Szathmáry E، Husbands P (2011) مسارات عصبية قابلة للتطور: أساس جديد للمعلومات والبحث في الدماغ. بلوس واحد 6 (8): e23534. دوى: 10.1371 / journal.pone.0023534


هناك بالفعل أنظمة تحكم تطورية ضخمة مدمجة في الحمض النووي. إنهم يشكلون القوة الرئيسية للتغيير الفعال في الكائنات الحية.

الطفرات العشوائية في الحمض النووي ليست مفيدة مثل الطفرات الخاضعة للرقابة ، يمكنك أن ترى طفرات جينية فردية عشوائية في العمل في الكتب الطبية: فقر الدم ، والسرطان ، وعرق الجبن ، وعدم وجود غدد عرقية ، وأمراض الجلد ، والمقاييس ، وهشاشة العظام ، وتحمل اللاكتوز ، وهذه كلها أمثلة على طفرات بروتينات مفردة وهرمونات نمو مفردة وما إلى ذلك.

بدلاً من الطفرات العشوائية في الحمض النووي ، تتحكم أشكال الحياة في معدل تغيرها وأنواع الاختلافات بطرق فعالة للغاية ، والتغيرات في اللون ، والعظام / الذراعين / الساقين الأطول والأقصر التي يمكنك رؤيتها في البشر ، وأوقات النضج الجسدي ، وطول وكمية الشعر ، كل هذه الأشياء آمنة للحيوان أن يكون لديه الكثير من الاختلاف الجيني معها. تختلف التغييرات في طول العظام بأكثر من 10 في المائة في جيل واحد من البشر ، لكن التغييرات مثل تحمل اللاكتوز تحدث فقط كل 100 يوم من الأجيال. لذلك هناك المئات من الجينات التي تتحكم في هرمونات النمو لأنها مهمة في الاختيار. إذا أصبحت تغيرات اللون مهمة للحيوان ، مثل الطيور والأسماك والفراشات ، فإن مئات الجينات مخصصة للون.إذا لم يكن اللون مهمًا ، على سبيل المثال ، الحيوانات الشمالية والثلجية ، فسيتم تخصيص القليل من التغييرات الجينية للون ، وستكون جينات اللون العديدة لحيوان استوائي نائمة بسرعة كبيرة إذا تعرضت لظروف ثلجية.

من المنطقي أن يفضل الحمض النووي التطورات التي تشجع على التكاثر والبقاء على قيد الحياة في ظروف متغيرة ، وبالفعل يتم شحن الحمض النووي بشكل فائق لتقديم تغييرات مورفولوجية وكيميائية مفيدة في الغالب بأعداد كبيرة. على العكس من ذلك ، تحتاج النباتات إلى تغيير موادها الكيميائية كثيرًا لجذب الحيوانات وصدها ، في حين أن الحيوانات لا تحتاج إلى جذب الحيوانات الأخرى للحصول على الطعام ، فقط للدفاع عن نفسها ، وهذا أحد الأسباب التي تجعل الحيوانات أقل تنوعًا كيميائيًا من النباتات. يستخدم الصينيون الحيوانات فقط في الطب ، وهناك القليل من الأسبرين والمهدئات المشتقة من الحيوانات. لا تستطيع الحيوانات إنتاج مواد كيميائية عشوائية قوية لأن هرمونات الجهاز العصبي وجدران الخلايا أقل قوة من خلايا السليلوز والهرمونات النباتية. خلاف ذلك ، سيكون للحيوانات رائحة وطعم أكثر تنوعًا ، لكن طعم جميع الثدييات متشابه.

إنه نفس الشيء مع تطور الكمبيوتر. إذا طلبت من برنامج كمبيوتر تغيير الحمض النووي بشكل عشوائي أو إنشاء أشكال الحياة بشكل عشوائي ، فستكون لديه حيوانات مصابة بالصرع وغير منظمة تتخبط وتتدحرج وتضرب الجدران ، وهذا ليس ما تفعله الحيوانات لتتطور. إذا زودت برنامجًا لتطوير الكمبيوتر بمجموعات أدوات الحمض النووي المنسوخة من الطبيعة ، فستحصل بشكل أسرع على حيوانات ذات معنى ... أي حشرات قاطرة بسيطة. إذا طلبت من الكمبيوتر استخدام حركات الأطراف الجيبية مثل زعانف الأسماك ، وأرجل الدودة الألفية ، وأرجل الحشرات ، واستخدام النبضات العصبية ، ولإنشاء أشكال حياة metameric ، فستحقق نجاحًا أكبر بكثير من مجرد إضافة أطراف إلى أجزاء عشوائية من الجسم ، باستخدام عشوائي النبضات العصبية نمط وهلم جرا.

ليس من السهل دراسته ، لأنه معقد للغاية. أحب بعض الإحصائيات والمجلات المتعلقة بأنواع التغيرات التطورية السائدة في أشكال الحياة المختلفة.


علم التخلق

في علم الأحياء ، علم التخلق هي دراسة تغيرات النمط الظاهري الوراثي التي لا تنطوي على تغييرات في تسلسل الحمض النووي. [1] البادئة اليونانية epi- (ἐπι- "فوق ، خارج ، حول") في علم التخلق يشير ضمنيًا إلى ميزات "فوق" أو "بالإضافة إلى" الأساس الجيني التقليدي للوراثة. [2] غالبًا ما يتضمن علم التخلق التغييرات التي تؤثر على نشاط الجين والتعبير ، ولكن يمكن أيضًا استخدام المصطلح لوصف أي تغيير في النمط الظاهري الموروث. قد تنتج هذه التأثيرات على السمات المظهرية الخلوية والفسيولوجية عن عوامل خارجية أو بيئية ، أو تكون جزءًا من التطور الطبيعي. يتطلب التعريف القياسي لعلم التخلق أن تكون هذه التعديلات وراثية [3] [4] في ذرية الخلايا أو الكائنات الحية.

يشير المصطلح أيضًا إلى التغييرات نفسها: التغييرات ذات الصلة وظيفيًا في الجينوم والتي لا تنطوي على تغيير في تسلسل النيوكليوتيدات. ومن الأمثلة على الآليات التي تنتج مثل هذه التغييرات مثيلة الحمض النووي وتعديل هيستون ، كل منها يغير كيفية التعبير عن الجينات دون تغيير تسلسل الحمض النووي الأساسي. يمكن التحكم في التعبير الجيني من خلال عمل البروتينات المثبطة التي ترتبط بمناطق كاتم الصوت في الحمض النووي. قد تستمر هذه التغيرات اللاجينية من خلال الانقسامات الخلوية طوال مدة حياة الخلية ، وقد تستمر أيضًا لعدة أجيال ، على الرغم من أنها لا تنطوي على تغييرات في تسلسل الحمض النووي الأساسي للكائن الحي [5] بدلاً من ذلك ، تسبب العوامل غير الجينية يجب أن تتصرف جينات الكائن الحي (أو "تعبر عن نفسها") بشكل مختلف. [6]

أحد الأمثلة على التغيير الجيني في بيولوجيا حقيقية النواة هو عملية التمايز الخلوي. أثناء التشكل ، تصبح الخلايا الجذعية كاملة القدرات خطوط الخلايا متعددة القدرات للجنين ، والتي بدورها تصبح خلايا متمايزة تمامًا. بمعنى آخر ، مع استمرار خلية بويضة مخصبة واحدة - البيضة الملقحة - في الانقسام ، تتغير الخلايا الوليدة الناتجة إلى جميع أنواع الخلايا المختلفة في الكائن الحي ، بما في ذلك الخلايا العصبية وخلايا العضلات والظهارة وبطانة الأوعية الدموية ، وما إلى ذلك ، عن طريق تنشيط بعض الجينات مع تثبيط تعبير البعض الآخر. [7]

تاريخيًا ، وُصفت أيضًا بعض الظواهر التي ليست بالضرورة وراثية بأنها وراثية. على سبيل المثال ، تم استخدام مصطلح "الوراثة اللاجينية" لوصف أي تعديل لمناطق الكروموسومات ، وخاصة تعديلات هيستون ، سواء كانت هذه التغييرات وراثية أم لا مرتبطة بنمط ظاهري. يتطلب تعريف الإجماع الآن أن تكون السمة قابلة للتوريث حتى يتم اعتبارها فوق جينية. [4]


2. تدفق الجينات

آلية أخرى للتطور هي تدفق الجينات (وتسمى أيضًا الهجرة).

انسياب الجينات هي أي حركة للأفراد و / أو المواد الجينية التي يحملونها من مجموعة سكانية إلى أخرى (هجرة).

أ تعداد السكان هي جميع الكائنات الحية من نفس النوع ، والتي تعيش في منطقة جغرافية معينة ، ولديها القدرة على التزاوج.

عندما يتزاوج الأفراد المهاجرون مع السكان الجدد ، فإنهم يساهمون في جيناتهم في مجموعة الجينات لهذا السكان المحليين ، وبالتالي إعطاء تدفق الجينات لهذه المجموعة.

على سبيل المثال ، قد يهاجر بعض الأفراد من مجموعة الخنافس البنية وينضمون إلى مجموعة من الخنافس الخضراء. من شأن ذلك أن يجعل جينات التلوين البني أكثر تواترًا في هذه الخنفساء الخضراء عما كانت عليه قبل هجرة الخنافس البنية إليها.

إذا تم نقل نسخ الجينات إلى مجموعة سكانية لم تكن فيها تلك الإصدارات الجينية موجودة في السابق ، يمكن أن يكون تدفق الجينات مصدرًا مهمًا للغاية للتنوع الجيني. يميل تدفق الجينات أيضًا إلى زيادة التشابه بين المجموعات المتبقية من نفس النوع لأنه يجعل تجمعات الجينات أكثر تشابهًا مع بعضها البعض.


الملخص

علم التخلق هو دراسة التغيرات في نشاط الجينات التي يمكن أن تنتقل من خلال الانقسامات الخلوية ولكن لا يمكن تفسيرها بالتغييرات في تسلسل الحمض النووي. تعد آليات الوراثة اللاجينية مركزية لتنظيم الجينات ، واللدونة المظهرية ، والتنمية والحفاظ على سلامة الجينوم. غالبًا ما يتم الاحتفاظ بآليات الوراثة اللاجينية لتقديم مساهمة طفيفة في التغيير التطوري لأن الحالات اللاجينية عادةً ما يتم محوها وإعادة ضبطها في كل جيل ، وبالتالي فهي غير قابلة للتوريث. ومع ذلك ، هناك إدراك متزايد أن التباين اللاجيني يقدم مساهمات مباشرة وغير مباشرة في العمليات التطورية. أولاً ، تنتقل بعض الحالات اللاجينية عبر الأجيال وتؤثر على النمط الظاهري للنسل. وعلاوة على ذلك، حسن النية توجد "epialleles" الموروثة وهي شائعة جدًا في النباتات. لذلك ، يمكن أن تخضع هذه الظهارة للانتقاء الطبيعي بنفس الطريقة التي تخضع بها الأليلات التقليدية القائمة على تسلسل الحمض النووي. ثانيًا ، يعزز التباين اللاجيني اللدونة المظهرية والتباين الظاهري ، وبالتالي يمكنه تعديل تأثير الانتقاء الطبيعي على التباين الجيني القائم على التسلسل. ثالثًا ، نظرًا لأن اللدونة المظهرية أمر أساسي لتكيف الكائنات الحية ، فإن الآليات اللاجينية التي تولد اللدونة والتأقلم مهمة في النظرية التطورية. رابعًا ، يتم اختيار بعض الجينات ليتم "طبعها" لتحديد جنس الوالد الذي اشتقت منه ، مما يؤدي إلى التعبير الجيني المعتمد على الوالد من أصل وتأثيراته. يمكن أن تؤدي هذه التأثيرات إلى اختلال وظيفي هجين وتسهم في الانتواع. أخيرًا ، تساهم العمليات اللاجينية ، ولا سيما مثيلة الحمض النووي ، بشكل مباشر في تطور تسلسل الحمض النووي ، لأنها تعمل كمطفرات من ناحية وتعديل استقرار الجينوم من ناحية أخرى عن طريق إبقاء العناصر القابلة للنقل قيد الفحص.

هذه المقالة جزء من موضوع الموضوع "كيف تؤثر الوراثة اللاجينية على مسار التطور؟"

1 المقدمة

في هذا الموضوع موضوع المعاملات، قمنا بتجميع مجموعة مختارة من الأوراق التي تتناول سؤالًا شائعًا: كيف يؤثر مجال علم التخلق الجديد على مجال علم الأحياء التطوري الناضج الآن؟ يتم التقاط الكثير من فهمنا المعاصر لكيفية عمل التطور في مجموعة من النظريات التي تم تطويرها في الأربعينيات من القرن الماضي والمعروفة باسم "التركيب الحديث" (MS) [1،2]. كان MS محوريًا لأنه التوفيق بين إثبات مندل أن الوراثة هي جزيئات مع نظرية داروين في الانتقاء الطبيعي في التباين المستمر ، وأدرجت مساهمات فيشر [3] في علم الوراثة السكانية. يمكن تلخيص وجهة نظر التصلب المتعدد للتطور من خلال التصريح بأن التطور يحدث من خلال التغيرات في ترددات الأليل داخل وبين السكان نتيجة للانتقاء الطبيعي وتقسيم السكان والانحراف الجيني [4]. يرفض MS صراحة إمكانية وراثة الخصائص المكتسبة [5]. تم تعزيز هذا الافتراض لاحقًا من خلال "العقيدة المركزية" للبيولوجيا الجزيئية التي وضعها كريك ، وهي فكرة أن المعلومات الموجودة في الحمض النووي يتم نسخها إلى RNAs الرسول التي تُترجم بعد ذلك إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين ، مع عدم وجود إمكانية للحصول على معلومات مرتدة من البروتين إلى الحمض النووي [6]. علاوة على ذلك ، في حين أن علماء الوراثة الكميين ومربي الحيوانات قد أدركوا دائمًا أهمية التأثيرات الأبوية (الأمومية عادةً) في تحديد النمط الظاهري للنسل [7،8] ، فقد تم اعتبار التأثيرات الأبوية ذات تأثير ضئيل أو معدوم للتطور لأنها استمرت مرة أو اثنتين. أجيال على الأكثر ، وكان لها تأثير ضئيل على ترددات الأليل.

على الرغم من الصعود المعاصر لوجهة نظر مرض التصلب العصبي المتعدد للتطور ، وخاصة بين علماء الأحياء التطورية في الميدان ، فقد كان هناك ، منذ نشأتها ، سرد بديل [5]. في نفس العام الذي نُشر فيه كتاب هكسلي [1] الذي يروج لمرض التصلب العصبي المتعدد ، أرسل كونراد وادينجتون رسالة إلى طبيعة سجية يحتوي على المقطع التالي:

المعركة ، التي احتدمت لفترة طويلة ، بين نظريات التطور التي يدعمها علماء الوراثة من ناحية وعلماء الطبيعة من ناحية أخرى ، ذهبت بقوة في السنوات الأخيرة لصالح الأولى ... النظرية "الطبيعية" الكلاسيكية - وراثة الخصائص المكتسبة - بشكل عام جدًا إلى الخلفية ... [لأنه] تطلب نوعًا من الوراثة ... لا يوجد دليل كاف على وجوده. لا يمكن لعلماء الطبيعة أن يتأثروا بشكل مستمر وعميق بتكيف الكائن الحي مع محيطه ... هذه الشخصيات التكيفية موروثة ويجب تقديم بعض التفسير. إذا حُرِمنا من فرضية وراثة ... [الخصائص المكتسبة] ، فيبدو أننا قد تراجعنا إلى الوراء على الاعتماد الحصري على الانتقاء الطبيعي لمجرد طفرات الصدفة. ومع ذلك ، من المشكوك فيه ما إذا كان حتى علماء الوراثة الأكثر تفكيرًا إحصائيًا راضون تمامًا عن عدم وجود شيء أكثر من فرز الطفرات العشوائية بواسطة المرشح الانتقائي الطبيعي [9 ، ص. 563].

