О предприятии
في الشمبانزي ، كما هو الحال في البشر ، يعتمد عدد الطفرات في النسل على عمر الأب // ألكساندر ماركوف Scisne؟
التين. 1. عند أقرباء شخص ما - الشمبانزي والبونوبوس ( في الصورة ) - غالبًا ما تتزاوج الإناث مع العديد من الذكور على التوالي. وهذا يؤدي إلى التنافس بين الذكور على مستوى الحيوانات المنوية ("حروب الحيوانات المنوية") ، والتي بدورها تساهم في انتقاء تكوين الحيوانات المنوية لزيادة الخصيتين وتكثيف تكوين الحيوانات المنوية. ولعل هذا هو السبب في أن عدد الطفرات في خلايا الحيوانات المنوية في الشمبانزي يزداد مع تقدم عمر الذكور بمعدل مرة ونصف بمقدار النصف مقارنة بالبشر. صور من kevishere.files.wordpress.com
أظهر تحليل جينومات تسعة شمبانزي ، يمثل ثلاثة أجيال من نفس العائلة ، أن متوسط معدل الطفرة لأقرب أقرباء الإنسان هو نفسه مثلنا: حوالي 1.2 × 10–8 لكل نيوكليوتيد لكل جيل ، وهو ما يقابل حوالي 70 طفرة جديدة في كل جيل شبل. مثل الناس ، فإن عدد الطفرات الجديدة في النسل لا يعتمد على عمر الأم ، ولكنه يعتمد بشدة على عمر الأب في وقت الحمل: كل سنة إضافية يعيشها الأب تزيد من طفراته في المتوسط ثلاث طفرات (في البشر اثنين). هذا الاختلاف على الأرجح يرجع إلى الإنتاج الأكثر كثافة للحيوانات المنوية في الشمبانزي ، حيث تتزاوج الإناث مع العديد من الذكور على التوالي ، مما يؤدي إلى "حروب الحيوانات المنوية".
يعد معدل الطفرات أحد المؤشرات الرئيسية التي تحدد ديناميات التغيرات التطورية. حتى وقت قريب ، تم حساب هذه القيمة عن طريق علامات غير مباشرة: على سبيل المثال ، قارنوا وقت ظهور المجموعات ، المقدرة من بيانات الحفريات ، مع مستوى الاختلافات بين الجينوم (انظر الساعة الجزيئية ). في السنوات الأخيرة ، وذلك بفضل تطوير أساليب جديدة قوية لتسلسل الجينوم (انظر تسلسل الحمض النووي: طرق الجيل التالي ) أصبح من الممكن قياس معدل الطفرات مباشرة من خلال مقارنة جينومات الوالدين وذريتهم.
لقد تم بالفعل تطبيق هذه التقنية على الإنسان. لذلك ، في عام 2012 ، نشرت مجلة نيتشر نتائج تحليل كامل الجينوم لـ 78 عائلة أيسلندية - "ثلاثية" ، تتألف من أب وأم وطفل (A. Kong et al. ، 2012). معدل خطر المرض ). أظهرت الدراسة أن معدل الطفرات حوالي 1.2 × 10–8 لكل نيوكليوتيد لكل جيل. من حيث الجينوم بأكمله ، هذا يعني أن كل طفل يتلقى في المتوسط 74 طفرة جديدة من الأهل.
تبين أن هذه الأرقام غير متوقعة ، حيث إن التقديرات غير المباشرة القائمة على عمليات إعادة البناء والتطور وعلم الحفريات تشير إلى ارتفاع معدل مرتين من الطفرات البشرية. سبب التباين ، على ما يبدو ، هو أنه في القردة العظيمة بعد انفصالها عن الرئيسات الأخرى ، كان هناك انخفاض كبير في معدل الطفرة (لكل سنة واحدة). يمكن أن يرتبط النقص بزيادة عمر ظهور التكاثر وبتباطؤ في تكوين الخلايا الجرثومية. إذا كانت البيانات الجديدة صحيحة (وأصبح من الصعب على نحو متزايد التشكيك في ذلك عند توفر المنشورات الجديدة) ، فقد تتطلب العديد من البيانات المتعلقة بالنقاط الرئيسية للتوليف البشري مراجعة الشيخوخة. على سبيل المثال ، يمكن إعادة التباين بين خطوط البشر والشمبانزي ، الذي حدث ، وفقًا للتقديرات السابقة ، منذ 6-7 ملايين عام ، إلى الماضي قبل 10-13 مليون عام. صحيح أن هناك العديد من التفاصيل الدقيقة ، أحدها هو أن وقت تباعد الجينوم ، الذي تحدده "الساعة الجزيئية" ، بسبب عدد من الأسباب الموضوعية قد يكون أعمق في الماضي من وقت حدوث نوع حقيقي (فصل السكان). لمعرفة المزيد حول هذا الموضوع ، راجع المقالة: A. Scally، R. Durbin، 2012. مراجعة معدل التطور البشري (PDF ، 812 كيلوبايت).
ومن النتائج المهمة الأخرى التي تم الحصول عليها في سياق تحليل الجينوم الكامل للعائلات البشرية أن الأب والأم يسهمان بشكل غير متكافئ في "العبء التحولي" الكلي الذي يتلقاه الطفل من الوالدين. من إجمالي عدد الطفرات الجديدة التي تلقاها الطفل ، يحصل على حوالي 15 من والدته ، والباقي من والده. في الوقت نفسه ، لا يعتمد عدد الطفرات الجديدة في الطفل تقريبًا على عمر الأم ، ولكنه ينمو بسرعة كبيرة مع تقدم عمر الأب. كل سنة إضافية من حياة الأب تضيف طفرين جديدين إلى الطفل.
هذا ما يفسره حقيقة أنه عند النساء ، من الحمل إلى تكوين البويضة الناضجة ، لا يتم إجراء سوى 24 تقسيمًا خلويًا و 23 نشاطًا كروموسوم متماثل (الكروموسومات لا تتضاعف قبل تقسيم الانقسام الاختزالي الثاني). ينتهي تكرار الكروموسومات في خط جرثومة الإناث حتى أثناء نمو الجنين ، وخلال حياة المرأة ، لم تعد الكروموسومات الموجودة في خلاياها الجرثومية تتكاثر. وفقًا لذلك ، فإن عدد الطفرات الموجودة فيها لا ينمو تقريبًا ، لأن غالبية الطفرات في خلايا خط الجراثيم هي أخطاء في التكرار.
في الرجال ، الوضع مختلف. تنقسم خلايا الحيوانات المنوية السليفة طوال حياة البالغين ، وتخضع لفصل واحد كل 16 يومًا (23 قسمًا في السنة) منذ بلوغها سن البلوغ. يُعتقد أن الحيوانات المنوية لرجل يبلغ من العمر 15 عامًا مرت بحوالي 35 قسمًا من الخلايا ، وعمره 20 عامًا - 150 ، وعمره 30 عامًا - 380 ، وعمره 40 عامًا - 610 ، وعمره 50 عامًا - 840. كل فعل تكراري يمثل خطر حدوث طفرات إضافية ، وبالتالي الرجل ، والمزيد من التحولات في الحيوانات المنوية له (JF كرو ، 2000. أصول طفرة عفوية الإنسان ). أ. كوندرشوف تحدث بالتفصيل عن هذه الحقائق والدراسات في مقابلة نشرت على عناصر (أليكسي كوندرشوف ، ناديجدا ماركينا. الحياة بدون اختيار: جيد أم خطر؟ ).
وهنا أتيحت لنا الفرصة أخيرًا لمقارنة معايير العملية الطفيلية لهومو العاقل وأقرب أقربائنا - الشمبانزي. علم الوراثة من المملكة المتحدة وهولندا تسلسل ومقارنة الجينوم الكامل لتسعة الشمبانزي من ثلاثة أجيال من عائلة واحدة (الشكل 2).
على الرغم من العينة الصغيرة (مثل هذه الدراسات لا تزال مكلفة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً) ، فإن البيانات التي تم الحصول عليها سمحت لنا بتقدير الخصائص الكمية الرئيسية للطفرات في الشمبانزي تقريبًا.
قام المؤلفون بحساب طفرات جديدة في ستة أفراد ، وهي تلك التي عرفت بها جينومات الوالدين: D ، E ، F ، G ، H ، I. في المجموع ، وجدوا 204 طفرة جديدة في الجسيمات الذاتية وثلاثة في كروموسوم X. من بين الطفرات التي تم العثور عليها ، تتكون نسبة كبيرة (24٪) من بدائل C لـ T (C> T-transitions) في ديوكليوتيدات CG (انظر موقع CpG ). في البشر ، تمثل هذه البدائل 17٪ من الطفرات الناشئة حديثًا.
الطفرات التي تحدث حديثًا لا يتم توزيعها بشكل متساوٍ عبر الجينوم: فهي تميل إلى التجمع. بمعنى آخر ، إذا نشأت طفرة في موضع ما أثناء النسخ المتماثل ، يزداد احتمال حدوث آخر في مكان ما في نفس النسخ المتماثل في مكان ما في الحي. تم العثور على أنماط مماثلة في الناس ، والتي لم يتم توضيح أسبابها بعد. في الوقت نفسه ، لا يعتمد احتمال حدوث طفرة جديدة على "المحتوى الدلالي" لشريحة الحمض النووي ، سواء أكان تسلسلًا فريدًا أو متكرّرًا ، أو جينًا أو فجوة بينية.
بالنسبة لمعظم الطفرات المحددة ، كان المؤلفون قادرين على تحديد (من خلال مجموعة الأشكال المتعددة في محيط الطفرة) ما إذا كان قد تم الحصول عليها من الأب أو من الأم. اتضح أنه في الشمبانزي ، كما في البشر ، ينقل الآباء ، مقارنة بالأمهات ، الجينومات إلى أطفالهم ، وهي أقوى بكثير من الطفرات. كانت هناك طفرات أكثر 5.5 مرة من الطفرات الأمومية (3.9 مرات في البشر).
كما هو الحال في البشر ، فإن عدد الطفرات الجديدة في الشمبانزي لا يعتمد على عمر الأم (حيث تنقل الأم في أي عمر عجلاً في المتوسط 6.7 طفرات جديدة) ، لكنها في نفس الوقت تنمو بسرعة مع عمر الأب. وكان هذا الاعتماد حتى في مثل هذه العينة الصغيرة ذات دلالة إحصائية. في البشر ، كل سنة إضافية من حياة الأب ، بدءًا من سن البلوغ ، تضيف في المتوسط 1.95 طفرة جديدة إلى النسل ، وفي الشمبانزي ، يضيف 3.02. الفرق هو الأرجح بسبب هيكل علاقة الزواج. في مجتمعات الشمبانزي ، لا يكون للإناث عادة ولاء لرجل واحد ، وهو ما يساهم في "حروب الحيوانات المنوية" وانتقاء تكوين الحيوانات المنوية الأكثر كثافة (انظر الشكل 1).
إذا كان هذا الافتراض صحيحًا ، فيجب أن يتوقع المرء أن تكون الغوريلا مع نظام الحريم ، والإخلاص الأنثوي ، ونقص حروب الحيوانات المنوية ، والخصيتين الصغيرتين ، يجب أن يكون معدل الزيادة في عدد الطفرات في خلايا الحيوانات المنوية مع عمر الذكر أقل من الشمبانزي والبشر.
لتقييم متوسط معدل الطفرات في الشمبانزي ، كان على المؤلفين أن يأخذوا في الاعتبار الفرق المهم بين مجموعة الدراسة من الشمبانزي الذين يعيشون في الأسر والأقارب البرية. في الأسر ، يبدأ الشمبانزي عادة في التكاثر في سن مبكرة أكثر من الطبيعة. يبدو أن هذا يرتبط بالعلاقات الهرمية والتنافسية في مجتمعات الشمبانزي الطبيعية حيث نادراً ما يُسمح للشباب بالمشاركة في التربية. على أي حال ، في عائلة الشمبانزي المدروسة ، يبلغ متوسط "عمر الأبوة" (أي متوسط عمر الذكور في لحظة الحمل عند الشباب) 18.9 عامًا ، ومتوسط "عمر الأمومة" هو 15.0 عامًا. بالنسبة لسكان الشمبانزي البري ، تشير التقديرات إلى أن هذه الأرقام أعلى بكثير: 24.3 للذكور و 26.3 للإناث. في العصر الحديث ، يكون متوسط سن الأبوة أعلى: حوالي 31.5 سنة. وبعبارة أخرى ، في الشمبانزي البري ، يكون الذكور في لحظة ظهورهم لدى الشباب ، في المتوسط ، أكبر سناً من السكان المدرسيين ، مما يعني أن نسلهم يجب أن يكون له مزيد من الطفرات. مع الأخذ في الاعتبار هذا وعدد من التصحيحات الأخرى ، حسب المؤلفون أن متوسط عدد الطفرات جسمية جديدة في الشمبانزي البري ينبغي أن يكون حوالي 69 ، وينبغي أن يكون معدل الطفرات بين 1.2 × 10–8 لكل نيوكليوتيد لكل جيل (كما هو الحال في البشر).
إذا كانت هذه التقديرات صحيحة (تذكر أنها تستند إلى عينة صغيرة للغاية ويمكن تنقيحها بشكل كبير في المستقبل) وإذا كان معدل الطفرات لم يحدث تقلبات كبيرة منذ وقت التباعد بين أسلاف الشمبانزي والبشر ، ثم باستخدام طريقة الساعات الجزيئية ، عمر آخر سلف مشترك للإنسان والشمبانزي. قام المؤلفون بذلك وحصلوا على النتيجة: منذ 13 مليون عام. وصل مؤلفون آخرون مؤخرًا إلى تقديرات مماثلة (K. Langergraber et al. ، 2012. الدقات والغوريلا ).
لكن لا تزال النتيجة الأكثر إثارة للاهتمام في البحث هي مؤشر على إمكانية تأثير بنية المجتمع وعلاقات الزواج على سرعة التطور الجزيئي. يمكن أن يكون التأثير ذا شقين: أولاً ، يعتمد عدد الطفرات في النسل على العمر الذي يبدأ عنده الذكور في المشاركة في التربية ، والتي بدورها لا يتم تحديدها فقط عن طريق علم وظائف الأعضاء ، ولكن أيضًا عن طريق البنية الاجتماعية والتقاليد الثقافية. ثانياً ، تسهم خصائص "حروب الحيوانات المنوية" في المجتمعات المختلطة في انتقاء تكوين الحيوانات المنوية للتكثيف ، الأمر الذي قد يؤدي إلى زيادة متسارعة في عدد الطفرات في الحيوانات المنوية مع عمر الذكر.
المصدر: أوليفر فين ، إسحاق تيرنر ، إيان ماثيسون ، ناتاشيا دي جروت ، رونالد بونتروب ، وجيل ماكفين. التحيز القوي للذكور يدفع طفرة جرثومية في الشمبانزي // العلم . 2014. ضد 344. ص 1272-1275.
الكسندر ماركوف
"عناصر"
