معلومة

كيف "يعرف" الجين ما يجب تغييره؟

كيف


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.

عذرًا على جهلي ، لكنني دائمًا ما كنت أشعر بالفضول حيال هذا ...

على سبيل المثال ، لون الضفدع أحمر ، لكنه يبدأ في العيش في غابة خضراء. بمرور الوقت يصبح الضفدع أخضر للتمويه. لكن الجين لا يستطيع الرؤية وأنا متأكد من عدم وجود آلية لنقل معلومات اللون إلى الجينات الفردية من الدماغ. فكيف يعرف الجين أن يختار اللون الأخضر ، على سبيل المثال ، الأزرق؟


باستخدام مثالك ، لا يعرف الجين شيئًا. تتسبب الطفرات في تحول بعض نسل الضفدع الأحمر إلى اللون الأخضر ، ويتحول البعض إلى اللون الأزرق ، ويتحول البعض إلى اللون الأصفر الفلوري ، ويظل البعض أحمر. لا تستطيع الطيور رؤية الطيور الخضراء مثل الأخرى ، لذلك يبقى المزيد من الضفادع الخضراء على قيد الحياة وتنتج المزيد من الضفادع الخضراء. غالبًا ما تؤكل الضفادع الحمراء ، الصفراء الفلورية ، الزرقاء. بعد بضعة أجيال ، أصبحت جميع الضفادع تقريبًا خضراء - ليس لأن الجين يعرف أي شيء ، ليس لأن الطفرات ذهبت في أي اتجاه ، ولكن لأن جميع التغييرات الأخرى كانت ذات نتائج عكسية وأكلت.

الجين لا يعرف أي شيء. إنها مجرد مجموعة من المواد الكيميائية التي تتفاعل بشكل عشوائي مع الأشعة الكونية ، الصدفة ، أيا كان. معظم التغييرات غير ذات صلة أو سيئة بشكل فعال ، والضفدع الذي يحمل تلك المواد الكيميائية المعينة لا ينجو. لكن في بعض الأحيان ، يفيد التغيير الضفدع الذي يحمل مواد كيميائية معينة ، ثم يرسل الضفدع هذه المواد الكيميائية إلى ذريته.

من الواضح أن هذا مبالغ فيه بشكل كبير. مقدمة قصيرة وبسيطة لأساسيات التطور هي فهم التطور ، بقلم جامعة كاليفورنيا في بيركلي.


يختلف لون كل ذرية قليلاً عن لون والديها. تساعد بعض الألوان الضفدع على البقاء على قيد الحياة ، وتميل الألوان الأخرى إلى قتله قبل أن يتكاثر. بمرور الوقت ، تميل الأنواع نحو اللون الذي يحسن البقاء لأن تلك التي تناسب بيئتها بشكل أفضل سوف تتكاثر وتلك التي تناسب بيئتها بشكل أسوأ لا تتكاثر بنفس المعدل تمامًا.


بالطبع ، كما تعلمون ، لا يمتلك الجين أي وعي ، ولا يعرف الجين شيئًا. إنها كلها مجرد مجموعة من التفاعلات الكيميائية.

معضلة مركزية

أولاً ، عليك أن تفهم أن الجين عبارة عن قطعة من الحمض النووي سيتم نسخها في mRNA وسيتم ترجمة mRNA إلى بروتين (هذا نوع من التبسيط المفرط). البروتين هو الجزيء الذي يسبب الفعل. تركيز البروتينات في الخلية هو المفتاح في إحداث تأثير النمط الظاهري.

الآليات التنظيمية

يمكن أن يتأثر تركيز البروتينات بالعديد من الآليات التنظيمية.

تنظيم التعبير الجيني

يتضمن تنظيم التعبير الجيني نطاقًا واسعًا من الآليات التي تستخدمها الخلايا لزيادة أو تقليل إنتاج منتجات جينية معينة (البروتين أو الحمض النووي الريبي) ، ويطلق عليه بشكل غير رسمي تنظيم الجينات. يتم ملاحظة البرامج المتطورة للتعبير الجيني على نطاق واسع في علم الأحياء ، على سبيل المثال لإطلاق مسارات النمو ، والاستجابة للمنبهات البيئية ، أو التكيف مع مصادر الغذاء الجديدة. عمليًا ، يمكن تعديل أي خطوة من خطوات التعبير الجيني ، من بدء النسخ ، إلى معالجة الحمض النووي الريبي ، والتعديل اللاحق للترجمة للبروتين. في كثير من الأحيان ، يتحكم منظم جين واحد في آخر ، وهكذا دواليك ، في شبكة تنظيم الجينات.

