Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Dựa trên phân tích bộ gen của hơn một chục loài chim không biết bay bao gồm cả loài moa đã tuyệt chủng, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng trong khi các loài khác nhau thể hiện sự đa dạng trong các phần mã hóa protein của bộ gen và chúng dường như chuyển sang cùng một con đường nhất định khi tiến hóa đã làm mất khả năng bay.
Từ thời Darwin, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào các loài chim không biết bay như emus, đà điểu, kiwi, cassowary với những loài khác có liên quan với nhau và trong nhiều thập kỷ, giả định rằng tất cả chúng phải chia sẻ một tổ tiên chung khi đã từ bỏ bầu trời để có cuộc sống vững chắc hơn.
Đến đầu những năm 2000, nghiên cứu mới sử dụng các công cụ di truyền đã ủng hộ câu chuyện đó và thay vào đó chỉ ra ý tưởng sự vô nghĩa đã phát triển nhiều lần trong suốt lịch sử. Tuy nhiên, vẫn chưa có câu trả lời là những câu hỏi về việc tiến hóa đã kéo các loài chim di truyền tương tự hay khác nhau trong mỗi dòng dõi gia cầm độc lập đó.
Một nhóm các nhà nghiên cứu Harvard tin rằng họ có thể đã có một phần câu trả lời.
Dựa trên phân tích bộ gen của hơn một chục loài chim không biết bay, bao gồm cả loài moa đã tuyệt chủng, một nhóm các nhà nghiên cứu do Tim Sackton, Giám đốc Tin sinh học của Tập đoàn Tin học FAS và Giáo sư Sinh học Sinh học và Sinh học Scott Edwards phát hiện ra rằng các loài cho thấy sự đa dạng trong các phần mã hóa protein trong bộ gen của chúng dường như chuyển sang các con đường nhất định tương tự khi giảm dần các chuyến bay. Nghiên cứu được mô tả trong một bài báo ngày 5 tháng 4 được công bố trên Science .
Ngoài Sackton và Edward, nghiên cứu còn được đồng tác giả bởi Giáo sư Thống kê và Giáo sư Sinh học Jun Liu, trợ lý nghiên cứu thống kê Zhirui Hu, Alison Cloutier, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ làm việc trong phòng thí nghiệm của Edwards và các nhóm từ New Zealand, Đại học Texas tại Austin và Bảo tàng Hoàng gia Ontario.
Có một lịch sử lâu dài trong sinh học tiến hóa về các đặc điểm hội tụ – ý tưởng cho rằng có sự tiến hóa độc lập đối với cùng một kiểu hình. Điều mà các nhà khoa học quan tâm là làm thế nào điều đó xảy ra?
Những con chim này đều có một kế hoạch cơ thể tương tự. Chúng đã giảm các chi trước ở các mức độ khác nhau và tất cả chúng đều bị mất ‘keel’ trong xương ức của chúng thay vào đó là phát triển các khối cơ. Điều đó có nghĩa là một bộ các thay đổi hình thái hội tụ dẫn đến kế hoạch cơ thể tương tự này trên tất cả những điều này loài.
Để hiểu điều gì đã thúc đẩy bộ thay đổi đó, Sackton, Edwards và các đồng nghiệp đã chuyển sang bộ gen của loài chim.
Họ muốn so sánh không chỉ các phần của bộ gen mã hóa protein mà cả các phần của bộ gen điều chỉnh khi các protein đó được biểu hiện. Để xác định các khu vực đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một quy trình liên quan đến việc sắp xếp bộ gen của hơn ba chục loài chim cả bay và không bay và sau đó xác định các khu vực cho thấy tương đối ít sự khác biệt trong trình tự di truyền của chúng. Những nơi trong bộ gen được bảo tồn nhưng không phải là một phần của protein, có khả năng có chức năng điều tiết.
Các nhà khoa học đã làm việc với các cộng tác viên của Thống kê tại Harvard để phát triển một phương pháp thống kê mới cho phép họ hỏi đối với mỗi yếu tố điều tiết đó có bao nhiêu loài trong số này cho thấy mô hình phân kỳ giống nhau, cho thấy chúng đã thay đổi các yếu tố điều tiết giống nhau và những gì họ tìm thấy là, trong khi không có nhiều sự chia sẻ gen mã hóa protein thì có những vùng quy định này cho thấy rằng có những con đường phát triển chung được nhắm mục tiêu nhiều lần mỗi khi kiểu hình này phát triển.
Trong khi các gen mã hóa protein dường như chịu trách nhiệm cho sự thích nghi trong chế độ ăn uống, chức năng và môi trường lông vũ thì các khu vực điều tiết dường như đóng một vai trò quan trọng trong những thay đổi quy mô cơ thể đi cùng với mất dần những chuyến bay.
Điều thú vị về những thay đổi hình thái … là chúng phải bảo tồn những “chướng ngại vật” của mình. Có rất nhiều cách để ngăn chặn một chi hình thành nhưng thu nhỏ chân trước mà không thay đổi chân sau là khó khăn hơn.
Và theo một số cách, câu chuyện đó có ý nghĩa kỳ lạ có vẻ như dễ dàng hơn nếu không tạo thành một chi hơn là so với việc thu nhỏ. Có một loạt các bước đầu trong quá trình phát triển chi, trong đó, nếu protein không được phân phối đến bộ phận này thì chúng sẽ không có chi.
Nhưng đây thực sự là một sự thay đổi phức tạp trong việc tăng kích thước cơ thể. Chúng không thể chỉ uốn các chi đến các kích cỡ khác nhau, vì vậy … thực tế và là điều quan trọng khi chúng duy trì các “chướng ngại vật” với các chức năng ràng buộc của hệ thống hệ thống và có thể là lý do tại sao chúng ta thấy chúng như bây giờ.
Để chứng minh lý thuyết đó, nhóm nghiên cứu đã gắn thẻ một số khu vực quy định nhất định trong bộ gen của chim bằng một gen tạo ra protein huỳnh quang màu xanh lá cây và phát hiện ra rằng ở những loài không bay, nơi những khu vực được cho là đã trải qua những thay đổi chức năng gen đánh dấu đã được tắt một cách hiệu quả.
Cuối cùng, điều mà tất cả mọi người đều hiểu là chim có một số lựa chọn hạn chế để theo đuổi khi mất những chuyến bay, và vì vậy nhiều loài đã cùng đi đến cùng một lần nữa.
Đó là kết luận mà các nhà khoa học sẽ rút ra từ công việc này. Có một số cách giới hạn mà bạn có thể có được loại thay đổi này trong quy mô và họ tập trung vào quy định phát triển chi sớm này.
Nghiên cứu cũng nhấn mạnh sức mạnh của phương pháp tiếp cận đa ngành do Sackton, Edwards và các đồng nghiệp thực hiện.
Một trong những điều thú vị của dự án này là làm thế nào chúng ta có thể mang chuyên môn tính toán trong Nhóm Tin học để giải đáp câu hỏi thực sự quan trọng này trong sinh học tiến hóa. quan điểm lịch sử là quan trọng để có được bức tranh đầy đủ về cách những con chim này phát triển. “
Nghiên cứu này được hỗ trợ với sự tài trợ của Quỹ khoa học quốc gia và Hội đồng nghiên cứu khoa học tự nhiên và kỹ thuật Canada.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Harvard . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :