İnsanlar hakkında daha fazla bilgi edinmek için, büyük bir uluslararası bilim insanı ekibi, Dünya’nın en tuhaf yaratıklarından bazılarının izini sürmek için yıllarını harcadı. Dişli deniz gergedanından DNA toplamak için Kuzey Kutbu’ndaki bir buz kütlesinde kamp kurdular, Güneydoğu Asya’nın mağaramsı bir bölgesinde küçük bir yaban arısı yarasasını tuzağa düşürdüler ve dar burunlu solenondondan kan almak için Karayipler’deki bir hayvanat bahçesinin perde arkasına girdiler. dünyadaki birkaç zehirli memeli.
Araştırmacılar, bu memelilerin genomlarını bir yerdomuzu, bir meerkat, yıldız burunlu bir köstebek ve bir insan da dahil olmak üzere çeşitli diğer memelilerinkilerle karşılaştırdılar. Bunu yaparken, memeli evriminde çok az değişen ve bu nedenle insan sağlığı ve işlevi için hayati önem taşıyan DNA uzantılarını tanımlayabildiler.
Derledikleri genetik veri tabanı, gezegenin memeli ailelerinin (insanlar dahil) yüzde 80’inden fazlasını kapsayan 240 türün eksiksiz genomlarını içeriyor. Bilim adamlarının diğer hayvanlar hakkında aşağıdakiler gibi çeşitli soruları yanıtlamasına yardımcı olabilir: B. ne zaman ve nasıl evrimleştikleri ve olağandışı yeteneklerinin bazılarının biyolojik temeli.
UMass Chan Tıp Okulu ve Broad Enstitüsü’nden genetikçi ve Zoonomi projesinin eş lideri Elinor Karlsson, “Bu türler insanların yapamadığı ne kadar harika şeyler yapabiliyor?” dedi. “İnsanları her zaman özel bir tür olarak düşünmeyi severiz. Ama birçok yönden oldukça sıkıcı olduğumuz ortaya çıktı.”
Zooonomia veri setinin sınırlamaları vardır. Tür başına yalnızca bir genom içerir (iki kez sekanslanan evcil köpek hariç) ve binlerce memeli kayıptır.
Ancak Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan yeni bir makale paketinde, Zoonomia ekibi bu tür çoklu tür verilerinin gücünü gösterdi. Bu sadece başlangıç …
Smithsonian’ın Ulusal Hayvanat Bahçesi ve Koruma Biyolojisi Enstitüsü’nde projeye dahil olmayan hesaplamalı bir genomik bilimcisi olan Michael G. Campana, “Birçok genomu sıralamak önemsiz değil” dedi. “Gerçekten önemli olan, aslında bu verileri kullanmaktır.”
İşte Zooonomia bilim adamlarının onunla zaten yaptıkları şeylerden bazıları:
Özel yeteneklerin temellerini ortaya çıkarmak
Olağanüstü hayvan yeteneklerinin temelini aramak için bilim adamları, kış uykusuna yatma yeteneği gibi belirli bir özelliği paylaşan türlerde alışılmadık derecede hızlı gelişen genetik dizileri aradılar.
Bir analizde, araştırmacılar, günlerce veya haftalarca düşük vücut sıcaklıklarını koruyabilen, kalın kuyruklu cüce lemur ve daha büyük fare kulaklı yarasa gibi derin kışlayan hayvanlara odaklandılar. Araştırmacılar, hücrelerin sıcaklığa bağlı stresten korunmasına yardımcı olduğu bilinen ve yaşlanma ile ilişkili bir hücresel yolu engelleyen bir diğeri de dahil olmak üzere çeşitli genlerde “hızlandırılmış evrim” kanıtı buldular.
“Kışlayan birçok türün ayrıca olağanüstü bir uzun ömrü var,” dedi Dr. Karlsson, onu şu soruyu sormaya sevk etti: Bu gendeki değişiklikler onun uzun yaşamına katkıda bulunuyor mu?