يمضي وادينجتون في افتراض آلية تطورية تعمل بالتنسيق مع الانتقاء الطبيعي الذي أطلق عليه "الاستيعاب الجيني". يعتمد جوهر حجة الاستيعاب الجيني على فكرة أخرى من أفكار وادينجتون: "القناة". جادل وادينجتون أنه في حين أن الأنماط الجينية للسكان تميل إلى أن تكون شديدة التباين ، فإن الأنماط الظاهرية ليست كذلك. لذلك ، على الرغم من البيئة المتغيرة وتفاعلات العشرات أو المئات من الجينات شديدة التغير التي تساهم في النمط الظاهري ، فإن مجموعها يميل إلى نتيجة نمطية مشابهة بشكل ملحوظ [9،10]. اقترح وادينجتون أن الانتقاء الطبيعي يعمل على تنظيم شبكات الجينات بحيث تقوم الشبكات بتوجيه التطور "الطبيعي" إلى ما أسماه "النوع البري" ، النمط الظاهري الشائع في البرية. يميل فهمنا الحديث للطريقة التي تعمل بها شبكات الجينات إلى تأييد وجهة نظر وادينجتون ، من حيث أن هناك وفرة هائلة ، وتخزينًا مؤقتًا ، وردود فعل داخلها [11 ، 12]. تُظهر كل من الدراسات التجريبية والنظرية أن هذا التكرار يميل إلى إنتاج نفس النتيجة المظهرية ، حتى لو كان واحدًا أو اثنين من الجينات داخل الشبكة أكثر أو أقل بشكل ملحوظ نتيجة للطفرة ، أو إذا تعرض الكائن الحي لتحدي بيئي شديد [ 11 ، 13 ، 14].

ولكن ما علاقة القناة بالتمثيل الجيني؟ كانت حجة وادينجتون ، المقنعة من وجهة نظرنا ، هي أن التعبير عن أي نمط ظاهري متطرف لوحظ في الطبيعة يجب أن يكون ممكنًا من الناحية الوراثية. هذا هو إمكانية من الأنماط الظاهرية المتطرفة يجب أن تكون كامنة داخل الجينوم الطبيعي. يتم التعبير عن هذه الأنماط الظاهرية المتطرفة فقط عندما يكون التحدي البيئي أو الجيني كافياً للكشف عنها. لذلك ، فإن التحديد على ملف اللائحة يجب أن تكون شبكة الجينات وحدها كافية لإنتاج نفس النمط الظاهري المتطرف دون تغيير في متوسط ​​التركيب الوراثي من الجينات التي تساهم بشكل مباشر في سمة ما [5 ، 15 - 17].

هذا يقودنا إلى علم التخلق. كما صاغ وادينجتون مصطلح "علم التخلق" [18] ليعني العمليات التي تؤدي بموجبها "جينات النمط الجيني إلى إحداث تأثيرات نمطية". لكن هذا التعريف تطور وتضاعف [19]. اليوم يُستخدم عادةً للإشارة إلى نقل المعلومات إلى ما بعد تسلسل الحمض النووي بين أقسام الخلية ، مما يؤثر على تنظيم الجينات [20-24]. تعتبر العمليات اللاجينية مركزية للتكوين الجنيني ، مما يساعد على توجيه تطور البويضة المخصبة إلى كائن حي ناضج بخلايا وأنسجة وأعضاء متخصصة ، وكلها تعبر عن مجموعات مختلفة من الجينات في سلالات خلوية مختلفة. الحالات اللاجينية هي من ثلاثة أنواع رئيسية ، نوضحها بإيجاز أدناه. يتم توفير مراجعات أكثر تفصيلاً للآليات الجزيئية التي تقوم عليها صيانة ونقل الحالات اللاجينية داخل وعبر الأجيال في هذا العدد [25 ، 26] وخاصة [27].

(أ) تعديل الكروماتين

في الخلايا حقيقية النواة ، يتم تعبئة الحمض النووي في الكروماتين ، والوحدة الأساسية له هي النواة. يتكون النوكليوسوم من 147 نيوكليوتيد (nt) من الحمض النووي ملفوفًا حول لب متعدد البروتينات يتكون من نسختين من كل من الهستونات الأربعة H2A H2B و H3 و H4. تحد النيوكليوسومات من الوصول إلى الحمض النووي ، ويجب تخفيفها للسماح بالنسخ. يتم تفضيل هذا التراخي أو إعاقته اعتمادًا ، على وجه الخصوص ، على تعديلات ما بعد الترجمة للهيستونات مثل الأستلة أو المثيلة أو الفسفرة لبقايا الأحماض الأمينية المحددة. يمكن الاحتفاظ بحالات الكروماتين عبر انقسامات الخلايا ، وهذا جزئيًا يوحد الجينات التي يتم تشغيلها وإيقافها في سلالات خلوية مختلفة ، وفي النهاية ، الأنسجة والأعضاء [20 ، 28].

(ب) مثيلة الحمض النووي

مثيلة الحمض النووي هي إضافة مجموعة ميثيل إلى نيوكليوتيدات معينة ، وخاصة السيتوزينات (Cs) ، في حقيقيات النوى. في الثدييات والحشرات ، تكون الغالبية العظمى من مثيلة الحمض النووي في مواقع CG المتماثلة (حيث G هو جوانوزين). تظهر النباتات بالإضافة إلى مثيلة في مواقع CHG و CHH (حيث H أي قاعدة ولكن G ، انظر [26]). لاحظ أن الخيط المعاكس للحمض النووي لـ C-G هو G-C التكميلي. إلى حد كبير ، يفسر هذا التكامل سبب انتشار حالات مثيلة الحمض النووي بشكل موثوق عبر انقسامات الخلية.

في الحشرات ، تكون مثيلة الحمض النووي في الغالب داخل أجسام الجينات ، بينما في الثدييات والنباتات تكون أكثر انتشارًا في العناصر القابلة للنقل (TEs) والتسلسلات المتكررة الأخرى [29]. في الثدييات ، غالبًا ما ترتبط الميثيل للتسلسلات التنظيمية داخل المحفزات والمعززات بإسكات الجينات وقد تمنع ارتباط عوامل النسخ [28]. تكون وظيفة المثيلة أقل وضوحًا في الحشرات ، لكنها شديدة التوريث ومنتشرة في دبابير النحل والنمل ، مما يشير إلى أن لها وظيفة [29].

(ج) جزيئات RNA صغيرة متداخلة

تحتوي الخلايا على عدد كبير من جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة غير المشفرة (بطول 18-50 نانومتر) ، بعضها ينتج بشكل عابر بأدوار غير معروفة حتى الآن ، في حين أن البعض الآخر منظم بإحكام وله أدوار مهمة ومميزة في تنظيم الجينات. هنا ، نحن نشغل أنفسنا بأكثر ما هو معروف جيدًا أو يُعتقد أنه يساهم في تنظيم الجينات: (1) يتم إنتاج RNAs الصغيرة المتداخلة (siRNAs) عادةً استجابة لوجود RNA مزدوج الشريطة (dsRNA) في الخلية (على سبيل المثال من فيروس مسبب للعدوى) ، وتسبب في تحلل الرنا المزدوج الجديلة ، وبالتالي قمع الترجمة ، أو توجيه مثيلة الحمض النووي وتعديلات الكروماتين الأخرى على تسلسلات TE [30] (2) الرنا الميكروي (miRNAs) يبلغ طوله 21-23 نانومتر ، ويتم إنتاجه من أطول ، السلائف المشفرة الجينوم. ترتبط بالـ RNA المرسال الهدف التكميلي وإما تحللها أو تمنع الترجمة في الريبوسوم [31 ، 32]. غالبًا ما يُعتقد أن miRNAs لها دور في الضبط الدقيق للتعبير الجيني (3) تتفاعل RNAs المتفاعلة مع PIWI (piRNAs) مع بروتينات PIWI لقمع نسخ TEs أثناء الانقسام الاختزالي في الغدد التناسلية الحيوانية [33-35] و (4) المشتقة من الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) شظايا (tRFs) هي أجزاء قصيرة من جزيء RNA الناقل. لا يزال التكوين الحيوي الدقيق والتنظيم والوظيفة لـ tRFs غير مفهومة جيدًا ، ولكن ذات الصلة بموضوعنا هو أن انتشارها يتغير في السائل المنوي للثدييات استجابة للظروف البيئية المتغيرة [36-38].

2. الوراثة اللاجينية متعددة الأجيال

تتمثل إحدى الطرق التي يستجيب بها الكائن الحي لبيئته في تعديل التعبير الجيني لتحقيق أفضل استخدام للظروف السائدة. تساهم هذه العملية غالبًا في "اللدونة المظهرية" ، أي قدرة الكائن الحي على التطور بطرق مختلفة اعتمادًا على البيئة [39 ، 40]. إن نقل المعلومات اللاجينية ذات الصلة بتنظيم الجينات بين أقسام الخلايا الانقسامية يترك الباب مفتوحًا أمام إمكانية نقل هذه المعلومات أيضًا من الآباء إلى الأبناء عبر الأمشاج. إذا كان الأمر كذلك ، يمكن للوالدين المساهمة بحالاتهم اللاجينية في نسلهم [26] ، وبالتالي المساعدة في توجيه نمو النسل نحو النمط الظاهري الذي تم تكييفه مسبقًا مع الظروف الحالية [24 ، 41 ، 42]. في بعض الظروف ، قد يتلاعب الوالدان بالتعبير الجيني في الأبناء بطرق تفيد الأبوين [43].

على الرغم من معقولية الوراثة اللاجينية متعددة الأجيال [24] ، هناك العديد من العوائق الرئيسية ، خاصة في الثدييات [22]. في الحيوانات ، يقتصر إنتاج الأمشاج على الأنسجة المتخصصة: الخصية والمبايض. يضع هذا عقبة كبيرة أمام وراثة الحالات اللاجينية المعروفة باسم "حاجز وايزمان" [44 ، 45]. في الثدييات ، يكتمل إنتاج البيض داخل الجنين الأنثوي في وقت مبكر جدًا من الحمل. هذا يستبعد أي تغييرات موجهة لتسلسل الحمض النووي. ومع ذلك ، فمن المحتمل أن تتمكن الأمهات من التأثير على الحالة اللاجينية للجنين من خلال العوامل المنقولة عبر المشيمة. وبالتالي ، بسبب التكاثر الذاتي للحالات اللاجينية ، فليس من غير المعقول أن نقترح أن أمهات الثدييات يمكن أن تؤثر على نمو نسلها وحتى البويضات النامية داخل الأجنة الأنثوية. إذا كان الأمر كذلك ، وهناك بعض الأدلة ، يمكن أن يؤثر هذا على الحالة اللاجينية للأحفاد [23 ، 46].

يختلف آباء الثدييات. عند الذكور ، تكون الحيوانات المنوية عملية مستمرة طوال الحياة. لذلك ، لدى الآباء إمكانية التأثير على التعبير الجيني في النسل بطرق تفيد الأبناء. حقيقة أن السائل المنوي للثدييات مليء بجزيئات صغيرة من الحمض النووي الريبي توفر آلية معقولة للغاية يمكن من خلالها تحقيق ذلك [24 ، 47 ، 48].

ربما يكون أفضل وصف لأهمية جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة في الوراثة اللاجينية هو أنواع معينة انيقة. تتضمن أمثلة الوراثة عبر الأجيال الاستجابات لمسببات الأمراض مثل الزائفة [49] وربما الفيروسات [50،51] التي تنتشر عبر الأجيال. هذه الآليات والأدلة الدامغة على الوراثة اللاجينية بين الأجيال في C. ايليجانس تمت مراجعتها بواسطة Frolows & amp Ashe [25]. يؤكدون أن العديد من جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة تتجمع في حبيبات حول النواة. لقد أصبح من الواضح أن الحبيبات المحيطة بالنواة متورطة بشكل وثيق في إنتاج الحمض النووي الريبي الصغير الموروث. يؤدي جيل واحد من الحبيبات حول النواة المختلة وظيفيًا إلى تكوين جزيئات siRNA الشاذة التي تعمل بشكل غير صحيح على إسكات الجينات لعدة أجيال ، حتى بعد استعادة الحبيبات الوظيفية حول النواة [25].

في النباتات ، هناك مجال أكبر للوراثة اللاجينية عبر الأجيال ، ولأن حاجز وايزمان هو أكثر من مجرد سياج اعتصام ، فهناك أيضًا المزيد من الاحتمالات للآباء لتوفير المعلومات التي يمكن أن تفيد تكاثرهم مقارنة بالحيوانات. في الواقع ، تتشكل الأزهار على النسيج الإنشائي القمي من سلالة من الخلايا التي اختبرت كل شيء شاهده النبات منذ أن كان بذرة [52]. علاوة على ذلك ، يبدو أن إعادة برمجة حالات مثيلة الحمض النووي بين الأجيال محدودة في النباتات أكثر مما هي عليه في الثدييات. وهكذا ، مثل طفرات الحمض النووي ، فإن التغيير في أنماط مثيلة الحمض النووي في الأنفاق القمية للنبات الأم يمكن أن ينتقل إلى النسل [53].

من الناحية الظاهرية ، يبدو أن نباتات الفجل التي تتعرض لهجوم شديد من الحشرات تستعد لتكاثرها لتكثيف إنتاج الأشواك والسموم [54،55]. على الرغم من أنه من المهم ملاحظة أن أحجام التأثير كانت صغيرة ، فقد يكون هذا مثالًا على الوراثة اللاجينية عبر الأجيال التكيفية [54 ، 55]. قد تكون الوراثة اللاجينية مهمة بشكل خاص في نشر الصفات المكيفة في الأنواع والسلالات التي تنتشر نسليًا [56]. بدون أي تباين جيني ، فإن الطريقة الوحيدة التي يمكن بها للنبات الذي يتم تكاثره نسليًا تحقيق التكيف الوراثي مع البيئات الجديدة هو عن طريق الطفرات الجديدة أو الوراثة اللاجينية عبر الأجيال.

3. مناقشة حول الشروط

كمجال ، فإن علم التخلق ودوره في التطور حديث ، ولهذا السبب ، هناك نقص في الإجماع على المصطلحات ، خاصة عبر التخصصات الفرعية للبيولوجيا. اتضحت هذه الاختلافات بشكل كبير عندما قمنا بتحرير الأوراق التي ساهمت في هذه القضية. على الرغم من أننا لم نحاول تنسيق المصطلحات المستخدمة من قبل مؤلفي الأوراق المختلفة ، فإننا نناقش أدناه كيفية استخدام بعض المصطلحات بسلاسة ، وكيف يمكن أن يؤدي ذلك أحيانًا إلى الغموض والارتباك [57].

(أ) الوراثة فوق الجينية ، الوراثة اللاجينية عبر الأجيال والميراث الثقافي

هناك إجماع عام على أن "الوراثة اللاجينية" تشير إلى نقل المعلومات اللاجينية عبر انقسامات الخلايا الانقسامية [20-23] والوراثة اللاجينية عبر الأجيال هي نقل المعلومات اللاجينية عبر أجيال متعددة [47،58]. نعتقد أن هذه تعريفات مفيدة. ومع ذلك ، يتبنى بعض المؤلفين نظرة أشمل بكثير عن "الوراثة اللاجينية" [59-61] ، وتشمل مفاهيم مثل الانتقال الثقافي بين الأجيال. على سبيل المثال ، عادةً ما تنتقل اللغة التي يتم التحدث بها في المنزل من الأبوين إلى النسل ، وبهذا المعنى فهي نمط ظاهري قابل للوراثة على الرغم من عدم وجود أي أساس جيني.

بينما نعترف بأهمية الميراث الثقافي ، لا سيما في تطور المجتمعات البشرية ، فإن الأوراق في هذا العدد تقتصر في الغالب على الأسئلة حيث يعتمد أساس الوراثة على المعلومات التي تمر عبر الأمشاج بالإضافة إلى تسلسل الحمض النووي. ومع ذلك ، فإننا نعترف بأن هذا التمييز متسرب. على سبيل المثال في الجرذان ، تنقل الأمهات اللعقات والعناية بصغارهن هذه السمة السلوكية إلى ذريتهم عندما يرعون أطفالهم. في حين أن هذا قد يكون أو لا يكون سلوكًا مكتسبًا ، إلا أن هناك عنصرًا مثيرًا للاهتمام في الوراثة اللاجينية. تُظهر الجراء التي تتم رعايتها وتغذيتها من قبل أمهاتها زيادة في مستوى الأسيتيل وانخفاض الميثيل في المنطقة الدافعة لجين مستقبل الجلوكوكورترويد الذي يعزز الاستجابة للسيروتونين ويقلل من مستويات التوتر [62]. لهذا السبب ، فإن الأبناء الذين استفادوا من الاستمالة الأم من المرجح أن يكبروا ليكونوا أمهات أكثر انتباهاً في دورة فاضلة [23].

حالة مفيدة أخرى هي تحمل اللاكتوز لدى البالغين في المجتمعات البشرية التي تشرب الحليب [63]. التغييرات في وتيرة المسوخ مليون متر مكعب 6 الجين الذي يعزز تخليق اللاكتاز في البشر البالغين مثال على ذلك حسن النية التغيير التطوري الناجم عن ممارسة الألبان المنقولة ثقافيًا. هنا ، أدى التغيير في الممارسات الثقافية (في هذه الحالة شرب حليب البالغين) إلى تغيير جيني على مستوى السكان بوساطة الانتقاء الطبيعي للجينات التي تمنح تحمل اللاكتوز. هذا مثال على "الإنشاءات المتخصصة" الموضحة في مقالة Loison في هذا العدد [5].

(ب) التعبير الجيني الخاص بالوالدين والطبع الجينومي

تقترح نظرية القرابة في البصمة الجينومية أن الجين الذي يشارك في تنظيم كمية الموارد التي يتلقاها الجنين أو الحدث من أمه يمكن أن يخضع لانتقاء متباين في أصله الأبوي (المشتق من الأب) أو الأم (مشتق من الأم) شكل [64-66]. هذا لأن matrigenes موجودون في كل واحد من نسل الأم بتواتر متساوٍ ولكن الأبناء الأبناء موجودون فقط في الأشقاء الذين أنجبهم نفس الأب. في ظل هذه الظروف ، يمكن أن يتطور الجين ليتم التعبير عنه عند مستوى يجتذب موارد إضافية من الأمهات في شكل باتريجين الخاص به ، وللتعويض ، أو تقليل التنظيم أو إيقافه تمامًا في شكله الماتريجين [64،65] ، راجع Oldroyd & amp Yagound [ 43].

تسمى الآلية التي يتم من خلالها تمييز الجين في شكل باتريجين أو ماتريجين "بصمة الجينوم". في الثدييات والنباتات ، تشتمل "البصمات" عادةً على مثيلة الحمض النووي الخاصة بالجنس في المناطق المحفزة للجينات ذات الصلة [67،68]. في الحشرات ، لوحظ بشكل متكرر مستويات التعبير الأليل الخاص بالوالدين [69-72]. ومع ذلك ، فإن الآليات الجزيئية الكامنة لعملية البصمة التي تسبب التعبير الجيني الخاص بالوالدين (PSGE) في الحشرات لم يتم تحديدها بشكل قاطع [43].

مصطلح "البصمة الجينية" يعني أشياء مختلفة لأناس مختلفين [57]. الورقة الأصلية التي تناقش الإمكانية النظرية للطباعة [65] لا تستخدم هذا المصطلح على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، تشير هذه الورقة فقط إلى PSGE. يستخدم بعض المؤلفين "الطبع" بشكل مترادف مع PSGE ، أو تأثيرات أصل الأصل (PoO) على النمط الظاهري. بالنسبة لهؤلاء المؤلفين ، إذا أظهر الجين تعبيرًا متحيزًا للوالدين ، أو إذا أظهرت التقاطعات المتبادلة تأثير اتجاه التقاطع ، فيجب أن يكون هناك بصمة في اللعب. ومع ذلك ، هذا ليس بالضرورة صحيحًا بأي حال من الأحوال ، خاصةً عند وجود أنواع هجينة بين الأنواع أو الأنواع الفرعية. هنا ، التفاعلات بين الميتوكوندريا المشتقة من الأم والجينومات النووية المشتقة من الأب يمكن أن يكون لها عواقب كبيرة على التعبير الجيني والنمط الظاهري [73 ، 74]. من المحتمل أيضًا حدوث تأثيرات مباشرة على الأم تنشأ ، على سبيل المثال ، من الحجم المادي للأم. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، التأثيرات المحتملة لـ PoO للتهجين المتبادل بين الدانماركيين العظماء والشيواوا.

(ج) آثار أصل المنشأ

يحدث تأثير PoO عندما يكون نسل التهجينات المتبادلة مختلفًا ظاهريًا أو إذا كان هناك PSGE. كما هو مذكور أعلاه ، من المهم تفسير PoE بعناية ، لأنه يمكن أن ينشأ أيضًا من التفاعلات الخلوية والنووية. ومع ذلك ، فإن التأثيرات القوية لـ PoO عبر العديد من الجينات والأنماط الظاهرية المتعلقة بالتكوين الجنيني أو القدرة الإنجابية هي دليل قوي على البصمة الجينية ، حتى عندما لا يمكن إثبات وجود ارتباط مع مثيلة أو تعديلات جينية أخرى.

(د) التلاعب الأبوي

كما جادل من قبل Oldroyd & amp Yagound [43] هناك احتمال نظري أن الآباء يتلاعبون مباشرة بالتعبير الجيني في الأجنة. مثل البصمة الجينية ، يمكن أن يحدث هذا نتيجة الانتقاء الجنسي للذكور للتنافس مع الذكور الآخرين لاستخراج موارد إضافية لنسلهم من الأمهات. حقيقة أن السائل المنوي للثدييات والحشرات يحمل كميات كبيرة من الحمض النووي الريبي الصغير يعطي بعض الوزن لهذه الفرضية.

4. اللدونة المظهرية ودورها في الاستيعاب الجيني والتغير التطوري

تذكر أن القناة هي فكرة Waddington القائلة بأن الأنماط الجينية المميزة يمكن أن تؤدي إلى نفس النمط الظاهري وأن النمط الظاهري قوي للاضطرابات البيئية (انظر أعلاه) [17]. اللدونة المظهرية هي الجانب الآخر للقناة: قدرة بعض الأنماط الجينية على تعديل نمطها الظاهري بشكل كبير لتعويض عدم التجانس البيئي [41 ، 75]. على سبيل المثال ، قد تقوم الحيوانات والنباتات بضبط وظائف الأعضاء الخاصة بهم لاستيعاب درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة بشكل غير عادي [42]. إن أهمية اللدونة المظهرية للعمليات التطورية محل نقاش كبير ، ويتوقف قدر كبير من هذا النقاش على التفسيرات المتباينة لمعناها. يتبنى دي يونج [76] وجهة النظر القائلة بأن اللدونة المظهرية هي سمة تكيفية ، تخضع للقسم الطبيعي ، والتي تسمح للكائنات الحية ذات الأنماط الجينية المتشابهة بتطوير أنماط ظاهرية مختلفة ومناسبة دون تغيير في التركيب الجيني. وجهة النظر البديلة المزعومة هي أن اللدونة المظهرية هي محرك قوي للتكيف والتطور السريع [15 ، 39] الذي يستمر على النحو التالي. أولاً ، يجب أن يكون هناك تغيير بيئي كبير يسبب استجابة بلاستيكية كبيرة في النمط الظاهري لمتوسط ​​السكان. يُطلق على النمط الظاهري المتغير "تكييف النمط الظاهري" وهو مستقل عن أي تغيير جيني [15 ، 77]. إذا أصبح التكيف المظهرى منتشرًا على نطاق واسع ويتم الحفاظ عليه عبر الأجيال بسبب التغيير الدائم في البيئة ، فيمكن أن يترتب على ذلك "التكيف الجيني" ، والذي قد يتضمن ترددات أليل متغيرة و / أو تعديلات على شبكات تنظيم الجينات [78،79].

في مساهمة مهمة حول كيفية تطور التأثيرات الأبوية ، طور Kuijper & amp Johnstone [80] نموذجًا رياضيًا يتنبأ باحتمالية ظهور التأثيرات الأبوية في ظل سيناريوهات بديلة للاختيار لصالح خصوبة الوالدين المرتفعة (المتوقعة في المجموعات السكانية المنظمة مكانيًا) مقابل قابلية بقاء الوالدين العالية (متوقع في بيئات مستقرة). في المجموعات السكانية التي تختبر اختيار الخصوبة ، يفضل الوراثة عالية الدقة ومن غير المرجح أن تتطور التأثيرات الأبوية. على النقيض من ذلك ، في المجموعات السكانية الخاضعة لاختيار الجدوى ، يمكن أن تكون هناك فوائد لمحاكاة الأبناء للوالدين ، ومن المرجح أن تتطور التأثيرات الأبوية. طور المؤلفون بعض التنبؤات القابلة للاختبار التي اقترحها نموذجهم [80].

في مثال آخر على اللدونة المظهرية ، تشين وآخرون. [81] دراسة السمات المظهرية المتعلقة بالإمراضية في العزلات السريرية لمسببات الأمراض الفطرية المتطورة حديثًا خميرة الخميرة. لقد أظهروا أن البريونات - تجمعات بروتينية خاطئة يمكن أن تحفز تحويل البروتينات المطوية بشكل صحيح إلى أشكال أخرى - تشارك في اكتساب الصفات المسببة للأمراض مثل مقاومة الأدوية. تعتبر التغييرات في وظيفة البروتين والنمط الظاهري للكائن لاحقًا لأجيال متعددة بسبب التغييرات غير المشفرة في بنية البروتين شكلاً مهمًا من اللدونة والتكيف الجيني.

5. التكيف الوراثي فوق الجيني في الأنواع الفطرية والنسيلية

تقدم الدراسات التجريبية على النباتات بعضًا من أفضل الأمثلة المعروفة للمتغيرات اللاجينية الموروثة عبر أجيال متعددة [26]. ومع ذلك ، لا يزال من غير الواضح إلى أي مدى يحدث الوراثة اللاجينية عبر الأجيال في النباتات في الطبيعة. مونجر وآخرون. [56] قدم ملاحظات وأدلة نظرية على أن الوراثة اللاجينية عبر الأجيال يمكن أن تكمن وراء الكثير من التكيف السريع الذي يميز مجموعات النباتات الغازية. مونجر وآخرون. تعترف ، مع ذلك ، بأن المسوحات التفصيلية على مستوى الجينوم لا تزال غير متوفرة ، خاصة بالنسبة للنباتات المستنسخة ، حيث يمكن لآليات الوراثة اللاجينية أن تلعب وظيفة أكثر أهمية. يشددون أيضًا على الحاجة إلى قياس معدلات الطفرات الجسدية في السلالات النسيليّة الغازية ، حيث يمكن أن تكون كافية لتوليد أو الحفاظ على تنوع جيني وفير ، لا سيما من خلال تعبئة TE ، والتي تميل إلى توليد طفرات ذات تأثير كبير [26]. يؤثر التهجين وتعدد الصبغيات على أنماط مثيلة الحمض النووي ويُعتقد أنهما مهمان للنجاح الغازي لبعض أنواع النباتات ، ولكن هنا مرة أخرى ، يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مراقبة تعبئة TE قبل استنتاج أن تباين الحمض النووي يلعب أي دور في هذا النجاح ، إما بشكل مباشر أو بشكل غير مباشر من خلال زيادة التبديل.

من الأنواع الغازية غير النباتية الأيقونية للأسف ضفدع القصب راينيلا مارينا. تم إدخال الضفادع المصنوعة من قصب السكر إلى أستراليا في عام 1935 في محاولة خاطئة للتحكم البيولوجي في الآفات الحشرية في محاصيل قصب السكر في كوينزلاند [82]. من مجموعة أولية من حوالي 100 فرد ، نجحت الضفادع القصب في استعمار المناطق المدارية الرطبة في شمال كوينزلاند وصولاً إلى المناطق القاحلة للغاية في غرب أستراليا ، مع عواقب بيئية وخيمة. باستخدام تصميم تجريبي معقد يتضمن تجارب ميدانية معملية وشبه طبيعية ، Sarma وآخرون. [83] شرع في تحديد ما إذا كانت تغييرات مثيلة الحمض النووي المستحثة كيميائيًا أو إشارات الإنذار المتصورة أثناء مرحلة اليرقات تؤثر على دفاعات النسل. على الرغم من ملاحظة الاستجابات والتأثيرات اللاجينية في ذرية G2 ، مما يشير إلى انتقال العدوى بين الأجيال ، إلا أن القليل منها كان متسقًا بين السكان. ومع ذلك ، حدد المؤلفون العديد من المناطق الميثيلية التفاضلية الموروثة (DMRs) في الجينات التي تعتبر مهمة للاستجابة لقرائن الإنذار ، مما يشير إلى وجود دور سببي. ما إذا كان يمكن نقل DMRs عبر أجيال متعددة وما إذا كانت مسؤولة عن التغييرات في التعبير الجيني الملحوظ هي أسئلة مهمة للمستقبل.

6. علم التخلق والصراع والانتواع

بالنسبة للجزء الأكبر ، تتماشى مصالح الوالدين والنسل والجينات الفردية تمامًا: بناء الكثير من النسل عالي الجودة [84]. تفحص نظرية الصراع ما يحدث عندما لا تتماشى مصالح الأقارب المتفاعلين تمامًا ، عادةً بسبب عدم التماثل في القرابة [84-90]. كما نوقش أعلاه ، يمكن أن تتطور البصمة الجينية عندما تختلف الضغوط الانتقائية على الجين اعتمادًا على ما إذا كان موروثًا من الأم أو الأب. ولكن في الأنواع متعددة الأزواج ، قد يكون من الممكن أيضًا أن يتطور التلاعب الأبوي المباشر للتعبير الجيني للنسل ، وهو احتمال تم استكشافه للحشرات الاجتماعية في [43].