تنظيم ما بعد النسخ

تنظيم ما بعد النسخ هو التحكم في التعبير الجيني على مستوى الحمض النووي الريبي ، وبالتالي بين النسخ وترجمة الجين .1 يساهم بشكل كبير في تنظيم التعبير الجيني عبر الأنسجة البشرية.

وتشمل هذه آليات مثل

  • السد
  • الربط
  • إضافة ذيل بولي (أ)
  • تحرير RNA
  • استقرار مرنا

تنظيم ما بعد الترجمة

يشير التنظيم اللاحق للترجمة إلى التحكم في مستويات البروتين النشط. [...] يتم إجراؤه إما عن طريق الأحداث القابلة للعكس (تعديلات ما بعد الترجمة ، مثل الفسفرة أو العزل) أو عن طريق الأحداث التي لا رجعة فيها (التحلل البروتيني).

يتغير لون جلد الضفادع

يجب إشراك إحدى هذه الآليات التنظيمية.

لا أعرف الكثير عن علم وظائف الأعضاء والبيولوجيا الجزيئية ، لكن يمكنني العثور على عدد كبير من الأوراق (بما في ذلك Taylor و Hadley 1969 و Fernandez و Bagnara 1991) التي تُظهر أن تغيير اللون يتم عبر إنتاج هرمون تحفيز الميلانوفور (MSH) التي تنتجها الغدة النخامية. ربما يمكن لعالم فسيولوجي / بيولوجي جزيئي أفضل أن يعطيك إجابة أفضل.

إذا كنت مهتمًا بحالة معينة من تغيير اللون ، فقد ترغب أيضًا في إلقاء نظرة على Neri and Castrucci 1997 و Skold et al. 2012.


مثال آخر ممتع هو نوع معين من العث كان يعيش في ألمانيا الغربية ("Ruhrpott") ومناطق أخرى أثناء التصنيع. موطنها الرئيسي هو أشجار البتولا ، أي لحاء الشجر الأبيض بشكل أساسي. لذلك كان الحيوان أبيض اللون مع وجود بعض البقع السوداء.

في وقت ما في الماضي ، كانت منطقة الروربوت تمتلك قدرًا هائلاً من إنتاج الفحم ، وفي بعض المناطق ، تحولت أشجار البتولا إلى اللون الأسود من كل التلوث في الهواء. هوذا العثة بعد قليل أيضا تحولت إلى اللون الأسود مع وجود بقع بيضاء.

كما ذكرنا ، من الواضح أن هذا مجرد تطور أساسي. ما هو لطيف في المثال الخاص بك ومثالي هو أن هذا ملف مباشرةاتصال واضح. إذا كان الحيوان بارزًا بشكل واضح بسبب لونه ، فسيتم قتله بشكل متكرر. إنها ليست الطريقة الأخرى ، حيث يكون التحيز الإيجابي قليلاً هو النسل أكثر قليلاً ، ولكن الحقيقة الواضحة والمستقيمة "تكون حمراء (أو بيضاء) ويتم الإمساك بها".

تأثير هذا هو أن هذا النوع من التطور يعمل سريع حقا. قد يكون لها تأثير هائل بعد جيل أو جيلين فقط (من الواضح). لذلك ، مع مثل هذه التغييرات الجذرية في البيئة ، بعد حفنة من الأجيال ، قد لا يتبقى حرفيًا فراشات بيضاء ، ثم يكون للعث المظلمة موطن كامل خاص بها (أي ، الكثير من أماكن الطعام / التعشيش ، أيًا كان ما تفعله العث للتكاثر ). ومن ثم فإن هذا النوع من التطور - على عكس التطورات الأخرى ، التي قد تستغرق مئات أو آلاف السنين - مرئي جدًا للبشر.

حقيقة ممتعة أخرى: بعد التصنيع ، أصبح الهواء نقيًا ، وتحول لون البتولا إلى اللون الأبيض ، وتم القضاء على العث تكرارا حتى عادت بيضاء. الحيوانات المسكينة ...

المصدر: تطور العثة الفلفل. قراءة مثيرة للاهتمام ؛ كل هذا كان ليس "واضح" للناس في ذلك الوقت ، وهناك انتقادات يمكن العثور عليها أيضًا.


قد يكون التغيير في اللون ناتجًا عن طفرات جديدة أو تغييرات جينية (على سبيل المثال ، تغيير النظام الغذائي لقوارض حامل قد يغير لون معطف الجراء ، https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC165709/ ). إذا كان التغيير جينيًا ، فهذا يعني أن مخطط إنتاج اللون الجديد كان موجودًا بالفعل في جينات الحيوان قبل أن يتم تشغيل تغيير اللون في نسله من خلال تغيير في البيئة. في حالة الضفادع ، كان من الممكن أن يكون للضفادع الحمراء أسلاف خضراء طورت القدرة على تبديل لونها بين الأخضر والأحمر استجابةً لعامل بيئي (مثل توافر بعض الطعام المحدد).

لا أعرف ما الذي يعنيه المعلق ديفيد بتعليقه "لا يتضمن تكييف اللون تغييرات في الجينات". حتى لو كان التغيير وراثيًا ، فإنه لا يزال يؤثر على عمل الجينات.


مقدمة

هناك في الواقع ثلاث طرق على الأقل يمكن أن يتغير من خلالها لون الضفدع ليتكيف مع لون بيئته. سوف أخطط بإيجاز لكيفية عمل الثلاثة ، لأنه من بعض التعليقات يبدو أن هناك بعض الالتباس بين الثلاثة ، وأيضًا لأن السؤال يخلط بين التغييرات في حياة الضفدع الفردي والتغييرات في جينوم الضفدع. يمكن تطبيق هذه الفئات الثلاث على نطاق أوسع على مسألة كيفية تكيف الحيوانات مع البيئة.

تطور

  • يحدث على مدى عمر الضفادع المتعددة
  • يتضمن تغييرات في الجينات
  • يرثه النسل

يحدث التطور من خلال الانتقاء الطبيعي. وقد أوضحت إجابات أخرى مثل إجابة @ iayork هذه الآلية.

التعبير الجيني

  • يحدث في عمر الضفدع
  • لم يتغير جينوم الضفدع ، والتغييرات ليست وراثية
  • تتغير طريقة تفسير الجين

في حين أن جينات الكائن الحي لا تتغير على مدار حياته ، فإن الطريقة التي يتم التعبير عنها بها يمكن أن تتغير. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيرات في لون البشرة بناءً على التغيرات البيئية. هذا موضح في التأثيرات البيئية على التعبير الجيني.

سيكون هذا استجابة موجودة مسبقًا لمجموعة معينة من الشروط ؛ وبالتالي فهم "يعرفون" ما الذي يجب تغييره لأن الاستجابة للتغير البيئي تحددها جيناتهم مسبقًا.

تعتمد كيفية تأثر التعبير الجيني بالبيئة على السمة المعينة المعنية. آليات ذلك ليست مفهومة جيدًا ، على الأقل بالنسبة لبعض السمات ، كما هو موضح في تأثير الضوء على التعبير الجيني والتخليق الحيوي لبودوفيلوتوكسين في ثقافة خلية ألبوم Linum من فسيولوجيا النبات والكيمياء الحيوية المجلد 56 (يوليو 2012 ، الصفحات 41-46)

التكيف مع الخلفية

  • لا تشتمل على جينات الحيوان إلا بقدر ما يتم تشفير كل آلية بيولوجية في الجينات
  • يمكن أن يحدث بسرعة

التكيف مع الخلفية هو النهج الذي تستخدمه الحرباء ، ولكن بعض أنواع الضفادع ، وكذلك الأسماك والقشريات المختلفة لديها هذه القدرة أيضًا. في الأساس ، يمكن تغيير توزيع الأصباغ في الهياكل المتخصصة في الجلد لتعديل لون الحيوان.

في بعض الأنواع على الأقل ، تعتمد هذه العملية على قدرة الحيوانات على الرؤية ، لذلك يبدو من المحتمل أن المعلومات المتعلقة باللون الذي يجب أن تنتقل عبر الجهاز العصبي. تقدم مقالة Wikipedia عن Chromatophores مزيدًا من المعلومات في القسم الخاص بتكيف الخلفية

استنتاج

لا يمكن أن يكون نوع التغيير الموصوف في المثال من خلال التغيير الجيني ، حيث يحدث هذا على مدى أجيال عديدة ، وليس من خلال عمر واحد. لفهم كيفية تكيف الحيوانات مع البيئة ، من المهم فصل هذا النوع من التكيف عن التكيف على المدى الطويل من خلال الانتقاء الطبيعي.

في هذه التغييرات السريعة ، تكون الألوان التي يمكن للحيوان تغييرها مشفرة بالفعل في جيناته. إحدى الآليات التي يمكن من خلالها نقل التغييرات التي تطرأ على البيئة لإحداث تكيفات جسدية هي من خلال الجهاز العصبي.

