I biologi hanno conosciuto a lungo che sia la comparsa di organismi e il loro funzionamento interno sono definite sulla base dell'evoluzione. Ma gli stessi meccanismi genetici alla base di cambiamenti nella forma e nella funzione? Un nuovo studio dagli scienziati dell'Università del Michigan e di Taiwan Sanitario Nazionale Istituti di ricerca non suggerisce.
La ricerca è prevista per la pubblicazione on-line negli Atti della National Academy of Sciences, durante la settimana del 5 aprile.
Nello studio, il biologo evoluzionista UM Jianzhi 'George' Zhang e colleghi Ben-Yang Liao e Meng Weng-Pin di cui per verificare sistematicamente l'ipotesi proposta dal biologo molecolare Sean Carroll nel 2005. Carroll postulato che i cambiamenti nella morfologia (cose come forma, colore e structure of parts esterna e di internal) occur attraverso diversi mechanisms genetici than cambiamenti nella fisiologia (funzionamento inner). Carroll sostenuto la sua tesi con esempi, ma l'idea che rimetteva in discussione il dogma precedente, è stata controversa, ha detto Zhang.
Per verificare l'ipotesi, la squadra di Zhang si rivolse a un database di topi knockout - topi di laboratorio che sono stati costruiti per difettare di geni particolari.
'Abbiamo trovato circa 5200 geni che sono stati eliminati nel topo e gli effetti derivanti studiato', ha detto Zhang, docente di ecologia e biologia evolutiva. 'Da quei geni, abbiamo cercato i geni che, una volta eliminato, interessano solo le caratteristiche morfologiche, non tratti fisiologici. Abbiamo ricevuto circa 900 di quei geni, che noi chiamiamo morphogenes '.
I ricercatori inoltre hanno trovato circa 900 'physiogenes' - i geni che interessano solo i tratti fisiologici, non morfologia.
'Avanti, abbiamo confrontato i due gruppi di geni per vedere se ci sono differenze nei ruoli molecolare dei loro prodotti,' ha detto Zhang. 'Abbiamo trovato differenze molto grandi.' Morphogenes avevano maggiori probabilità di portare le istruzioni per la trascrizione - il passo che determina se un gene deve essere acceso e la quantità di prodotto genico, devono essere fabbricati. Physiogenes avevano più probabilità di essere modelli per gli enzimi, recettori, trasportatori e canali ionici (molecole che controllano il flusso di ioni attraverso le membrane cellulari).
Il passo successivo è stato quello di esaminare i modelli di evoluzione nei due gruppi di geni.
In un classico lavoro pubblicato nel 1975, i biologi evolutivi Mary-Claire King e Allan Wilson ha affermato che l'evoluzione della morfologia e 'modi di vita' (fisiologia e del comportamento) si è verificata attraverso i cambiamenti nel modo in cui sono i geni e attivato su off, rather than attraverso modifiche dirette a prodotti genici stessi. Nel gergo di genetisti, questi tratti sono state modellate nel corso del tempo attraverso i cambiamenti nell'espressione genica, non cambiamenti nella sequenza della proteina. King e Wilson sostegno della loro affermazione con l'esempio di scimpanzé e gli esseri umani, che sono molto simili a livello di sequenza di proteine, ma molto diversi per aspetto e comportamento. E 'stato questo giornale influente che Carroll commemorato 30 anni più tardi, ma ha invece suggerito che i cambiamenti fisiologici dovuti all'evoluzione sequenza della proteina, mentre i cambiamenti morfologici derivanti da cambiamenti nell'espressione genica.
Con la loro nuova analisi, Zhang e colleghi hanno scoperto che, a livello di sequenza di proteine, physiogenes evoluta molto più veloce di morphogenes. 'Questo è coerente con l'idea che i cambiamenti fisiologici tendono a essere causato da cambiamenti sequenza della proteina,' ha detto Zhang.
Successivamente, i ricercatori hanno esaminato i dati di espressione genica, cercando di capire come allo stesso modo o diversamente geni vengono attivati o disattivati nei tessuti identici da diverse specie, come il fegato di topi ed esseri umani. enormi differenze indicano più rapido cambiamento evolutivo.
'Abbiamo trovato più le differenze di morphogenes che in physiogenes,' ha detto Zhang. 'In altre parole, morphogenes evolvere più rapidamente, rispetto a differenti profili di espressione, di quanto non facciano physiogenes - una constatazione che sostiene l'idea che i cambiamenti morfologici risultato principalmente da variazioni dell'espressione genica.'
La constatazione che la morfologia e la fisiologia sono modellati da diversi processi evolutivi genetici possono non solo gli aiuti in futuro studi evolutivi, ma può anche essere utile nello studio delle malattie umane, ha detto Zhang. 'La nostra analisi dei dati sul topo knockout suggerisce che i difetti morfologici è più probabile causa di problemi con l'espressione genica. Questa conoscenza può aiutare a identificare la malattia che causano mutazioni più rapidamente, perché si restringe l'insieme di geni candidati e le mutazioni che bisogna cercare. '