يعتمد الاقتراح الأصلي لتطور PSGE (وامتدادًا البصمة الجينية) على إمكانية الصراع الجيني في السويداء ، وهو النسيج المغذي الذي يحيط بالجنين في بذور النباتات المزهرة [65]. يكتسب السويداء العناصر الغذائية من النبات الأم ، والتي تُستخدم بعد ذلك لتغذية الجنين في البذرة. جادل Haig & amp Westoby [65] بأن PSGE تطورت في النباتات المزهرة كنتيجة للصراع بين مستويات التعبير المثلى للجينات المشاركة في تزويد السويداء بالموارد. تسمح الجرعة المزدوجة من جينات الأم بالنسبة إلى جينات الأب في السويداء للجينات المشتقة من الأم بمزيد من التحكم في كمية موارد الأمهات التي يتم توفيرها للسويداء [91]. إذا كانت هذه الفرضية صحيحة ، فإن مستوى الإكثار من السويداء هو أمر أساسي لبقاء البذور. كما راجعت من قبل Köhler وآخرون. [92] ، مستويات التعبير الجيني غير المناسبة تدعم احتجاز البذور الذي لوحظ عند عبور نباتات ذات مستويات تعدد الصبغيات المختلفة. من اللافت للنظر أن ما يسمى بـ "كتلة ثلاثية الصبغيات" تشير إلى أن جرعة الجين في السويداء غالبًا ما تسبب عزلة إنجابية بعد اللاقحة ، وبالتالي تعزز العزلة الإنجابية. ومع ذلك ، سيكون التحدي المهم للمستقبل هو تحديد الجينات المعنية وكذلك طريقة عملها ، حيث أنه من غير الواضح ما إذا كانت حواجز التهجين القائمة على السويداء لها أساس وراثي مشترك.

7. علم التخلق ، اللدونة المظهرية والتكيف

يمكن للوراثة اللاجينية عبر الأجيال تسهيل أو إعاقة وتيرة تكيف السكان. في فترتنا الحالية من التغير البيئي السريع ، هناك حاجة ماسة إلى فهم أفضل للأساس التطوري لمرونة النمط الظاهري والتكيف ، وقدرة السكان على البقاء والازدهار في ظل الظروف الجديدة التي يجدون أنفسهم فيها بشكل متزايد [93-95] . يُعتقد عمومًا أن العمليات اللاجينية قد تسمح بتكيف أسرع من التغيرات القائمة على الحمض النووي [96] ، ولكن هذا قد يكون أملًا ساذجًا. تتناول ثلاث أوراق بحثية في هذا العدد القيمة التكيفية للوراثة اللاجينية والتأثيرات الأبوية.

أولاً ، يقوم Baduel & amp Colot [26] بتحليل أنواع ومصادر وعواقب التلاشي المرتبط بـ TE في النباتات ، حيث يرتبط معظم مثيلة الحمض النووي بـ TEs. في أرابيدوبسيس، حوالي ثلث متواليات TE تحافظ على الاختلافات في حالات مثيلة الحمض النووي على مدى ثمانية على الأقل ، ويفترض أن العديد من الأجيال. من المثير للاهتمام ، أن العديد من هذه الاختلافات تتداخل مع epialleles الموجودة في الطبيعة. على الرغم من هذا التداخل ، فإن تواتر الظهارة في الطبيعة يبدو مشابهًا لمستويات التباين الجيني القائم على التسلسل ، مما يشير إلى أنه في أرابيدوبسيس على الأقل ، من غير المرجح أن يسمح الاختلاف الظهاري بالتكيف السريع. ومع ذلك ، أشار بادويل وكولوت بعد ذلك إلى أن التباين اللاجيني الإضافي في TEs يمكن أيضًا أن يحدث بسبب الضغوط البيئية ، وأن مثل هذه التغييرات ربما تساهم بشكل كبير في قابلية التطور من خلال توليد مرونة نمطية سريعة وعابرة. هذه المراجعة على قماش عمل تم إجراؤه في أنواع أخرى غير أرابيدوبسيس ويصبح من الواضح أن الأنواع النباتية تختلف اختلافًا كبيرًا في محتواها من TE وتاريخ حياتها ، وأن هذه الاختلافات يجب أن تؤثر على تأثير التكاثر المرتبط بـ TE داخل نوع معين. يعتبر النصف الثاني من مراجعة Baduel and Colot الأهمية التطورية للاختلاف الظهاري المرتبط بـ TE. وخلصوا إلى أن هذا الاختلاف يأتي بنكهات مختلفة ، وأن كل نكهة لها إمكانية فريدة للمساهمة في التكيف والتطور. يقترحون أن تعبئة TEs بسبب التغيرات اللاجينية المستحثة بيئيًا ربما تزود النباتات بوسائل قوية لاستكشاف النمط الظاهري والتكيف.

ثانيًا ، ماكجيجان وآخرون. [93] ضع في اعتبارك الدور المحتمل الذي يمكن أن تلعبه عمليات الوراثة اللاجينية في الاستجابات السريعة لتغير المناخ. تم الإبلاغ عن حالات قليلة من الارتباط القوي بين تواتر epialleles والتمايز البيئي ، حتى عندما يكون التمايز الجيني ضعيفًا. ومع ذلك ، يحذر المؤلفون بشدة من أن هناك عددًا قليلاً جدًا من الحالات المقنعة حيث تم ربط مقاييس التباين اللاجيني باللياقة.قد يكون السبب في ذلك هو أنه في البيئات المتغيرة ، قد لا تكون الإعدادات اللاجينية الموروثة من الآباء مناسبة للظروف التي يمر بها الأبناء ، ومن المحتمل أن تنتقص من لياقة النسل بقدر احتمالية تعزيزها [80،93].

ثالثًا ، يدرس Crean & amp Immler [97] التأثير الذي يمكن أن تحدثه التغيرات البيئية على الأمشاج ، خاصة وليس حصريًا ، الأمشاج الذكرية للأسمدة الخارجية. هذه التغييرات ، التي يمكن أن تكون وراثية أو جينية ، يمكن أن تؤثر على الأجيال القادمة بشكل مباشر وغير مباشر ويمكن أن تكون قابلة للتكيف (على سبيل المثال ، مقاومة أفضل للملوحة العالية) أو غير قادرة على التكيف (مثل انتقال الإجهاد). يأخذ كرين وإيملر أيضًا في الاعتبار أهمية البيئة المشيمية في سياق تكنولوجيا الإنجاب بمساعدة الإنسان (ART) ، وفي الزراعة ومصايد الأسماك. بسبب الاضطرابات في البيئة المشيمية ، قد تتسبب تقنيات المعالجة المضادة للفيروسات القهقرية في حدوث تغييرات غير متوقعة وقليلة التقدير في السمات السكانية التي بدأت تظهر الآن فقط.

8. التأثيرات المباشرة لعلم التخلق على تطور الجينوم

لقد ركزنا حتى الآن على تأثيرات الوراثة اللاجينية والوراثة اللاجينية عبر الأجيال على اللدونة والتكيف الظاهري وكيف يمكن أن يساعد ذلك في دفع عجلة التطور. ومع ذلك ، من المهم أيضًا ملاحظة أن مثيلة الحمض النووي وتعديلات الكروماتين الأخرى تؤثر بشكل مباشر على معدل الطفرة في الحمض النووي. ومن ثم فإن الآليات اللاجينية تؤثر بشكل مباشر على تطور الجينوم.

لقد مر الآن 40 عامًا منذ أن ظهر في البكتيريا أن 5 ميثيل سيتوزينات (5 مللي سي) هي نقاط ساخنة للطفرات. هذا الموقف ناتج عن الإصلاح الأقل كفاءة للثيمين مقارنةً باليوراسيل ، على التوالي ، الناتج عن نزع أمين السيتوزينات الميثيلية والسيتوزينات غير الميثيل [98 ، 99]. في حقيقيات النوى ، CpG ثنائي النوكليوتيدات هي الأهداف الرئيسية لميثيل C وتؤدي قابلية التحور الأعلى البالغة 5 ميكرو مولار إلى استنفاد عام للنيوكليوتيدات CpG بالنسبة للكثافة المحلية لـ Cs و Gs في جينومات أي كائن حي يخضع لمثيل الحمض النووي في خط الجراثيم ، كما راجعت من قبل Yi & amp Goodisman [100]. ومع ذلك ، كما أشار المؤلفون ، إلى جانب هذا التأثير المباشر والمذهل لمثيلة الحمض النووي على معدل الطفرات ، هناك أيضًا تأثيرات غير مباشرة يتوسطها الكروماتين ، نابعة من حقيقة أنه يعدل تعرض الحمض النووي للإهانات ، بالإضافة إلى إمكانية الوصول إليه. لإصلاح الأنشطة.

دراسة الآليات اللاجينية وتطور الكروموسومات الجنسية وتنظيمها لها تاريخ مشترك غني. في الثدييات ، يعد تعطيل الكروموسوم X عن طريق الصبغيات غير المتجانسة ضروريًا لتحقيق جرعة الجينات المناسبة بين الكروموسومات الجنسية. ما هو غير معروف هو كيف تؤثر الوراثة اللاجينية على تطور الكروموسومات الجنسية ، والتي يُنظر إليها بشكل أساسي على أنها تعاقب الأحداث الطفرية التي تمكن الجينات الذاتية من التفريق بين بعضها البعض. كما راجعت من قبل Muyle وآخرون. [101] ، تقدم النتائج من مجموعة واسعة من الأنواع النباتية والحيوانية دليلًا واضحًا على أن العمليات اللاجينية تلعب أدوارًا سببية مهمة في تطور الكروموسومات الجنسية وكذلك في تنظيم الأنماط الظاهرية الجنسية. يصفون كيف يراكم كروموسوم Y تكرارات التسلسل و TEs التي يجب إسكاتها جينيًا. يمكن أن يؤدي قمع TE على كروموسوم Y إلى إعاقة التعبير عن الجينات المرتبطة بـ Y ، وهي عملية يمكن أن تسرع من انحطاط الكروموسوم Y. تعمل Epigenetics أيضًا على تعديل تحديد الجنس الثابت ، وبالتالي تمكين انعكاس الجنس أو القدرة على الاستجابة للإشارات البيئية. من المحتمل أن يكون تسريب النمط الظاهري للجنس قابلاً للتكيف حيث يمكن أن يكون له تأثيرات عميقة على الديموغرافيا. على سبيل المثال ، قد يكون من المفيد للنباتات ثنائية المسكن (أي النباتات ذات الأفراد المتميزين من الذكور والإناث) التحول إلى الخنوثة خلال فترة التوسع السريع للمدى.

9. علم التخلق وتطور الطوائف في الحشرات الاجتماعية

من أكثر الأمثلة اللافتة للنظر على اللدونة المظهرية الطوائف المتميزة شكليًا و / أو سلوكيًا (فكر في نحل العسل مقارنة بملكات النحل) من الحشرات الاجتماعية (انظر صورة غلاف هذه القضية للحصول على مثال صارخ). كيف تتشكل هذه الطبقات من جينومات متطابقة؟ يأخذنا Oldroyd & amp Yagound [29] من خلال الدليل على أن التغيرات اللاجينية مسؤولة وظيفيًا عن تكوين الطبقات وتترك لنا رسالة مفادها أن هيئة المحلفين ما زالت خارجة: لوحظت تغييرات في مثيلة الحمض النووي الريبي النووي ، والحمض النووي الريبي الصغير والكروماتين بين الأفراد من طوائف مختلفة ، ولكن ليس من المؤكد ما إذا كانت هذه تغييرات وظيفية.

10. ملاحظات ختامية

هناك دعوات متزايدة لتوليف تطوري ممتد يدمج جميع أشكال الميراث: الحمض النووي ، الوراثة اللاجينية والثقافية [59،102،103،60] في نظرة شاملة واحدة لكيفية تقدم التطور. تميز مجال علم التخلق التطوري بالأدلة على الظواهر الرائعة مثل التكيف السريع الواضح من قبل مجموعة سكانية استجابة لمفترس أو تغير في درجة الحرارة ، وما يقابل ذلك من انخفاض في اللدونة المظهرية [104]. تدعم هذه التجارب بوضوح فرضية الاستيعاب الظاهري كآلية للتكيف السريع ، لكنها لا تثبت ذلك. للقيام بذلك يحتاج إلى نهج متعدد المستويات: تحديد (أو أفضل ، مقدمة تجريبية) لتحدي بيئي ، وتحديد استجابة النمط الظاهري التي تتوسطها التغيرات اللاجينية ، ثم دليل على الاختيار كما يتضح من التغييرات غير المترادفة في الحمض النووي التي تعوض أو تكمل التغييرات الوراثية اللاجينية. هذه مهمة صعبة ، خاصة بالنسبة للمجموعات البرية. ومع ذلك ، لدينا الآن فرصة لإجراء هذه الاتصالات باستخدام منهجيات اللاجينوم. كان إندلر [105106] رائدًا في دراسات التطور التجريبي في مجموعات الأسماك البرية ، وكان قادرًا على إظهار تكيف سريع للنمط الظاهري: تخفيف حدة الإشارات الجنسية في المجموعات المعرضة للحيوانات المفترسة. يمكن التلاعب بهذه الأنظمة عن طريق الإضافة التجريبية أو إزالة الحيوانات المفترسة في مجموعات سكانية فرعية مختلفة [107] وتوفر الفرصة لربط التغيير البيئي ، والتغيرات المقابلة في النمط اللاجيني ، ونقل الحالات اللاجينية المتغيرة من خلال الأمشاج ، والتغيرات المقابلة في التعبير الجيني في النسل ، و التغييرات في التركيب الوراثي عبر مقاييس زمنية أطول. إن تجارب مثل هذه (والتي يمكن أن تشمل الاضطرابات الثقافية) ستوسع بلا شك فهمنا لكيفية عمل التطور.


# فقدت في (تسلسل) الفضاء

اكتشفنا مثالين ملموسين لكيفية ظهور الهياكل والوظائف الجديدة من خلال الطفرات والانتقاء الطبيعي: قدرة بكتريا قولونية لاستخدام السترات التي ظهرت خلال تجربة معملية مضبوطة ، وتكرار وتباعد جين مستقبل هرمون الستيرويد الذي اكتسب شريكًا جديدًا للهرمون واستمر في تنظيم عمليات جديدة متميزة عن سابقتها.

كان كل من هذين المثالين ملحوظًا لمستوى التفاصيل المعقد الذي أثار بعناية الوسطاء على الطريق إلى وظائف جديدة. لا يزال ، حركة التصميم الذكي

ومع ذلك ، على عكس هذه الأدلة ، تدعي حركة التصميم الذكي أن مثل هذه الحداثة لا يمكن الوصول إليها من خلال الطفرات العشوائية والانتقاء الطبيعي. بدلاً من ذلك ، يزعمون أن أشكال البروتين الوظيفية نادرة بشكل لا يصدق ، وبالتالي فهي معزولة جدًا عن بعضها البعض بحيث لا يمكن للطفرة العشوائية والانتقاء الطبيعي سد الفجوات الشاسعة بينهما.

القضية هنا هي أن وظيفي يبدو أن البروتينات هي مجموعة فرعية صغيرة جدًا من البروتينات المحتملة. البروتينات هي سلاسل من الهياكل المتكررة (الأحماض الأمينية) التي عادة ما تكون مائة أو أكثر في الطول. يوجد 20 من الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات ، لذلك في كل موضع في سلسلة البروتين ، هناك 20 خيارًا مختلفًا ممكنًا. لذلك ، بالنسبة للبروتين الذي يحتوي على اثنين فقط من الأحماض الأمينية (ولا حتى سيناريو واقعي) ، هناك 202 توليفة محتملة. بالنسبة للبروتين الذي يحتوي على 100 حمض أميني ، هناك 20100 توليفة - "مساحة تسلسل" واسعة للحالات الممكنة ، والتي سيكون عدد قليل نسبيًا منها فعالاً.