TLDR:

  • لا تحدث التغييرات في جينوم الحيوان على مدى عمر الفرد ، لكن الانتقاء الطبيعي المقترن بالطفرات العشوائية يمكن أن يتسبب في تغييرات على مدى أجيال متعددة.
  • التغييرات الفورية في الاستجابة للبيئة مثل التغيرات في الحرباء (وبدرجة أقل في الضفادع) لا تنتج عن تغيرات في التعبير الجيني ، ولكن عن طريق الآليات الموجودة في الحيوان المعني.
  • على مدار عمر الحيوان ، يمكن أن تتغير طريقة تفسير الجينات استجابةً للبيئة ، ولكن هذه أيضًا آلية داخلية ولا يتم توريث التغييرات.

يحتوي الحمض النووي على عبارات if-then التي توجه mRNA لنسخ قطعة واحدة بدلاً من الأخرى. أنا لست متخصصًا في علم الأحياء المجهرية ، لذا فأنا أتوهج هنا ، لكن آلية النسخ هي ما يسمح ببناء البروتينات التي يتم تجميعها بطريقة ما في هرمونات وأنسجة وسوائل مختلفة مثل المخاط والمرارة وما إلى ذلك.

السؤال هو حقًا ، ما الذي يحفز أحد فروع الشرط على الآخر؟ يبدو أن درجة الحرارة واحدة: الغزلان ، على سبيل المثال ، تنشط جنسيًا فقط في الخريف. عندما تنخفض درجات الحرارة ، تبدأ في إنتاج مستويات عالية من الهرمونات الجنسية ، والتي تجعل الذكور ينموون قرونًا ويقاتلون بعضهم البعض.

يجب أن يكون إدراك اللون أمرًا آخر: فالحرباء وأنواع معينة من الحبار هي أمثلة مثيرة للغاية. تحتوي العيون على خلايا مختلفة حساسة لأطوال موجية معينة (https://en.wikipedia.org/wiki/Color_vision). تنقل الخلايا إشارات إلى الدماغ ، والتي يجب أن تؤدي بطريقة ما إلى إنتاج الهرمونات التي بدورها تحفز خلايا الجلد.

تصل بعض المواد الكيميائية إلى mRNA في الخلايا ذات الصلة التي تحدد المتغيرات SeasonIsutumn أو EnvironmentIs Green to true وتبدأ الغزلان في النمو وتتحول الضفادع والحرباء والحبار إلى اللون الأخضر.

بطبيعة الحال ، فإن هذه الإشارات ، الخاصة بدرجة الحرارة أو اللون ، سيكون لها تأثير فقط على تلك الأنواع ، والأنواع الفرعية ، والأجناس التي يحتوي حمضها النووي على عبارة "if-then" ذات الصلة. من الواضح أن الغزلان لا تمتلك وظيفة switchColor ، تمامًا مثل الضفادع أو لا تمتلك وظيفة GrowBigAntlers.


أود أن أبدأ إجابتي بالقول لا تعتذر أبدًا عن عدم معرفة شيء ما. لا يوجد ما تخجل منه ومن الجيد أن تسأل عن أشياء لا تعرفها! يجب على المزيد من الناس أن يفعلوا ذلك ، ولا يجب أن يتم انتقادك بسبب ذلك.

أريد أن أتطرق إلى مثالك أولاً ، لأنني أعتقد أن هناك بعض سوء الفهم (الشائع). السيناريو الذي وصفته هو نوع من التطور اللاماركي ، والذي كان في الواقع أفضل محاولة لشرح آلية التطور قبل الداروينية. كان لامارك عالم أحياء عظيمًا ، وعلى الرغم من أننا قد نسخر من أفكاره ، إلا أنها كانت تقدمية في الوقت الذي كانت فيه المعلومات المتوفرة لديه! على أي حال ، كانت فكرة لامارك أن الكائنات الحية يمكن أن تتغير خلال حياتها من أجل التكيف مع بيئتها الخاصة ، ومن ثم تمرير هذه التغييرات إلى نسلها. المثال الكلاسيكي للغاية هو العنق الطويل للزرافة. يعتقد لاماركيان أن الزرافة تمد رقبتها لتصل إلى الأوراق المرتفعة في الأشجار ، ومرت هذه الرقبة المشدودة حديثًا إلى نسله (ومن ثم فإن جميع الزرافات لديها الآن أعناق طويلة). نحن نعلم اليوم أن التطور اللاماركي لم يتم ملاحظته أبدًا وليس تفسيرًا مدعومًا أو تفسيرًا كافيًا للتكيفات المعقدة.

إليكم سبب عدم نجاح هذه الفكرة:

تحمل جميع الكائنات الحية "رمزًا" أحادي البعد في خليتها (خلاياها) والتي تعمل كوصفة "لبناء" هذا الكائن الحي جنبًا إلى جنب مع خصائص الكائن الحي التي تشكل النمط الظاهري لها (والتي تشمل اللون الذي تصفه). الأكثر شيوعًا أن يتم "كتابة" هذا الرمز وتخزينه على هيئة DNA ، وهي سلسلة من الجزيئات الحيوية تسمى الأحماض النووية. تتم قراءة المعلومات من هذا الرمز عن طريق آلية جزيئية بيولوجية متطورة وتستخدم لتشكيل كل جانب من جوانب الكائن الحي وتأثير ذلك الكائن على البيئة ؛ وهذا يعني أن المعلومات تتدفق من الكود إلى البيئة وليس العكس (أي: لا تنتقل من البيئة إلى الجينات). يجب أن أذكر أن هناك استثناءات تُعرف باسم علم التخلق ، والتي على الرغم من كونها مثيرة للغاية ، إلا أنها خارج نطاق هذا السؤال.

يمكنك التفكير في الأمر بهذه الطريقة: تخيل أن لديك وصفة لكعكة. جميع التعليمات الخاصة بخبز الكعكة مشفرة في تسلسل أحادي البعد من الحروف على صفحة من كتاب الطبخ الخاص بك. هذا هو رمز صنع الكعكة. تقرأ هذه الحروف ويفسر دماغك المعنى. أنت تستخدم هذه المعلومات المفسرة لتنفيذ الإجراءات المطلوبة لخبز الكعكة. الآن ، بمجرد صنع الكعكة ، تقطع شريحة منها. بطبيعة الحال ، فإن عملية قص وإزالة الشريحة لا تنقل المعلومات إلى الوصفة. يمكنك أن تتخيل لو حدث ذلك ، فإن الكعكة التالية التي صنعتها من تلك الوصفة ستأتي بشريحة تمت إزالتها بالفعل!

النقطة التي أريد أن أتطرق إليها هنا هي أن الضفدع الذي يحمل جين اللون الأحمر لا يمكنه تغيير لونه عن طيب خاطر أو تلقائيًا إلى اللون الأخضر ليتناسب مع بيئته. لا توجد ردود فعل على جينات الضفدع من البيئة. يجب أن تكون القدرة على إجراء مثل هذا التغيير مشفرة داخل الحمض النووي لهذا الضفدع ومن المحتمل أن تكون جزءًا من آلية معقدة تطورت على مدى ملايين السنين. على سبيل المثال ، تمتلك العديد من الطيور ريشًا متكاثرًا يتغير لونه في أوقات معينة من العام ، ولكن هذه سمة وراثية تم شحذها من خلال إجراء الانتقاء الطبيعي على مدى ملايين السنين وليس لها علاقة برغبة الطائر الواعية في أن تكون. أكثر جاذبية.

يرجى عدم الخلط بين - بيئة الكائن الحي (بما في ذلك "البيئة الجينية" ، مجموعة الجينات في تجمع الجينات) وكذلك أشياء مثل الموطن ، والحيوانات المفترسة ، وما إلى ذلك ، هي الضغوط التي تدفع التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي. بهذا المعنى ، هناك تغذية مرتدة من البيئة ، ولكنها تحدث داخل مجموعات من الأنواع على مدى أجيال عديدة ، وليس خلال عمر الكائنات الفردية ، وتعمل من خلال وسائل مختلفة تمامًا عن تلك التي يتصورها تطور لامارك.

هذا موضوع كبير ويمكنني الاستمرار فيه ، ولكن آمل أن تكون هذه إجابة كافية على سؤالك المحدد في الوقت الحالي. أوصيك بمراجعة الكتاب الجذاب للغاية والغني بالمعلومات بعنوان "The Blind Watchmaker" للكاتب الشهير ريتشارد دوكينز. تم تلخيص مثال الكعكة الخاص بي من هذا الكتاب الرائع ، وهناك الكثير من أين جاء ذلك!


شاهد الفيديو: ما هي علامات الاحتلام أو كيف يعرف الشخص أنه احتلم الشيخ عبدالله السلمي (قد 2022).


تعليقات:

  1. Gura

    هذه هي الفضيحة!

  2. Caswallan

    أنت تسمح للخطأ. يمكنني الدفاع عن موقفي.

  3. Guifford

    المعلومات المفيدة

  4. Tobiah

    أعتقد أنك لست على حق.

  5. Durrell

    شيء لم يرسلوه رسائل خاصة ، وهذا خطأ

  6. Polydorus

    الرسالة التي لا تضاهى ، كثير جدا بالنسبة لي :)



اكتب رسالة