בשימפנזים, כמו אצל בני אדם, מספר המוטציות בצאצא תלוי בגיל האב / אלכסנדר מרקוב ססיס?

  1. בשימפנזים, כמו אצל בני אדם, מספר המוטציות בצאצא תלוי בגיל האב / אלכסנדר מרקוב ססיס?

בשימפנזים, כמו אצל בני אדם, מספר המוטציות בצאצא תלוי בגיל האב / אלכסנדר מרקוב ססיס?

איור. 1. אצל קרובי משפחה של אדם - שימפנזים ובונובו ( על התמונה ) - נקבות מזדווגות לעתים קרובות עם כמה זכרים ברציפות. זה מוביל לתחרות בין גברים ברמת הזרע ("מלחמות זרע"), אשר בתורם תורמת לבחירת הזרע על עלייה של האשכים והעצמת הזרע. אולי בגלל זה מספר המוטציות בתאי הזרע בשימפנזות גדל עם הגיל של זכר אחד וחצי פעמים מהר יותר מאשר בבני אדם. תמונות מ- kevishere.files.wordpress.com

ניתוח של הגנום של תשע השימפנזים, המייצג שלושה דורות של אותה משפחה, הראה כי שיעור המוטציה הממוצע של קרובי משפחה הקרובים ביותר הוא שלנו בערך: 1.2 × 10-8 לכל נוקליאוטיד לדור, אשר מתאים כ -70 מוטציות חדשות בכל גור. כמו אנשים, מספר המוטציות החדשות בצאצא אינו תלוי בעידן האם, אך תלוי מאוד בגיל האב בזמן ההתעברות: כל שנה נוספת שחי על ידי האב מוסיפה לצאצאיו בממוצע שלוש מוטציות (אצל בני אדם שתיים). הבדל זה הוא קרוב לוודאי בשל ייצור אינטנסיבי יותר של זרע בשימפנזות, שבהן נקבות מזדווגות עם גברים רבים בשורה, מה שמעורר "מלחמות זרע".

שיעור mutagenesis הוא אחד האינדיקטורים המרכזיים לקבוע את הדינמיקה של שינויים אבולוציוניים. עד לאחרונה, ערך זה חושב על ידי סימנים עקיפים: לדוגמה, הם השוו את זמן הופעתם של קבוצות, שנאמדו מנתונים פליאונטולוגיים, עם רמת ההבדלים בין הגנום שלהם (ראו שעון מולקולרי ). בשנים האחרונות, הודות לפיתוח שיטות חדשות רבות עוצמה לרצף הגנום (ראה רצף DNA: שיטות הדור הבא ) ניתן היה למדוד את שיעור mutagenesis ישירות על ידי השוואת הגנום של ההורים ואת צאצאיהם.

טכנולוגיה זו כבר הוחלה על האדם. כך, ב -2012, פרסם היומן את התוצאות של ניתוח גנום מלא של 78 משפחות איסלנדיות - "משולשים", המורכבים מאב, מאם וילד (A. Kong et al., 2012). שיעור הסיכון למחלות ). המחקר הראה כי שיעור mutagenesis הוא על 1.2 × 10-8 לכל נוקליאוטידים לדור. במונחים של הגנום כולו, פירוש הדבר שכל ילד מקבל בממוצע 74 מוטציות חדשות מהורים.

נתונים אלה התבררו כבלתי צפויים, שכן אומדנים עקיפים המבוססים על שחזורי פילוגנטי ונתונים פליאונטולוגיים הראו שיעור גבוה יותר של מוטאגנזה של אדם פעמיים. הסיבה לפער, ככל הנראה, היא שבקופי הקופים הגדולים לאחר הפרידה מקופים אחרים חלה ירידה משמעותית בשיעור המוטציה (לשנה אחת). הירידה יכולה להיות קשורה לעלייה בגיל התחלת הרבייה ועם האטה בהתהוות תאי הנבט. אם הנתונים החדשים נכונים (וזה הופך להיות קשה יותר ויותר ספק זה כמו פרסומים חדשים הופכים זמינים), אז היכרויות רבות של נקודות מפתח של אנתרופוגנזה עשויים לדרוש תיקון לקראת ההזדקנות. לדוגמה, הפער בין שורות בני האדם לבין שימפנזים, שהתרחש, על פי הערכות קודמות, לפני 6-7 מיליון שנים, ניתן להעביר בחזרה אל העבר לפני 13-13 מיליון שנים. נכון, יש הרבה דקויות, שאחת מהן היא שעת ההבדלים בין הגנום, שנקבעת על ידי "השעון המולקולרי", בשל מספר סיבות אובייקטיביות, עשויה להיות עמוקה יותר בעבר מאשר בזמן ההתפלגות האמיתית (הפרדת אוכלוסיות). להרחבה בנושא זה, ראה מאמר: A. Scally, R. Durbin, 2012. שינוי קצב האבולוציה האנושית (PDF, 812 Kb).