كما رأينا ، فإن البروتينات "تستكشف" فضاء تسلسلها من خلال طفرة عشوائية. قد ينتج عن الطفرة أشكال بروتينية تقلل الوظيفة أو تزيلها ، أو تغييرات محايدة فيما يتعلق بالوظيفة ، أو تغييرات تحسن الوظيفة (أو تضيف وظائف جديدة). بمرور الوقت ، يتنبأ التطور بأن البروتينات سوف "تتفرع" من خلال فضاء التسلسل - مع كل شكل حديث متصل بشكل سابق يكون سليل معدل. تتنبأ حركة التصميم الذكي (IDM) ، كما أشرنا ، بنمط مختلف: بروتينات وظيفية معزولة ومصممة بشكل منفصل (تم إنشاؤها) تفتقر إلى الأشكال الانتقالية السابقة.

بمعنى آخر ، يعرض IDM مساحة تسلسل البروتين لتكون مثل الرسم التخطيطي الموجود على اليسار. تمثل الكرات البنية أشكالًا بروتينية وظيفية (كل منها يسمح ببعض الاختلافات الصغيرة داخل الكرة). هذه مفصولة بفجوات كبيرة من التسلسلات غير الوظيفية. في المقابل ، يتنبأ نموذج تطوري بأن التسلسلات الوظيفية الحديثة (الكرات البنية) هي كذلك متصل في مساحة التسلسل بواسطة وسيطة وظيفية عبر الزمن (خطوط سوداء).

المثالان اللذان قمنا بفحصهما بالفعل (استقلاب السترات وأزواج الهرمونات / المستقبلات الجديدة) يمثلان دعمًا قويًا للنموذج التطوري: في كلتا الحالتين ، تم ربط الوظائف والهياكل الجديدة بأشكال سابقة (كان لها وظائف مختلفة) من خلال سلسلة من الوسائط الوظيفية. ومع ذلك ، يبقى السؤال: هل كل البروتينات مرتبطة بهذا الشكل؟ هل هذه الأمثلة استثناءات نادرة؟ بالتأكيد إذا كان التطور قد أنتج التنوع في شكل البروتين ووظيفته الذي نلاحظه اليوم ، فإن هذا النمط يجب أن يكون شائعًا.

مرحبًا بكم في الحي

كان هذا هو السؤال الذي دفع باحثين مؤخرًا إلى فحص عدد كبير من إنزيمات البروتين ذات الوظائف المعروفة: 28862 بروتينًا مختلفًا من مجموعة واسعة من الكائنات الحية ، على وجه الدقة. على وجه التحديد ، فحص الباحثون "أحياء النمط الجيني": البروتينات التي لها تسلسل أحماض أمينية متشابهة وتتجمع معًا في فضاء متسلسل (مثل تلك التي تمثلها المجالات في الرسم البياني أعلاه). يمكن تمثيل مقطع عرضي ثنائي الأبعاد لاثنين من هذه المجالات على النحو التالي (أعيد رسمه من الشكل 2 في Ferrada and Wagner ، 2010):

حيث كل كرة لها نصف قطر (ص) ، ويتم فصل الاثنين في مسافة التسلسل بمسافة (د). نصف القطر والمسافة هما النسبة المئوية للاختلافات في الأحماض الأمينية. على سبيل المثال ، قد نفكر في جميع البروتينات التي تختلف بنسبة 2٪ على الأكثر من الأحماض الأمينية داخل الحيين (ص= 1 لكليهما). المسافة بين الحيين (د) هو أيضًا فرق في المائة في الأحماض الأمينية (على سبيل المثال ، يمكن أن يكون d 10٪).

نظرًا لأن مجموعة البيانات التي استخدمها الباحثون كانت للأنزيمات ذات الوظائف المعروفة ، فقد تم تقييم أزواج من أحياء التركيب الوراثي لتحديد ما إذا كانت تحتوي على نفس الوظائف الأنزيمية ، أو وظائف متميزة. على سبيل المثال ، إذا كان الحي 1 يحتوي على وظائف إنزيمية A و B و C ، بينما يحتوي الحي 2 على وظائف الإنزيم A و B فقط ، فإن وظيفة الإنزيم C هي فريدة من نوعها إلى الجوار 1. يمكن بالتالي تحليل جزء الوظائف الفريدة لأزواج من الأحياء الوراثية كوظائف لـ ص و د.

بمعنى آخر ، ما مدى الاختلاف الذي يجب أن يكون عليه حيان من النمط الجيني قبل مواجهة وظائف جديدة في مساحة تسلسل البروتين؟ هل توجد عائلات البروتين الموجودة في مساحة البروتين كجزر معزولة (مصممة بشكل مستقل) تعمل في بحر من الوظائف غير الوظيفية ، كما يتوقع IDM؟ أو هل يمكن الوصول إلى وظائف جديدة حيث تستكشف الإنزيمات فضاء التسلسل من خلال الطفرات العشوائية والانتقاء الطبيعي؟

ليس من المستغرب أن وجد الباحثون أنه مع اختلاف نسبة الأحماض الأمينية (د) بين اثنين من أحياء التركيب الوراثي ، زاد جزء الوظائف الفريدة. ما كان مثيرًا للاهتمام (من حيث تقييم ادعاءات IDM) هو أنه يمكن ملاحظة الوظائف الفريدة بسهولة حتى بالنسبة للقيم المنخفضة لـ د. على سبيل المثال ، أحياء النمط الجيني مع اختلاف 20٪ في الأحماض الأمينية (د = 20) لها وظائف فريدة تزيد عن 45٪ من الوقت عندما كانت r ثابتة بفارق 5٪. الاختلافات الأصغر ، مثل d = 10 ، لم تستبعد الوظائف الفريدة (ما يقرب من 20٪ لها وظائف فريدة ، انظر الشكلين 3 أ و 3 ب في فيرادا وفاجنر للحصول على نتائج لمجموعة البيانات ككل).

كانت النتيجة الثانية المثيرة للاهتمام أنه حتى عندما تتداخل أحياء النمط الجيني (أي د أقل من مجموع نصفي نصف القطر) ، فلا يزال من الممكن أن يكون لهما وظائف فريدة:

يؤكد هذا في وقت واحد على ملاحظتين: أن التسلسلات المتشابهة للغاية قد يكون لها وظائف مختلفة (كما هو معروف جيدًا من دراسات أخرى) ، بالإضافة إلى الطبيعة العرضية للبروتينات التي تستكشف مساحة التسلسل (حتى البروتينات وثيقة الصلة لا يمكنها الوصول إلى الوظائف المحتملة نفسها عبر بحث قصير ، اعتمادًا على موقعهم في حيهم الوراثي). تتوافق هذه النتيجة أيضًا مع ما رأيناه سابقًا في الجزأين 2 و 3: الطفرات المحايدة التي تحرك تسلسلًا داخل جوار النمط الجيني يمكن أن تجعله في متناول حالات وظيفية محتملة جديدة. كانت هذه الطفرات المحايدة أساسية في فتح الاحتمالات المستقبلية لتطور استقلاب السترات في بكتريا قولونية وكذلك في مستقبلات هرمون الستيرويد في الفقاريات.

هل الحفاظ على بنية بروتينية معينة يمنع الاستكشاف؟

بعد الحصول على هذه النتيجة ، واصل الباحثون إضافة قيد للتحليل: لقد حصروا مجموعة بياناتهم على تسلسلات بروتينية معروفة بأنها قابلة للطي في بنية معينة (يمكن رؤية بيانات مجال برميل TIM في الشكلين 4 أ و 4 ب مقارنة مع 3 أ و 3 ب). لقد اختاروا طية بروتينية شائعة جدًا (تسمى برميل TIM) يمكن للعديد من متواليات البروتين طيها (4132 تسلسلًا في مجموعة البيانات) ، والتي تؤدي العديد من الوظائف الأنزيمية المختلفة (53 تفاعل كيميائي متميز معروف حاليًا). يمكن أن تكون تسلسلات الأحماض الأمينية التي تشكل برميل TIM مختلفة بنسبة 100٪ (أي د = 100) أو مشابه جدًا (د

0). كما كان من قبل ، قام الباحثون بفحص كيفية توزيع الوظائف في فضاء متسلسل لأزواج من أحياء التركيب الجيني ، ولكنها الآن مقتصرة على هذا الهيكل وحده. بشكل ملحوظ ، كانت نتائجهم كما كانت من قبل. لا تزال الأحياء ذات النمط الوراثي القريبة من بعضها البعض تظهر وظائف مختلفة ، وتحتوي الأحياء المتداخلة على وظائف فريدة. للتأكد من أن هذا لم يكن تأثيرًا خاصًا بمجال TIM ، كرر الباحثون التحليل لـ 36 بنية إضافية ، وكلها أعطت نتائج مماثلة.

بعبارة أخرى ، لا يبدو أن تقييد البروتين ببنية معينة ثلاثية الأبعاد (أي طية البروتين) يعيق قدرته على اجتياز مساحة التسلسل واكتساب وظائف جديدة في هذه العملية.

مجتمعة ، توضح هذه الورقة بعض النتائج الرئيسية لكيفية توزيع تسلسل البروتين والبنى والوظائف في مساحة تسلسل البروتين:

  1. يتماشى توزيع تسلسل البروتينات والبنى والوظائف التي نلاحظها بشدة مع الفرضية القائلة بأن البروتينات تعبر مساحة التسلسل وتكتسب وظائف جديدة بمرور الوقت من خلال الطفرة العشوائية والاختيار.
  2. يتم توزيع التسلسلات الوظيفية في مساحة تسلسل البروتين بحيث تكون مجموعة فرعية مهمة من عائلات البروتين قريبة من المناطق ذات الوظائف الجديدة. في بعض الحالات ، يمكن أن تتداخل أحياء النمط الجيني حيث يحتوي أحد الأحياء على وظائف لا يحتويها الآخر.
  3. ليست كل مناطق الحي الوراثي متكافئة: يمكن للطفرات المحايدة داخل جوار النمط الجيني أن تنقل تسلسلًا إلى مناطق يمكن فيها الوصول إلى وظائف جديدة ، أو إلى مناطق لا يمكن الوصول فيها إلى تلك الوظائف نفسها.
  4. لا يعتبر القيد على بنية البروتين قيدًا على اكتساب وظائف جديدة. عندما اقتصر التحليل على هيكل مشترك ، تم الحصول على نفس النتائج (بما يتوافق مع 37 بنية مختلفة).

علاوة على ذلك ، يعتمد هذا العمل على أكبر حجم للعينة التي تم فحصها حتى الآن (أكثر من 28000 بروتين) ، وبالتالي فمن المرجح أن تنطبق على مساحة تسلسل البروتين ككل من الدراسات (مثل تلك التي أجراها أعضاء IDM) التي تحاول للاستقراء من دراسات بروتين واحد (أو حفنة من البروتينات ذات الصلة) إلى مساحة تسلسل البروتين بشكل عام. على الرغم من ادعاءات IDM ، لا يبدو أن البروتينات "مفقودة" في مساحة التسلسل.


تاريخ العمالقة في الجين: يستخدم العلماء الحمض النووي لتتبع أصول الفيروسات العملاقة

يحقق العلماء في تطور Mimivirus ، أحد أكبر الفيروسات في العالم ، من خلال كيفية تكرار الحمض النووي. ألقى باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي الضوء على أصول Mimivirus والفيروسات العملاقة الأخرى ، مما يساعدنا على فهم أفضل لمجموعة من الأشكال البيولوجية الفريدة التي شكلت الحياة على الأرض. الائتمان: المعهد الهندي للتكنولوجيا بومباي

ألقى باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي الضوء على أصول Mimivirus والفيروسات العملاقة الأخرى من أجل فهم أفضل لمجموعة من الأشكال البيولوجية الفريدة التي شكلت الحياة على الأرض. في أحدث دراستهم المنشورة في علم الأحياء الجزيئي والتطور، أظهر الباحثون أن الفيروسات العملاقة ربما تكون قد أتت من سلف معقد من خلية واحدة ، مما يحافظ على آلية تكرار الحمض النووي ، ولكنه يفرز الجينات التي ترمز لعمليات حيوية أخرى مثل التمثيل الغذائي.

كان عام 2003 عامًا هامًا بالنسبة لعلماء الفيروسات. تم اكتشاف أول فيروس عملاق في ذلك العام ، والذي هز مشهد علم الفيروسات ، وقام بمراجعة ما كان يعتقد أنه فهم راسخ لهذه المجموعة المراوغة وتوسيع عالم الفيروس من عوامل بسيطة وصغيرة إلى أشكال معقدة مثل بعض البكتيريا. بسبب ارتباطها بالمرض والصعوبات في تحديدها - فهي كيانات بيولوجية ولكنها لا تتلاءم بشكل مريح مع شجرة الحياة الموجودة - تثير الفيروسات فضول الباحثين.

لطالما اهتم العلماء بكيفية تطور الفيروسات ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بالفيروسات العملاقة التي يمكنها إنتاج فيروسات جديدة بمساعدة قليلة جدًا من المضيف - على عكس معظم الفيروسات الصغيرة ، التي تستخدم آلية المضيف للتكاثر.

على الرغم من أن الفيروسات العملاقة ليست ما يعتقده معظم الناس عندما يتعلق الأمر بالفيروسات ، إلا أنها في الواقع شائعة جدًا في المحيطات والأجسام المائية الأخرى. تصيب الكائنات المائية وحيدة الخلية ولها تأثيرات كبيرة على سكانها. يقول الدكتور كيران كونداباجيل ، عالم الفيروسات الجزيئية في المعهد الهندي للتكنولوجيا (IIT) في بومباي ، "نظرًا لأن هذه الكائنات وحيدة الخلية تؤثر بشكل كبير على معدل دوران الكربون في المحيط ، فإن للفيروسات دورًا مهمًا في بيئة عالمنا. لا تقل أهمية عن دراستها وتطورها ، كما هو الحال في دراسة الفيروسات المسببة للأمراض ".

في دراسة حديثة ، تم نشر نتائجها في علم الأحياء الجزيئي والتطورأجرى الدكتور كونداباجيل والباحث المشارك الدكتور سوبريا باتيل سلسلة من التحليلات على الجينات والبروتينات الرئيسية المشاركة في آلية تكرار الحمض النووي لفيروس ميميفيروس ، وهي المجموعة الأولى من الفيروسات العملاقة التي يتم التعرف عليها.كانوا يهدفون إلى تحديد أي من الاقتراحين الرئيسيين فيما يتعلق بتطور Mimivirus - الحد والفرضية الأولى للفيروس - كانت أكثر دعمًا من خلال نتائجهم. تشير فرضية الاختزال إلى أن الفيروسات العملاقة نشأت من كائنات وحيدة الخلية وأطلقت الجينات بمرور الوقت ، وتشير الفرضية الأولى للفيروس إلى أنها كانت موجودة قبل الكائنات وحيدة الخلية وبدلاً من ذلك اكتسبت الجينات.

يحقق العلماء في تطور Mimivirus ، أحد أكبر الفيروسات في العالم ، من خلال كيفية تكرار الحمض النووي. ألقى باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا في بومباي الضوء على أصول Mimivirus والفيروسات العملاقة الأخرى ، مما يساعدنا على فهم أفضل لمجموعة من الأشكال البيولوجية الفريدة التي شكلت الحياة على الأرض. الائتمان: المعهد الهندي للتكنولوجيا بومباي

ابتكر الدكتور كونداباجيل والدكتور باتيل أشجار النشوء والتطور مع بروتينات النسخ المتماثل ووجدوا أن تلك الموجودة في فيروس ميميفيروس كانت أكثر ارتباطًا بحقيقيات النوى منها بالبكتيريا أو الفيروسات الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، استخدموا تقنية تسمى التحجيم متعدد الأبعاد لتحديد مدى تشابه بروتينات Mimiviral. قد يشير التشابه الأكبر إلى أن البروتينات تطورت معًا ، مما يعني أنها مرتبطة ببعضها البعض في مجمع بروتيني أكبر بوظيفة منسقة. وبالفعل ، أظهرت نتائجهم تشابهًا أكبر. أخيرًا ، أظهر الباحثون أن الجينات المتعلقة بتكاثر الحمض النووي تشبه وتندرج تحت الانتقاء المنقي ، وهو الانتقاء الطبيعي الذي يزيل المتغيرات الجينية الضارة ، ويقيد الجينات ويمنع تسلسلها من التباين. تحدث هذه الظاهرة عادةً عندما تشارك الجينات في وظائف أساسية (مثل تكرار الحمض النووي) في الكائن الحي.

مجتمعة ، تشير هذه النتائج إلى أن آلية تكرار الحمض النووي Mimiviral قديمة وتطورت على مدى فترة طويلة من الزمن. هذا يضيقنا إلى فرضية الاختزال ، التي تشير إلى أن آلية تكرار الحمض النووي كانت موجودة بالفعل في سلف أحادي الخلية ، وأن الفيروسات العملاقة قد تشكلت بعد التخلص من الهياكل الأخرى في السلف ، ولم يتبق سوى أجزاء مرتبطة بالنسخ المتماثل من الجينوم.

يقول الدكتور كونداباجيل: "النتائج التي توصلنا إليها مثيرة للغاية لأنها توضح كيف تطورت الحياة على الأرض". "نظرًا لأن هذه الفيروسات العملاقة ربما تسبق تنوع السلف أحادي الخلية إلى البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى ، كان ينبغي أن يكون لها تأثير كبير على المسار التطوري اللاحق لحقيقيات النوى ، التي هي مضيفيها."

فيما يتعلق بالتطبيقات التي تتجاوز هذه المساهمة في المعرفة العلمية الأساسية ، يشعر الدكتور كونداباجيل أن عملهم يمكن أن يضع الأساس للبحث المترجم في تكنولوجيا مثل الهندسة الوراثية وتكنولوجيا النانو. يقول ، "إن الفهم المتزايد للآليات التي تنسخ بها الفيروسات نفسها وتجمعها ذاتيًا يعني أنه يمكننا تعديل هذه الفيروسات لتكرار الجينات التي نريدها أو إنشاء روبوتات نانوية استنادًا إلى كيفية عمل الفيروسات. الاحتمالات بعيدة المدى."


هل يحدث تطور كائنات أكبر تتكاثر جنسيًا على نطاقات زمنية أسرع من الزمن الجيولوجي؟

نعم! هناك الكثير من الأمثلة الرائعة للتطور ، حتى في الأنواع التي تتكاثر جنسيًا ، والتي تحدث بسرعة كبيرة ، في حدود سنوات أو عقود. في الواقع ، فإن الوحدة الزمنية ذات الصلة هي الأجيال. تعد الفئران الصخرية الجيبية في الصحراء الجنوبية الغربية مثالًا تمت دراسته منذ فترة طويلة. يتم اصطياد هذه الفئران الصغيرة السمراء من قبل البوم ، وهي مفترسات بصرية تكتشف الفئران بألوانها المتناقضة مع الرمال. معظم الفئران لها نفس لون الرمال تمامًا. هذا الفيديو القصير يشرح ما يحدث لمجموعة فئران الجيب التي تهاجر إلى الصخور البركانية السوداء ، بمعدلات طفرة وعدد الأجيال حتى ينتقل السكان من كل لون تان إلى كل لون معطف أسود.


جسم الإنسان والوقت والتطور

تشير التقديرات إلى أن جسم الإنسان يتكون من 60 تريليون خلية (60.000.000.000.000) .15 كم من الوقت سيستغرق تجميع هذه الخلايا العديدة ، واحدة تلو الأخرى وبدون ترتيب معين بمعدل:

واحد في الثانية1.9 مليون سنة
واحد في الدقيقة114 مليون سنة
واحد في الساعة6.8 مليار سنة

هذه الأعمار لا تفترض وجود أخطاء! ومع ذلك ، فإن الآلية التطورية تستند إلى أخطاء عشوائية (أخطاء) في الحمض النووي. يتضمن أيضًا تجميع جميع الـ 60 تريليون خلية أنه يتعين عليهم تكوين الأعضاء الصحيحة التي يجب أن تتفاعل جميعًا.

يحتوي جسم الإنسان على أكثر من 40 مليار من الشعيرات الدموية التي تمتد لأكثر من 25000 ميل ، وهو قلب يضخ أكثر من 100000 مرة في اليوم ، وخلايا الدم الحمراء التي تنقل الأكسجين إلى الأنسجة ، وخلايا الدم البيضاء التي تندفع لتحديد عوامل العدو في الجسم وتمييزها لتدميرها. ، عيون وآذان أكثر تعقيدًا من أي آلة من صنع الإنسان ، دماغ يحتوي على أكثر من 100 تريليون وصلة ، بالإضافة إلى العديد من الأجزاء الأخرى مثل الجهاز العصبي والهيكل العظمي والكبد والرئتين والجلد والمعدة والكلى.

تعقيد وأبعاد جسم الإنسان مذهلة. إن احتمال تجميع 60 تريليون خلية تشكل أعضاءً محددة تعمل جميعها معًا لتشكيل إنسان واحد في النطاق الزمني التطوري البالغ 3.8 مليار سنة هو قفزة هائلة في الإيمان. ومع ذلك ، فقد أخبرنا خالق كلي المعرفة وقادر في كلمته أنه هو المصمم.

الأذن السامعة والعين الباصرة الرب صنعهما كليهما (أمثال 20:12).

كل جسم بشري هو شهادة لخالق هادف. كما قال مالكولم موغيريدج:


علم الوراثة الجديد & # 8212 الجزء الثاني: بعض الوراثة البيولوجية ليست وراثية ولا جينية

يتم تنظيم الخلية في عدد من الأقسام المختلفة بواسطة نظام مستمر من الأغشية. يعد نظام التقسيم هذا ضروريًا للغاية للوظيفة الخلوية ولإنتاج الخصائص البيولوجية للكائن الحي بالاقتران مع المعلومات المشفرة في الحمض النووي.

الصورة ، بالطبع ، تبسيطية. حتى داخل غشاء عضية واحدة ، هناك تقسيمات إقليمية أخرى في التركيب والوظيفة ، وهناك العديد من الهياكل المحلية الرائعة التي لا تظهر في الصورة.

لكن المهم هنا هو نقطة أخرى. يتم ترميز المعلومات اللازمة لإنتاج هذه الأجزاء الغشائية جزئيًا فقط في الحمض النووي. يتواجد جزء منه في الغشاء نفسه ، وهو قابل للتوريث ، ولا يتم ترميزه في أي مكان في الحمض النووي.

البيولوجيا الجزيئية للخلية، الدليل النهائي لعلم الأحياء الجزيئي السائد ، يصف سبب ذلك في الفصل الثاني عشر ، & # 8220 المقصورات داخل الخلايا وفرز البروتين. & # 8221

تتميز كل عضية غشائية إلى حد ما بأنواع الدهون التي تحتوي عليها ، ولكن يتم تحديد هذه بدورها من خلال مجموعتها الفريدة من البروتينات. البروتينات نفسها هي المحددات الرئيسية لوظيفة oragenelle. هذه البروتينات لها تسلسل الإشارة المرتبطة بهم التي توجههم إلى عضيات معينة.

ولكن هنا تكمن المشكلة! ما الذي يسهل مطابقة تسلسل الإشارة مع العضية الغشائية التي يتجه البروتين من أجلها؟ البروتينات في الغشاء. هذا صحيح ، إذا لم يكن هناك ناقلات بروتين في ، على سبيل المثال ، الشبكة الأندوبلازمية، ثم لا يمكن التعرف على تسلسلات الإشارات التي توجه البروتين إلى الشبكة الإندوبلازمية بأي شيء و ليس لها معنى على الإطلاق.

في حالة الشبكة الإندوبلازمية ، تكون الظاهرة أكثر إثارة للإعجاب ، لأن الشبكة الإندوبلازمية يجب أن صنع تلك البروتينات قبل أن يتم نقلها إلى أي مكان على أي حال.

وبالتالي ، ليس الحمض النووي فقط هو الذي يحدد الغشاء ، ولكن الغشاء نفسه. هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه مؤلفو البيولوجيا الجزيئية للخلية (ص 704) بكلماتهم الخاصة:

وهكذا ، يبدو أن المعلومات المطلوبة لبناء أوراجينلي لا توجد حصريًا في الحمض النووي الذي يحدد بروتينات العضية. مطلوب أيضًا معلومات في شكل بروتين مميز واحد على الأقل موجود مسبقًا في غشاء العضية ، ويتم تمرير هذه المعلومات من الخلية الأم إلى الخلية الأصلية في شكل العضية نفسها. من المفترض أن هذه المعلومات ضرورية لنشر التنظيم الجزئي للخلية ، تمامًا كما أن المعلومات الموجودة في الحمض النووي ضرورية لنشر متواليات النوكليوتيدات والأحماض الأمينية في الخلية.

وبالتالي ، توجد معلومات حرجة للغاية يمكن توريثها بيولوجيًا غير مشفر في الحمض النووي.

إلى أي مدى تساهم الاختلافات في هذه المعلومات في الاختلاف بين الأنواع وداخلها؟

هذا لغز سيبدأ في الانهيار فقط عندما يسقط المزيد من العلماء وجهة النظر الخاطئة تمامًا القائلة بأن الكائنات الحية هي إلى حد كبير مركبات يُقصد بها أن تكون حاويات لجينات التكاثر الذاتي - وهي وجهة نظر كانت دائمًا غير معقولة ولكنها الآن أكثر من أي وقت مضى ثبت أنها خاطئة تمامًا - والانضمام إلى صفوف علماء أحياء الأنظمة الحاسوبية الذين ينظرون إلى علم وظائف الأعضاء ككل متكامل ويحاولون بالفعل طرح مثل هذه الأسئلة والإجابة عليها.

هذا لا يعني أن معظم العلماء لديهم مثل هذه النظرة قصيرة النظر ، لكن العلماء الذين يدرسون الوراثة يدرسون بشكل عام الاختلافات في تسلسل الحمض النووي. حقيقة أننا نعرف العديد من الأمثلة حيث تساهم الاختلافات في الحمض النووي في الاختلافات في الخصائص القابلة للتوريث وليس لديها مجموعة مماثلة من المعرفة حول المعلومات غير الوراثية القابلة للتوريث ، قد تكون ببساطة نتيجة لكثير من الأشخاص الذين يطرحون النوع الأول من الأسئلة وتقريباً لا أحد يسأل النوع الثاني من الأسئلة بدلاً من أن يكون نتيجة لتكرار نسبي أكبر لهذا النوع من الميراث البيولوجي.

من ناحية أخرى ، على الرغم من أنه لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن التعبير الجيني ، إلا أن لدينا مجموعة رائعة جدًا من المعرفة حول كيفية وصول الخلايا ، واستخدامها ، والتحكم فيها ، وحتى في بعض الحالات ، إعادة هيكلة جينوماتها استجابةً لاحتياجاتها الخاصة. واحتياجات الكائنات الحية التي هم جزء منها. سيكون هذا موضوع المنشور التالي في هذه السلسلة.


ما الخطأ & # 8217s في نظرية التطور داروين & # 8217s؟

مركز نظرية داروين & # 8217s هو & # 8220شجرة الحياة & # 8221. يمثل جذع الشجرة الضخم أشكالًا أبسط للحياة مثل الأميبات والبروتوزوا والكائنات وحيدة الخلية وما إلى ذلك. ويتم تمثيل الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا مثل الأسماك والطيور والثدييات البرية بفروع أصغر في الجزء العلوي من الشجرة. صورة العنوان بإذن من Pinterest Evolution

اليسار غلاف المجلة بإذن من نيو ساينتست.

وفقًا لغراهام لوتون في مقال نشر عام 2009 في مجلة نيو ساينتست ، لماذا كان داروين مخطئًا بشأن شجرة الحياة ، هذا & # 8220تحول مفهوم التطور الأيقوني ليكون من نسج خيالنا.& # 8221 شجرة داروين & # 8217 قد عفا عليها الزمن من خلال اكتشاف نقل الجينات الأفقي. بدل من شجرة، لدينا نموذج جديد تمثله شبكة من أشكال الحياة المترابطة.

الصورة اليسرى: هذا & # 8220Tree of Life & # 8221 رسم تخطيطي في دفتر Darwin & # 8217s (الصورة: بإذن من ماريو تاما / جيتي).

كتب داروين نظريته عن التطور عام 1859

هذا ليس العيب الوحيد في نظرية داروين. منذ عام 1859 عندما كتب داروين نظريته عن التطور ، كان هناك تقدم كبير في علم الأحياء الجزيئي. في عام 1953 ، أوضح واتسون وكريك التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي ، جنبًا إلى جنب مع شفرته الجينية. في عام 2003 ، تم ترتيب الكود الجيني للجينوم البشري بأكمله. أثارت هذه التطورات نقلة نوعية في التفكير في التطور. تطلب داروين & # 8217s نظرية التطور البسيطة في القرن التاسع عشر مراجعة جذرية من أجل دمج كل هذه المعرفة الجديدة.

التطور من البسيط إلى الأكثر تعقيدًا

الصورة اليسرى: تشارلز داروين 1880 مشاع ويكيميديا ​​المجاملة ،

إن فكرة تطور الحياة من البسيط إلى الأكثر تعقيدًا هي فكرة قديمة ويمكن العثور عليها في الكتابات القديمة. بدأت نظرية داروين بهذا المفهوم وسعت إلى شرح الآلية. من التطور. نظرية التطور لداروين & # 8217s هي فكرة أنه على مدى العديد من الأجيال ، تؤدي التغييرات الإضافية الصغيرة إلى ظهور أنواع جديدة تمامًا. بدت هذه الفكرة معقولة لمربي الحيوانات المحترفين ذوي الخبرة الواسعة & # 8220breeding-in & # 8221 السمات المرغوبة في كلابهم أو خيولهم أو مواشيهم.

كانت فكرة داروين & # 8217s هي أن & # 8220 الطبيعة الأم & # 8221 ستعمل بدلاً من مربي الحيوانات المحترف. ستختار الطبيعة السمات التي وفرت ميزة البقاء على قيد الحياة ، وترفض السمات التي أعاقت البقاء على قيد الحياة. ستفوز الحيوانات التي تتمتع بمزايا أفضل للبقاء في معركة التكاثر. هذا يسمى & # 8220الانتقاء الطبيعي& # 8220. في عام 1859 ، اتخذ تشارلز داروين الخطوة التالية. اقترح الانتقاء الطبيعي كآلية للتطور. الصورة اليسرى داروين يحصل على قصة شعر بإذن من ويكيميديا ​​كومنز.

لتلخيص نظرية تشارلز داروين في التطور:

1) الطفرات الجينية العشوائية في القطيع توفر التباين.

