К корням эволюции эмали: как работал естественный отбор

28 мая 2014, 11:20

Вместе с мозгом и прямохождением толстая эмаль зубов – отличительный признак Homo от наших родственников - приматов и остальных предков. Новое исследование позволяет нам взглянуть на эволюцию, которая «формировала» нашли зубы, ген за геном.

Путем сравнения человеческого генома с пятью видами приматов команда генетиков и эволюционных антропологов Duke University обнаружили два сегмента ДНК, в которых естественный отбор обеспечил прочную эмаль у современного человека.

«Зубы всегда были бесценным ресурсом ученых для изучения процессов эволюции», - говорят авторы.

«Любые ископаемые могут считаться полными только при обнаружении зубов», - говорит соавтор Christine Wall, профессор эволюционной антропологии в Duke. «А толщина эмали всегда изучалась в анализе останков гоминид и реконструкции их диеты и истории».

Очевидная разница в толщине эмали среди приматов была связана с их диетой. Среди рассмотренных шести видов травоядные гориллы и шимпанзе обладали самой тонкой эмалью, всеядные аргонавты, гиббоны и макаки-резус - средней толщиной, у людей же эмаль самая толстая, хорошо подходящая для дробления даже грубой пищи.

«Зубы также сохраняют кольца роста», - сообщает Wall, показывая на послойное отложение эмали в виде концентрических окружностей. «Так что при изучении раскопок зубы могут сказать о возрасте, в котором умер организм, или же, сколько времени занимало развитие зубов – данные, которые интересно и важно сравнить с видами, ныне живущими на планете».

Все это делает эмаль важной составляющей, как для самой находки, так и для генетического анализа.

Команда исследователей решила выявить генетические перемены, которые привели к утолщению эмали у человека. Работа представляла собой часть обширного анализа по изучению связей между генами, физическими характеристиками и диетой в эволюции человека.

«Мы решили просто рассмотреть гены, которые принимают участие в развитии зубов», - говорит Greg Wray, профессор биологии Duke. Команда отобрала 4 гена, каждый из которых кодировал белок, необходимый для образования зуба (энамелизин, амелогенин, амелобластин и энамелин). На их примере было решено рассмотреть действие естественного отбора.

В публичном доступе есть данные по последовательностям четырех генов среди шести видов – кроме гориллы и орангутанга, чьи ДНК учеными были изолированы.

Далее информация по последовательностям была загружена в программу, которая смогла отследить, какие пары изменялись между видами, и на каком этапе эти перемены аккумулировались в большом количестве. «Так мы узнаем, что ген находится в положительном отборе», - заявляет автор Julie Horvath, директор генетической и микробиологической лаборатории Nature Research Center в Raleigh.

Чтобы прийти к финальному результату, исследователи применили концепцию дрейфа генов. Дрейф - это феномен, при котором перемены в последовательностях ДНК находятся на ожидаемом уровне. Когда изменения начинают происходить быстрее, чем ожидалось, это предполагает нахождение генов под положительным отбором, что означает приобретение организмами какого-либо преимущества.

Предыдущее исследование показало положительный отбор на примере гена под названием ММР20, известным также как энамелизин. Настоящий анализ также подтвердил, что ММР20 имеет явные признаки положительного отбора, повлиявшего впоследствии на толщину эмали у людей. Был выявлен и другой ген, ENAM или энамелин, также находившийся под положительным отбором.

Процесс отбора никак не повлиял на ENAM и MMP20 в аспекте кодирования белка, где даже малейшие перемены могут привести к полной потере функциональности. Вместо этого изменения затронули регулятивную зону последовательности, которая контролирует интенсивность транскрипции.

«Данное исследование проводит очень важные мосты между морфологией, процессами развития и их обуславливающими генетическими регуляторными механизмами», - говорит Timothy Bromage, профессор биоматериалов и биомиметики New York University. «Уже сами результаты открывают много нового в эволюции элементов эмали».

Путем объединения находок многих вымерших видов, а также генетического анализа различных возрастных групп ныне существующих – ученые надеются составить карту «передвижения» генома, которая позволит распутать клубок эволюции.

0 комментариев

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.

Войти или Зарегистрироваться