תוצאה חשובה נוספת שהושגה במהלך ניתוח גנום מלא של משפחות אנושיות היא שהאב והאמא תורמים תרומה לא שוויונית ל"נטל המוטציוני "הכולל שקיבל הילד מההורים. מתוך המספר הכולל של מוטציות חדשות שקיבל הילד, הוא מקבל כ -15 מאמו, וכל השאר מאביו. יחד עם זאת, מספר המוטציות החדשות אצל ילד כמעט אינו תלוי בעידן האם, אך הוא גדל מהר מאוד עם הגיל של האב. כל שנה נוספת בחייו של האב מוסיפה על שתי מוטציות חדשות לילד.

זה מוסבר על ידי העובדה כי אצל נשים, מן התפיסה ועד היווצרות של ביצית בוגרת, רק 24 חטיבות תאים ו 23 פעולות שכפול כרומוזום להתרחש (הכרומוזומים לא להכפיל לפני חלוקת המיוזה השנייה). שכפול של הכרומוזומים של קו הנבט הנשי מסתיים גם במהלך התפתחות העובר, ובמהלך חיי האישה הכרומוזומים של תאי הנבט שלה אינם משכפלים עוד. לפיכך, מספר המוטציות בהם כמעט אינו גדל, כי רוב המוטציות בתאי נבט הם שגיאות שכפול.

אצל גברים המצב שונה. תאי אב של זרעונים מחולקים לכל אורך החיים הבוגרים, ועוברים חלוקה אחת ל -16 יום (23 מחלקות בשנה) מאז הגיעו לגיל ההתבגרות. הוא האמין כי זרע של גבר בן 15 עבר כ 35 חטיבות תאים, בן 20 - 150, בן 30 - 380, בן 40 - 610, בן 50 - 840. כל פעולת שכפול הוא סיכון של מוטציות נוספות, ולכן המבוגר אדם, יותר מוטציות הזרע שלו (JF קרואו, 2000. מקורות המוטציה הספונטנית האנושית ). א Kondrashov דיבר בפירוט על עובדות אלה מחקרים בראיון שפורסם על אלמנטים (אלכסיי Kondrashov, Nadezhda Markina. חיים ללא בחירה: טוב או סכנה? ).

והנה סוף סוף יש לנו את ההזדמנות להשוות את הפרמטרים של תהליך מוטציה של הומו סאפיינס וקרובים הקרובים שלנו - שימפנזים. הגנטיקה של בריטניה והולנד רצף והשווה את הגנום המלא של תשע שימפנזים משלושה דורות של אותה משפחה (איור 2).

למרות המדגם הקטן (מחקרים כאלה עדיין נשארים יקרים מאוד וזמן רב), הנתונים שהתקבלו אפשרו לנו להעריך את המאפיינים הכמותיים המרכזיים של mutagenesis בשימפנזים.

המחברים חישבו מוטציות חדשות בשישה אנשים, כלומר אלה שעבורם הגנום ההורי היו ידועים: D, E, F, G, H, I. בסך הכל, הם מצאו 204 מוטציות חדשות באוטוזומים ושלושה בכרומוזום X. בין המוטציות שנמצאו, חלק משמעותי (24%) מורכב מחליפות C עבור T (C> T- מעברים) ב- CG דינוקליוטידים (ראה אתר CpG ). אצל בני אדם, תחליפים כאלה מהווים 17% מהמוטציות החדשות.

מוטציות המתרחשות לאחרונה אינן מחולקות באופן שווה על פני הגנום: הן נוטות להתקבץ. במילים אחרות, אם מוטציה התעוררה במיקומו במהלך השכפול, עולה הסיכוי להתרחשות אחרת במקום כלשהו באותו מעשה שכפול במקום כלשהו בשכונה. דפוסים דומים נמצאו אצל אנשים שעדיין לא הובהרו. בה בעת, ההסתברות למוטציה חדשה אינה תלויה ב"תוכן הסמנטי "של קטע ה- DNA הזה, בין אם זהו רצף ייחודי או חוזר, גן או פער בין-גנטי.

עבור רוב המוטציות שזוהו, הצליחו המחברים לקבוע (לפי מערכת הפולימורפיזם בקרבת המוטציה), בין אם היא התקבלה מהאב או מהאם. התברר שבשימפנזים, כמו אצל בני אדם, אבות, בהשוואה לאמהות, מעבירים גנומים לילדיהם, שהם הרבה יותר חזקים ממוטציות. היו מוטציות אבהות יותר פי 5.5 ממוטציות אימהיות (3.9 פעמים בבני אדם).