2) المتغيرات الجينية الأكثر تكيفًا للبقاء ستبقى على قيد الحياة ، في حين أن المتغيرات الأقل تكيفًا لن تستمر. هذا يسمى الانتقاء الطبيعي.

التساؤل عن الانتقاء الطبيعي باعتباره الآلية

استبدل نيوتن بآينشتاين

تمامًا كما حلت فيزياء النسبية الجديدة وميكانيكا الكم محل الفيزياء النيوتونية ، كذلك فإن أفكار داروين والقرن التاسع عشر قد عفا عليها الزمن واستُبدلت. تم العثور على آلية التطور داروين & # 8217s غير كافية لشرح الاكتشافات الجديدة في البيولوجيا الجزيئية. تكشف المعرفة الحالية للجينوم البشري وبيولوجيا الخلية أن الطفرات العشوائية في الجينوم غير كافية لإنشاء أنواع جديدة. على العكس تمامًا ، تم العثور على التغييرات الجينية لتكون غير عشوائية ، ويمكن التنبؤ بها في عملية وصفت بـ & # 8220Genetic Engineering & # 8221.

تم استبدال الانتقاء الطبيعي بالهندسة الوراثية

الصورة اليسرى مقدمة من دكتوراه جيمس أ شابيرو

جيمس أ شابيرو في جامعة شيكاغو الهندسة الوراثية كآلية جديدة للتطور. يقول إن تغيير الجينوم هو وظيفة بيولوجية منظمة ، وعمليات الهندسة الوراثية الطبيعية تخضع للتغذية الراجعة البيولوجية على مستويات متعددة. هنا هو عرض شرائح عن الهندسة الطبيعية للهيكل الجيني لجيمس أ شابيرو.

يقول الدكتور شابيرو: & # 8220 الخلايا لديها مجموعة أدوات كبيرة من الأنظمة البيوكيميائية التي تجري إعادة هيكلة الجينوم على جميع مستويات
التعقيد & # 8221

مقال في مراجعة بوسطن للدكتور جيمس أ شابيرو: شابيرو 1997 ، مراجعة بوسطن 1997.

الأسئلة الشائعة التي أثارها المنشقون داروين:

كيف يضيف التغيير العشوائي (الطفرة) في الجينوم معلومات إلى الجينوم لخلق كائنات أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي؟

لا # 8217t. التطور غير عشوائي. جيمس شابيرو يقول & # 8220 ينشأ التغيير الجيني نتيجة للهندسة الوراثية الطبيعية ، ليس من الحوادث.” (من James A Shapiro_2009_Revisiting_Central_Dogma)

خلص فريق متعدد الجنسيات من علماء الأحياء إلى أن التطور التنموي حتمي ومنظم ، وليس عشوائيًا ، استنادًا إلى دراسة أنواع مختلفة من الديدان المستديرة. يقول ديفيد ستيرن ، عالم الأحياء الجزيئية الآخر من برينستون ، إن التطور يمكن التنبؤ به لأن الطفرات تميل إلى الحدوث في النقاط الساخنة في الجينات التنظيمية. حتى ريتشارد دوكينز ، الملحد والمدافع الأكثر صراحة عن داروين ، يقول إن التطور ليس عشوائيًا ، مشيرًا إلى الانتقاء الطبيعي بـ & # 8220آلية غير عشوائية& # 8221 في مناظرة مع ستيفن ماير. هذا اقتباس من أخبار Evolution:

& # 8220 على سبيل التخمين ، أود أن أقول إن دوكينز دخل في النقاش على الإطلاق - وهو أمر يتجنب عادة - لأن لورانس كراوس في حدث تورنتو كان يوجه الدكتور دوكينز بشكل أساسي إلى النقطة التي مفادها أن التطور الدارويني ليس عملية "عشوائية". الحقيقة هي أنه عشوائي وغير عشوائي. الوقود هو الاختلاف الجيني العشوائي. عملية التذرية ، الانتقاء الطبيعي ، ليست عشوائية. ولكن كما اعترف العلماء لأكثر من قرن ، فإن هذا يساعد فقط في "البقاء" وليس "وصول" المستجدات البيولوجية. & # 8221

عدم وجود التدرج في السجل الأحفوري.

الصورة اليسرى مقدمة من ستيفن جاي جولد.

عيب آخر في نظرية تشارلز داروين الأصلية هو السجل الجيولوجي الذي لم يدعم تنبؤ داروين بالانتقال التدريجي بين أشكال الحياة. لشرح هذا النقص في التدرج في السجل الأحفوري ، ابتكر ستيفن جاي جولد نظرية جديدة تسمى التوازن المتقطع. بدلاً من العثور على أشكال انتقالية تدريجية في السجل الأحفوري ، وجد علم الحفريات انفجارات مفاجئة في مظاهر أشكال الحياة ، فضلاً عن فترات طويلة من الركود أو تغيير طفيف في السجل الأحفوري.

الانفجار الكمبري

أحد الأمثلة على ذلك هو الانفجار الكمبري منذ حوالي 555 مليون سنة عندما ظهرت 40 مخططًا للجسم على مدى عشرة ملايين سنة دون أي أشكال انتقالية سابقة.

كان لابد من دمج هذه النتائج بطريقة ما في نظرية داروين ، مما زاد من تعقيد النظرية. وهكذا ، فإن اختراع & # 8220 متوازنة & # 8221.

اليسار: غلاف مجلة تايم 1995 الانفجار الكمبري.

كورنيليوس هنتر مؤلف كتاب Science & # 8217s Blind Spot: يعتبر التوازن المتقطع شكلاً من أشكال الاستدلال & # 8220Post-Hoc & # 8221 ليكون مشابهًا لمداريب الوسط الجغرافيين لما قبل نيوتن الذين ادعوا أن الأرض كانت مركز الكون. دحض تلسكوب Galileo & # 8217s مركزية الأرض.

كيف تنشأ الخلية الحية الأولى تلقائيًا لبدء التطور؟

يُطلق على الأصل التلقائي للحياة النشوء التلقائي ، والداروينية الجديدة لا تعالج هذه المشكلة.

لا يملك العلم & # 8217t دليلًا على كيفية نشأة الكائنات الحية الأولى. يقوم ستيفن مايرز بتنقيح هذا السؤال بشكل أكبر باعتباره مسألة أصل & # 8220 المعلومات البيولوجية & # 8221 المشفرة في الحمض النووي للخلية الأولى. ليس لدينا تفسير علمي لظهور هذه المعلومة الأولى.

أظهر مشروع الجينوم البشري أن 1-2٪ فقط من رموز الحمض النووي البشري للبروتينات ، أو حوالي 25000 جين.

هل هذه كافية لتفسير تعقيد الكائن الحي؟ ما هي نسبة 98٪ الأخرى من وظيفة الجينوم & # 8217s؟ ليس لدينا إجابات لهذه الأسئلة حتى الآن. في الماضي القريب ، تم تسمية هذا الحمض النووي غير المشفر & # 8220 junk DNA & # 8221 ، وهي تسمية خاطئة وتوقع خاطئ من قبل الداروينيين الجدد مما أدى إلى تأخير أبحاث البيولوجيا الجزيئية على مدار الـ 25 عامًا الماضية.

يقترح بحث جديد أن 98٪ من الجينوم ، & # 8220 junk DNA & # 8221 ، ليس خردة وفي الواقع يعمل بشكل كبير. ينظم التطور والتعبير الجيني. هل هذا الحمض النووي غير المشفر يوجه أيضًا تطور الأنواع؟ لا نعرف حتى الآن. النتائج الجديدة في البيولوجيا الجزيئية من قبل علماء مثل الدكتور شابيرو والدكتور ستيرن تقود الطريق.

دحض العقيدة المركزية

تقول العقيدة المركزية أن المعلومات الجينية تتبع في اتجاه واحد فقط من الجينوم إلى البروتين. أظهرت اكتشافات النسخ العكسي والفيروسات القهقرية تدفقًا عكسيًا للمعلومات إلى الجينوم من البيئة. مفهوم جديد يسمى & # 8220الجينوم السائل& # 8220 استبدال العقيدة المركزية. هذا له آثار عميقة على نظرية التطور.

التطور الموجه

نظرية التطور الجديدة الواعدة الأخرى هي & # 8220Directed Evolution & # 8221 موصوفة في كتاب Michael J.Denton & # 8217s ، & # 8220Nature & # 8217s Destiny: How the Laws of Biology Revolution in the Universe & # 8221. يقترح دنتون مفهومًا يسمى & # 8220التطور الموجه& # 8221 حيث التغييرات في الشفرة الجينية التي تؤدي إلى الانتواع (الأنواع الجديدة) ، والتي كان يُعتقد سابقًا أنها ناتجة عن طفرات عشوائية ، يتم توجيهها بدلاً من ذلك & # 8220 & # 8221 بواسطة المعلومات الجينومية الموجودة في الحمض النووي (ربما في غير- جزء ترميز من DNA يسمى سابقًا & # 8220 junk DNA & # 8221). تدعم النتائج الجديدة في البيولوجيا الجزيئية التي أجراها شابيرو في جامعة كاليفورنيا وستيرن في برينستون هذا الرأي.

تشبيه من علم الأجنة

تم رسم تشبيه من علم الأجنة ، حيث تقوم الشفرة الجينية في الحمض النووي بتوجيه الجنين الصغير لاتباع خطوات محددة جيدًا لـ & # 8220 تتطور & # 8221 في الكائن الحي الناضج. يمكن تطبيق هذه الفكرة على نظرية التطور نفسها. يمكن أن يحتوي الحمض النووي داخل الخلايا على & # 8220 معلومات موجهة & # 8221 للخطوات المؤدية من أشكال الحياة البدائية إلى أشكال الحياة الأكثر تعقيدًا في أكثر من مليارات السنين من التطور. نأمل أن نرى المزيد من هذه الأفكار الرائعة مطبوعة خلال السنوات القليلة القادمة.

ندفة الثلج & # 8211 خصائص التنظيم الذاتي للمادة

ينمو جزيء صغير من الماء إلى ندفة ثلجية جميلة بدون نمطين متشابهين. ندفة الثلج هي كائن منظم معقد ينشأ بسبب خصائص التنظيم الذاتي لجزيئات الماء. ليست هناك حاجة لاستدعاء العشوائية كتفسير. وبالمثل ، يمكن أن تكون أشكال الحياة الأولى قد نشأت من خصائص التنظيم الذاتي للمادة دون التذرع بالعشوائية كتفسير.

إيفو ديفو

نهج جديد آخر يسمى evo-devo و Sean Carrol & # 8217s Book ، Endless Forms Most Beautiful: محاولات للتوفيق بين النتائج الجديدة في البيولوجيا الجزيئية وعلم الأجنة مع نظرية التطور.

جيرت كورثوف

إذا كنت تخطط لدراسة موضوع التطور ، فإن أفضل مكان للبدء هو موقع Gert Korthof & # 8217s الذي يراجع بشكل شامل عشرات الكتب الجديدة عن التطور والتصميم الذكي و evo devo والبيولوجيا الجزيئية ، إلخ.

العلماء السائدون المعارضون

اعتبارًا من أبريل 2014 ، إليك قائمة بالعلماء المخالفين لداروينسيم. وقعوا جميعًا على هذا البيان:

"نحن متشككون في الادعاءات المتعلقة بقدرة الطفرات العشوائية والانتقاء الطبيعي على تفسير تعقيد الحياة. يجب تشجيع الفحص الدقيق للأدلة الخاصة بالنظرية الداروينية & # 8221 .

1) جيمس أ شابيرو دكتوراه. أستاذ الأحياء الدقيقة بجامعة شيكاغو: & # 8220 ينشأ التغيير الجيني نتيجة للهندسة الوراثية الطبيعية ، وليس من الحوادث. & # 8221

2) ستانلي إن سولت دكتوراه. علم الحيوان ، 1963 ، جامعة كولومبيا.& # 8220 لذا ، مع النظرية الداروينية الجديدة الحالية ، يمكننا الادعاء بأنها لا تشكل نموذجًا للتطور ، فقط البقاء على المدى القصير من جيل إلى آخر. & # 8221

& # 8220 فيما يتعلق بقدرتها (الداروينية الجديدة) على تفسير تطور الكائنات الحية (على عكس تطور أنظمة الجينات) ، لم تقدم ، بعد حوالي 60 عامًا من التطوير ، آلية مقنعة للغاية. & # 8221 انظر: الانتقاء الطبيعي نظرية التطور الداروينية الجديدة 2006 سالت.

3) ستيوارت كوفمان أستاذ في جامعة كالجاري مع موعد مشترك بين العلوم البيولوجية والفيزياء وعلم الفلك. وهو مؤلف كتاب أصول النظام ، في المنزل في الكون: البحث عن قوانين التنظيم الذاتي ، والتحقيقات.

4) لين مارغوليس أستاذة جامعية متميزة في التطور الميكروبي ووراثة العضيات ، قسم علوم الأرض في جامعة ماساتشوستس. & # 8221 ، ومع ذلك ، لديها وجهة نظر سلبية لتفسيرات معينة للداروينية الجديدة ، تركز بشكل مفرط على المنافسة بين الكائنات الحية ، لأنها تعتقد أن التاريخ سوف الحكم عليهم في النهاية على أنهم يشكلون & # 8220a طائفة دينية صغيرة من القرن العشرين ضمن الإقناع الديني المترامي الأطراف لعلم الأحياء الأنجلو ساكسوني. & # 8221 الصورة على اليسار مقدمة من لين مارغوليس وكارل ساجان.

5) ديفيد ستيرن قائد المجموعة في حرم جانيليا للأبحاث. من عام 2008 إلى عام 2011 ، كان باحثًا في HHMI في جامعة برينستون.

& # 8220 على الرغم من الاعتقاد بأن الطفرات تحدث بشكل عشوائي في الجينوم ، يبدو أن توزيع الطفرات التي تسبب التنوع البيولوجي غير عشوائي للغاية. & # 8221 (Science Feb 2009)

معارضون للأطباء من الداروينية الجديدة

وفقًا لاستطلاع عام 2005 ، فإن 112500 أو 15٪ من الأطباء المرخصين في الولايات المتحدة يرفضون الداروينية الجديدة. عدد أكبر من ذلك ، 315000 يعتقد أن & # 8220God بدأ ووجه عملية تطورية أدت إلى وجود بشر حاليين. & # 8221 هناك 750،000 طبيب مرخص في الولايات المتحدة.

عندما يُطلب منك الاختيار بين خيارين ،
1) التطور أو
2) تصميم ذكي ،
استطلع ثلث الأطباء المختارين تصميمًا ذكيًا. هذا يستنبط إلى 250.000 طبيب يقبلون التصميم الذكي بدلاً من التطور الدارويني الجديد.

الانفجار العظيم وعالمية الكود الجيني

يدل على وجود سلف مشترك

يخبرنا العلم أن الحياة كلها تطورت من مادة نشأت منذ 15-20 مليار سنة في حدث يسمى & # 8220 Big Bang & # 8221 ، أو & # 8220Singularity & # 8221. تقترح هذه النظرية أن المادة الجامدة أولاً ثم أشكال الحياة تطورت من حدث التفرد هذا. تشير هذه النظرية أيضًا إلى أن جميع أشكال الحياة تشترك في سلف مشترك يعود بالزمن إلى تلك اللحظة الأولى من & # 8220Big Bang & # 8221.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكود الجيني عالمي لجميع أشكال الحياة ، مما يعني أن جميع أشكال الحياة مرتبطة بسلف مشترك ، أو بتصميم مشترك ، أو كليهما. (ملاحظة: الكود الجيني يترجم أكواد الحمض النووي المشفرة إلى تسلسلات الأحماض الأمينية).

تحديث 2018: دراسة الكود الشريطي للحمض النووي للميتوكوندريا تتعارض مع التطور الدارويني. يقترحون أن معظم أنواع الحيوانات الحالية ، بما في ذلك البشر ، نشأت في ما بين 100000 إلى 200000 سنة الماضية. Stoeckle ، Mark Y. ، وديفيد S. Thaler. لماذا يجب أن تحدد الميتوكوندريا الأنواع bioRxiv 2018.

& # 8220 فرضية مباشرة هي أن السكان الموجودين لـ تقريبا جميع أنواع الحيوانات قد توصلوا إلى نتيجة مماثلة نتيجة لعملية توسع مماثلة من توحيد الميتوكوندريا خلال الماضي من سنة إلى مئات الآلاف من السنين& # 8221 اقتباس.

على الرغم من أن معرفتنا الحالية تشير إلى أن جميع أشكال الحياة مرتبطة ببعضها البعض وتشترك في سلف مشترك ، إلا أن الآلية الدقيقة للتطور لم يوضحها العلم بعد. في يوم من الأيام ، في المستقبل ، قد يكتشف العلم الآلية.

لكي نكون صادقين بشأن فهمنا العلمي الحالي ، يجب أن نعترف بأن العلم لا يعرف العناصر التالية المدرجة:

1) كيف نشأ الكون.

3) آلية التطور الصحيحة.

4) كيف نشأ الذكاء البشري.

مقالات ذات صلة:

المراجع والروابط:

1) للحصول على النص الكامل المجاني لمقالة Graham Lawton New Scientist لعام 2009 ، انقر هنا. هنا ملف pdf للمقال: عالم جديد لماذا كان داروين مخطئًا بشأن شجرة الحياة 2009 غراهام لوتون

2) تطور الجينوم في القرن الحادي والعشرين. جامعة جيمس أ. شابيرو في شيكاغو
ما هي المبادئ العامة التي تعمل في وظيفة الجينوم وإعادة تنظيم الجينوم؟

• جميع وظائف الجينوم تفاعلية (لا توجد ثنائية ديكارتية ، الجينوم دائمًا على اتصال مع بقية الخلية)

• يعمل كل مكون من مكونات الجينوم كجزء من نظام معالجة المعلومات المعقد (لا يوجد ارتباط "جين واحد - سمة واحدة")

• يتم تنظيم أنظمة الجينوم ودمجها في شبكات الخلايا بواسطة الحمض النووي المتكرر

• تغيير الجينوم هو وظيفة بيولوجية منظمة

• تخضع عمليات الهندسة الوراثية الطبيعية للتغذية الراجعة البيولوجية على مستويات متعددة.

4) http://en.wikipedia.org/wiki/Uncommon_Dissent
يرى المساهم إدوارد سيسون أن السؤال الرئيسي في الجدل الدائر حول التطور البيولوجي هو ما إذا كانت الحياة كلها & # 8220 نتيجة أحداث الصدفة التي تحدث في الحمض النووي (أو ربما في أي مكان آخر) والتي تم تحديدها بعد ذلك & # 8216 & # 8217 بطريقة ما دون الحاجة إلى أي توجيه الذكاء & # 8221 ، وبالتالي خضوع & # 8220 تطور ذكي & # 8221 ، أو ما إذا كان يمكن تفسير بعض تنوع الحياة على الأرض فقط من خلال & # 8220 تطور ذكي & # 8221 ، حيث & # 8220 مصمم ذكي (أو مصممين) & # 8221 يتسبب في أن تخضع الأنواع الموجودة مسبقًا لتغييرات مصممة في الحمض النووي.

وجهة نظره هي أن & # 8220 لا توجد بيانات ترقى إلى دليل حقيقي للتطور غير الذكي كتفسير لتنوع الحياة & # 8221 ، وأن العلم يجهل كيف أصبح تنوع الحياة & # 8221 ، وذلك & # 8220 السبب الذكي ضروري لشرح على الأقل بعض تنوع الحياة كما نراه & # 8221. [12]

5) http://www.discovery.org/scripts/viewDB/filesDB-download.php؟id=496
نظرية التطور الدرويني وعلوم الحياة في القرن الحادي والعشرين بقلم رولاند إف هيرش. نُشر هذا المقال في الأصل في "Uncommon Dissent" (ISI Books ، 2004) من تحرير William Dembski.

كشفت تسلسلات الجينوم الكاملة هذه عن العديد من التعقيدات التي لم تتوقعها نظرية التطور الداروينية. ستتم مناقشة أربعة منها هنا:

1) الدور الرئيسي الذي يلعبه نقل الجينات من نوع إلى آخر مقابل الميراث من الأجداد

2) حقيقة أن الأنواع البكتيرية لا تتطور بشكل عشوائي فقط ، ولكنها تظهر تحيزًا نحو حذف المادة الوراثية

3) اكتشاف أن الكثير من أجزاء الجينوم التي لا ترمز للبروتينات ليست "دنا غير مرغوب فيه" ولكن في الواقع لها وظيفة حاسمة ، وملاحظة أن التعبير عن الجينات يتم التحكم فيه بواسطة دوائر تنظيمية معقدة ودقيقة مرتبة حسب المخططات الهندسية الأكثر تطورًا.

لتلخيص هذا القسم ، فشلت نظرية التطور الداروينية ، من وجهة نظر هذا المؤلف ، في توقع العديد من الاكتشافات الرئيسية حول علم الوراثة والوراثة والتعبير الجيني والتنمية.

في كل حالة ، كان من المفترض أن توجه نظرية التطور الباحثين لإجراء هذه الاكتشافات ، ولكن في الواقع يبدو العكس صحيحًا: تم إجراء تغييرات في النظرية التطورية بعد الحقيقة لتفسير ، على سبيل المثال ، أهمية نقل الجينات الأفقي أو شرح التعقيدات لتنظيم التعبير الجيني.

الخلاصة: ليس لدي أدنى شك في أن هذه وغيرها من التطورات التي تحركها التكنولوجيا في علوم الحياة تمثل تحديًا خطيرًا لصحة المبادئ الرئيسية لنظرية التطور الداروينية. الكثير مما تم تدريسه قبل أربعين عامًا كان لابد من عدم تعلمه أو أصبح غير ذي صلة بالكثير مما تكشفه التجارب والأبحاث الميدانية اليوم عن الحياة لا يمكن تفسيره بالنظرية التطورية في الماضي.

الحياة كما كشفت عنها التقنيات الجديدة أكثر تعقيدًا مما توقعته وجهة النظر الداروينية. وهكذا فإن النظرية التطورية ، التي كانت تعتبر أساسًا أساسيًا لعلم الأحياء في عام 1959 ، لها اليوم دور هامشي أكثر.

وضع آدم س. ويلكنز ، محرر مجلة المراجعة BioEssays ، الأمر بهذه الطريقة في تقديم عدد من مجلته مخصص للتطور في ديسمبر 2000: يحتل موضوع التطور مكانًا خاصًا ومتناقضًا داخل علم الأحياء ككل. في حين أن الغالبية العظمى من علماء الأحياء ربما يتفقون مع مقولة ثيودوسيوس دوبزانسكي القائلة بأنه "لا يوجد شيء في علم الأحياء منطقي إلا في ضوء التطور" ، يمكن لمعظمهم إجراء عملهم بسعادة تامة دون الإشارة بشكل خاص إلى الأفكار التطورية. يبدو أن "التطور" هو الفكرة الموحدة التي لا غنى عنها ، وفي نفس الوقت ، فكرة غير ضرورية للغاية.

ربما يدرك القارئ من الأمثلة السابقة أن افتراض أن كل ما يحتاج المرء لمعرفته عن كائن ما موجود في جينومه هو طريقة غير مرضية لدراسة علم الأحياء. لقد كشف الإكمال الذي طال انتظاره لتسلسل الجينوم البشري - والعديد من الجينومات الأخرى - أن الحياة أكثر تعقيدًا من نظرية التطور الجيني التي كانت سائدة سابقًا والتي دفعت العلماء إلى الاعتقاد. يتجه علماء الأحياء الآن بشكل متزايد إلى نهج النظم لدراسة علم الأحياء ، باستخدام مفاهيم الهندسة والتصميم ، على سبيل المثال.

هناك سبب وجيه للاعتقاد بأن هذا الاتجاه سيستمر مع تقدم القرن الحادي والعشرين. من وجهة نظر هذا المؤلف ، فإن العلم الحديث يجعل من الممكن أن تكون مشككًا علميًا في نظريات التطور الداروينية.

6) مشاكل الآلية الداروينية إن الطبيعة المادية - المبدأ الأساسي للتطور - ليست علمًا على الإطلاق ، ولكنها فلسفة. إنه افتراض مصمم للقضاء على الله بالتعريف. وهكذا فإن التطور متجذر بعمق في الافتراض الفلسفي للمادية.

9) http://www.scoop.co.nz/stories/HL0807/S00053.htm
Altenberg 16: كشف عن تطور الصناعة
الأحد ، 6 تموز 2008 ، الساعة 12:32 مساءً المقال: سوزان مازور
ALTENBERG 16 & # 8211 هل ستقف نظرية التطور الحقيقية؟ بقلم سوزان مزور معرض عن صناعة التطور كتاب إلكتروني في 8 أجزاء ورقم 8211 الجزء 1 - الفصول 1 و 2 و 3

11) http://www.southerncrossreview.org/40/cruse.htm
هل كان داروين خاطئا؟ نعم - كان منطقه معيبًا بشكل قاتل
بواسطة دون كروز

13) http://www.rtforum.org/lt/lt124.html
عالم الكيمياء الحيوية رولاند هيرش ، في مقال نُشر في عام 2004 ، بينما يشير إلى أن نظرية التطور الداروينية ، في الذكرى المئوية لداروين عام 1959 ، أعلن بثقة أنها أساس علم الأحياء ، يؤكد أن "هذه الثقة ليست مبررة اليوم ،" لأن "التقنيات الجديدة كشفت أن الحياة أكثر تعقيدًا مما كان يتصور عام 1959" (هيرش ، ص 1).

بحلول عام 2004 ، تم تحديد التسلسلات الأساسية لأكثر من مائة جينوم ، و "كشفت تسلسلات الجينوم الكاملة هذه عن العديد من التعقيدات التي لم تتوقعها نظرية التطور الداروينية".

أربعة من هذه التعقيدات غير المتوقعة هي كما يلي:
أ) نقل الجينات
ب) تتطور الأنواع البكتيرية أيضًا عن طريق حذف المادة الوراثية
ج) اكتشاف أن بعض أجزاء الجينوم التي لا ترمز للبروتينات ليست ، مع ذلك ، "دنا غير مرغوب فيه"
د) النتيجة التي مفادها أن "التعبير عن الجينات يتم التحكم فيه بواسطة دوائر تنظيمية معقدة ومرتبة بدقة مثل الرسوم البيانية الهندسية الأكثر تعقيدًا" (هيرش ، ص 2-3).

ولكن ، كما يقول هيرش ، "كيف يمكن أن تنشأ وظيفة تتطلب بروتينات متعددة في آلة خلوية من خلال الطفرات العشوائية المطلوبة التي طورت جزيء بروتين واحد في كل مرة وبطريقة متدرجة ، ولم تقدم أي منتج وسيط مع أي وظيفة من شأنها أن تسمح للدارويني" الانتقاء الطبيعي للعمل؟ " (هيرش ، ص 11).

من الواضح بالنسبة لرولان هيرش أن الفكرة المقبولة عن تطور الكائنات الحية من البسيط إلى المعقد لا تنطبق على آلية تخليق البروتين التي تعمل "بدقة تتجاوز تلك الخاصة بالأجهزة الأكثر تعقيدًا التي صممها وهندستها البشر" (هيرش ، ص ١٣. ). استنتاج هيرش العام هو أن الكثير مما تم تدريسه قبل أربعين عامًا تماشيًا مع النظرية الداروينية "كان يجب أن يكون غير متعلم أو أصبح غير ذي صلة" ، لأنه لا يمكن أن يفسر الكثير مما تكشف عنه تجارب اليوم والبحوث الميدانية حول الحياة البيولوجية (هيرش ، ص 19).

المفهوم الأساسي لنظرية التطور الداروينية هو أن الأنواع التي تعيش اليوم نشأت من الأنواع الحية السابقة من خلال عملية طفرة عشوائية وانتقاء طبيعي. & # 8216

14) http://en.wikipedia.org/wiki/The_Language_of_God:_A_Scientist_Present_Evidence_for_Belief
راجع فرانسيس إس كولينز ولغة الله بواسطة جون إف مكارثي [فرانسيس إس كولينز ، لغة الله: عالم يقدم دليلًا على الإيمان (نيويورك: فري برس - سايمون وشوستر ، 2006 - viii plus 294 صفحة - متوفر أيضًا من Amazon.com] الجزء الأول. التغيير العشوائي مقابل التصميم الذكي. Dr. dach.

15) http://www.aaas.org/news/releases/2002/1106id.shtml
قرار مجلس إدارة AAAS يحث على المعارضة
إلى & # 8220Intelligent Design & # 8221 Theory في فصول العلوم الأمريكية

أصدر مجلس AAAS مؤخرًا قرارًا يحث صانعي السياسة على معارضة التدريس & # 8220Intelligent Design Theory & # 8221 داخل الفصول الدراسية للعلوم ، ولكن بدلاً من ذلك ، لإبقائها منفصلة ، بنفس الطريقة التي يتم بها التعامل مع نظرية الخلق والتعاليم الدينية الأخرى حاليًا. دكتور داش.

& # 8220 لقد وعدت الولايات المتحدة بعدم ترك أي طفل في الفصول الدراسية ، & # 8221 قال آلان إي. ليشنر ، الرئيس التنفيذي والناشر التنفيذي لـ AAAS. & # 8220 إذا تم تقديم نظرية التصميم الذكي ضمن مقررات العلوم على أنها قائمة على الحقائق ، من المحتمل أن يربك أطفال المدارس الأمريكيين وتقويض نزاهة تعليم العلوم في الولايات المتحدة. & # 8221

(ج) حقوق الطبع والنشر 2009-2015 جميع الحقوق محفوظة Jeffrey Dach MD
الدكتور داش www.drdach.com

ارتباطات موقع الويب ولوحة المناقشة:

يُنصح القارئ بمناقشة التعليقات الواردة على هذه الصفحات مع أطبائه الشخصيين والتصرف فقط بناءً على نصيحة طبيبه الشخصي. لاحظ أيضًا أنه فيما يتعلق بالإجابة التي تظهر كسؤال منشور إلكترونيًا ، فأنا لا أقوم بإنشاء علاقة بين الطبيب والمريض. على الرغم من أن الهويات ستبقى سرية قدر الإمكان ، حيث أنني لا أستطيع التحكم في وسائل الإعلام ، لا يمكنني تحمل المسؤولية عن أي انتهاكات قد تحدث للسرية.

حقوق الطبع والنشر (c) 2014 Jeffrey Dach MD جميع الحقوق محفوظة. قد يتم إعادة إنتاج هذه المقالة على الإنترنت دون إذن ، بشرط وجود رابط لهذه الصفحة ومنح الائتمان المناسب.


شاهد الفيديو: الحمض النووي والجينات تهدم نظرية التطور DNA and genes destroy Darwinian Evolution theory (ديسمبر 2022).