In einer molekularen tour de force, haben Forscher an der University of Wisconsin-Madison ein exquisit detailliertes Bild der natürlichen Auslese zur Verfügung gestellt, wie es auf der genetischen Ebene stattfindet.
Schreiben heute (11. Oktober 2007) in der Zeitschrift Nature, Howard Hughes Medical Institute Investigator Sean B. Carroll und ehemalige UW-Madison Student Chris Todd Hittinger Dokument how, über viele Generationen hinweg, teilt eine einzige Hefe-Gen in zwei und analysiert ihre Verantwortlichkeiten, um eine effizientere Bewohner der Umgebung sein. Die Arbeit zeigt, auf der untersten Ebene, die treibende Kraft der Evolution.
"Dies ist, wie sich neue Möglichkeiten entstehen und neue Funktionen zu entwickeln", sagt Carroll, einer der weltweit führenden Evolutionsbiologen. "Das ist, was sich in Schmetterlinge und Elefanten und Menschen. Es ist Evolution in Aktion".
Die Arbeit ist wichtig, weil es die grundlegende Vorstellung davon, wie Organismen ändern, um besser an ihre Umwelt anzupassen bietet. Es dokumentiert das Wirken der natürlichen Selektion, die kritische Idee zuerst von Charles Darwin postuliert, wo Organismen zufälligen Variationen ansammeln, und Änderungen, die das Überleben zu verbessern sind "ausgewählt", indem sie genetisch auf künftige Generationen übertragen.
Die neue Studie wiederholt eine Reihe von genetischen Veränderungen, die in einer Hefe aufgetreten 100 Millionen Jahren oder so, wenn eine kritische Gen wurde dupliziert und dann unterteilt seine Nährstoff-Verarbeitung Aufgaben besser zu nutzen der Zucker kommt es auf nach Essen.
"Eine Quelle der Neuheit ist Gen-Duplikation", sagt Carroll. "Wenn Sie zwei Kopien eines Gens haben, können nützliche Mutationen entstehen, mit denen ein oder beide Gene, um neue Funktionen zu erforschen und gleichzeitig die alte Funktion. Dieses Phänomen ist auf die ganze Zeit in jedem Lebewesen gehen. Viele von uns sind herum mit doppelte Gene sind wir nicht bewusst. Sie kommen und gehen. "
In kurzen, sagt Carroll, zwei Gene kann besser sein als eine, weil Redundanz fördert eine Arbeitsteilung. Gene können nicht mehr als eine Sache, und der Vervielfältigung fügt eine neue genetische Ressource, die die Arbeitslast teilen können oder neue Funktionen hinzufügen. Zum Beispiel bei Menschen die Fähigkeit, Farben zu sehen erfordert unterschiedliche molekulare Rezeptoren, zwischen Rot und Grün zu unterscheiden, aber beide entstanden aus der gleichen Vision-Gen.
Die Schwierigkeit, sagt er, zu sehen, die Schritte der Evolution ist, dass in der Natur genetische Veränderung tritt in der Regel an einem Schneckentempo, mit sehr kleinen Schritten der Veränderung bei den chemischen Basenpaare, aus denen sich Gene akkumulieren über Tausende bis Millionen von Jahren.
Zur Messung solch kleiner Wandel erfordert ein Modell Organismus wie einfache Bierhefe, dass viele Nachkommen produziert in relativ kurzer Zeit. Hefe, Carroll argumentiert, sind perfekt, weil ihre reproduktive Qualitäten Untersuchung der genetischen Veränderung auf dem tiefsten Niveau und größte Auflösung zu ermöglichen, weil die Forscher erzeugen kann und schnell zählen eine Vielzahl von Organismen. Die gleiche Arbeit in Fruchtfliegen, einer der mächtigsten Modelle Biologie ist, würde "ein Fußballstadion voller Fliegen" und jahrelange zusätzliche Arbeit, erklärt Carroll.
"Der Prozess der immer besser tritt in sehr kleinen Schritten. Wenn im Laufe der Zeit verschärft, machen diese sehr kleine Änderungen eine Gruppe von Organismen erfolgreich und sie Wettbewerbsverbote andere", so Carroll.
Die neue Studie beteiligten Auslagern verschiedenen Regionen des Hefe-Genoms auf ihre Auswirkungen auf die Leistung des Zwei Gene, sowie Engineering in das Gen aus einer anderen Spezies der Hefe, die nur ein einziges Exemplar erhalten hatte, zu beurteilen.
"Wir nachvollzogen Schritte der Evolution", die Wisconsin Biologe erklärt.
Die Arbeit zeigt sehr detailliert, wie die Ur-Gen gewonnen Effizienz durch Vervielfältigung und Teilung der Arbeit.
"Sie wurden optimal in diesem Job verbunden sind. Sie sind unter einer Decke arbeiten, aber zusammen sind sie besser auf die Arbeit der Ur-Gen statt", sagt Carroll. "Die natürliche Selektion hat ein Gen mit zwei Funktionen übernommen und Skulpturen ein Fließband mit zwei spezialisierten Gene."
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