כמו אצל בני אדם, מספר המוטציות החדשות בשימפנזות אינו תלוי בעידן האם (האם בכל גיל מעבירה עגל בממוצע 6.7 מוטציות חדשות), אך במקביל היא גדלה במהירות עם הגיל של האב. תלות זו אפילו במדגם קטן כל כך היתה מובהקת מבחינה סטטיסטית. בבני אדם, כל שנה נוספת בחייו של האב, שמתחילה בגיל ההתבגרות, מוסיפה בממוצע ל -1.95 מוטציות חדשות לצאצאים, ובשימפנזים היא מוסיפה 3.02. ההבדל הוא ככל הנראה בגלל המבנה של מערכת הנישואין. בקהילות השימפנזים, הנקבות אינן נוהגות בדרך כלל בנאמנות לגבר אחד, התורם ל"מלחמות זרע "ולבחירה לניתוח זרע אינטנסיבי יותר (ראה איור 1).

אם הנחה זו נכונה, יש לצפות כי הגורילות עם מערכת ההרמון שלהן, נאמנות הנשי, היעדר מלחמות זרע ואשכים קטנים, שיעור הגידול במספר המוטציות בתאי זרע עם גיל הזכר צריך להיות נמוך יותר מאשר בשימפנזות ובבני אדם.

כדי להעריך את השיעור הממוצע של mutagenesis בשימפנזים, המחברים היו צריכים לקחת בחשבון את ההבדל החשוב בין קבוצת השימפנזים הנחקרת המתגוררת בשבי וקרובי הפרא. בשבי, שימפנזים בדרך כלל מתחילים להתרבות בגיל צעיר יותר מאשר בטבע. זה נראה קשורה קשר היררכי, תחרותי בקהילות שימפנזה טבעי שבו בני נוער מורשים להשתתף רק הרבייה. בכל מקרה, במשפחת השימפנזים הנחקרת, ממוצע גיל ה"אבהות "(כלומר, הגיל הממוצע של הגברים ברגע תפיסת הצעירים) הוא 18.9 שנים, וממוצע" גיל האמהות "הוא 15.0 שנים. עבור אוכלוסיות שימפנזים בר, ההערכה היא כי מספרים אלה הם הרבה יותר גבוה: 24.3 עבור גברים ו 26.3 עבור נקבות. אצל אנשים מודרניים, הגיל הממוצע של אבהות גבוה עוד יותר: כ 31.5 שנים. במלים אחרות, בשימפנזים פראים, הזכרים ברגע תפיסתם של הצעירים הם מבוגרים יותר מאשר באוכלוסייה הנחקרת, כלומר, לצאצאים שלהם מוטציות רבות יותר. אם ניקח בחשבון את זה ואת מספר תיקונים אחרים, המחברים חישבו כי המספר הממוצע של מוטציות אוטוזומליות חדשות בשימפנזים פראי צריך להיות על 69, ושיעור mutagenesis צריך להיות 1.2 × 10-8 לכל נוקליאוטידים לדור (כמו אצל בני אדם).

אם אומדנים אלה נכונים (יש לזכור כי הם מבוססים על מדגם קטן מאוד וניתן להזיק באופן משמעותי בעתיד), ואם שיעור mutagenesis לא עבר תנודות משמעותיות מאז הזמן של סטייה בין אבות השימפנזה לבין בני האדם, ולאחר מכן באמצעות שיטת השעונים המולקולריים, אתה יכול לנסות שוב את חייו של האב הקדמון האחרון של האדם ושימפנזה. המחברים עשו את זה וקיבלתי את התוצאה: לפני 13 מיליון שנה. מחברים אחרים הגיעו לאחרונה לאומדנים דומים (K. Langergraber et al., 2012. פעמונים וגורילות ).

אבל עדיין התוצאה המעניינת ביותר של המחקר היא אינדיקציה לאפשרות של השפעת המבנה של יחסי החברה והנישואין על מהירות האבולוציה המולקולרית. ההשפעה יכולה להיות כפולה: ראשית, מספר המוטציות בצאצא תלוי בגיל שבו הזכרים מתחילים להשתתף בריבוי, ואשר, בתורם, נקבע לא רק על ידי פיזיולוגיה, אלא גם על ידי מבנה חברתי ומסורות תרבותיות. שנית, "מלחמות הזרע" האופייניות לקהילות מופרזות תורמות לבחירת הזרע על-מנת להגביר, דבר שעלול להוביל לעלייה מואצת במספר המוטציות בזרעונים עם גיל הזכר.

מקור: אוליבר ון, אייזיק טרנר, איאן Mathieson, Natasja de Groot, רונלד Bontrop, וגיל מק'קווין. הטיה גברית חזקה כוננים מוטציה germline בשימפנזות // מדע 2014. V. 344. עמ '1272-1275.

אלכסנדר מרקוב
"אלמנטים"