Araştırmacılar ayrıca memelilerde koku alma duyusunu da incelediler. Hayvanlar, her biri belirli kokuya neden olan moleküllere bağlanabilen çok çeşitli farklı koku alma reseptörlerine sahiptir; Daha fazla koku alıcı genine sahip türler genellikle daha keskin bir koku alma duyusuna sahiptir.
Zooonomia ekibi her bir türdeki bu genlerin sayısını saydığında, Afrika savana fili 4.199 ile zirveye çıktı. Bunu dokuz bantlı armadillo ve Hoffmann’ın iki parmaklı tembel hayvanı takip ederken, Orta Amerika agutisi dördüncü sırada yer aldı.
Dr. Karlson. “Orada bilmediğimiz ne kadar çeşitlilik olduğunu hatırlatıyor.” (Köpeklerin “özellikle özel” olduklarını kanıtlamadıklarını belirtti.)
Öte yandan, deniz memelileri – yunusları ve deniz memelilerini içeren bir grup – oldukça az sayıda koku alma reseptör genine sahiptir, bu da sucul habitatları göz önüne alındığında anlamlıdır. Broad Institute ve Uppsala Üniversitesi’nden bir genetikçi ve Zooonomia projesinin diğer lideri Kerstin Lindblad-Toh, “Farklı bir şekilde iletişim kuruyorlar” dedi.
Daha fazla koku alma reseptör genine sahip türler, burun boşluğunda koku alma duyusuna yardımcı olan kemikli yapılar olan daha fazla koku alma konkasına sahip olma eğilimindeydi. Sonuçlar, “belirli özellikler önemli olduğunda, farklı şekillerde geliştiklerini” gösteriyor, dedi Dr. Lindblad-Toh.
“Veri kümemizle ilgili en önemli şeylerden birinin, insanların en sevdikleri özelliklere bakmaya başlayabilecekleri kadar çok farklı tür için genom dizilimi oluşturması olduğunu düşünüyorum” diye ekledi.
Popülasyonların portrelerini çizin
Şubat 1925’te, bir difteri salgınının ortasında, bir kızak köpeği ekibi filosu, karla izole edilmiş olan Alaska, Nome’a acil bir antitoksin tedarik etti. Bayrak yarışının son ayağını koşan köpeklerden biri olan Balto ün kazandı; Birkaç yıl sonra öldüğünde, doldurulmuş bedeni Cleveland Doğa Tarihi Müzesi’nde sergilendi.
Zooonomia araştırmacılarından oluşan bir ekip, ünlü kızak köpeği ve onun köpek çağdaşları hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu doldurulmuş dokudan küçük bir parça kullandı. Araştırmayı UMass Chan Tıp Fakültesi’nde yüksek lisans öğrencisi olarak yürüten ve şu anda Colossal Biosciences’ta kıdemli bir bilim insanı olan Balto gazetesinin yazarı Kathleen Morrill, “Bunu biraz zorlayıcı olarak gördük” dedi. “İşte bu kişi, gerçekten ünlü. Biyolojisi hakkında pek bir şey bilmiyoruz. Onun genomu hakkında ne söyleyebiliriz?”
Balto’nun genetik olarak modern safkan köpeklerden daha “sağlıklı” olduğunu, daha fazla kalıtsal genetik çeşitlilik ve daha az potansiyel olarak zararlı mutasyon olduğunu buldular. Bu bulgu muhtemelen kızak köpeklerinin tipik olarak fiziksel performans için yetiştirilmelerinden ve ırkların bir melezi olabilmelerinden kaynaklanmaktadır.
Araştırmacılar, Balto’nun ayrıca kurtlarda bulunmayan ve modern safkan köpeklerde nadir bulunan veya bulunmayan bir dizi genetik varyanta sahip olduğunu buldu. Doku gelişiminde yer alan ve kızak köpekleri için önemli olan çeşitli özellikleri etkilemiş olabilecek genlerde birçok varyant bulundu, örneğin: B. Deri kalınlığı ve eklem oluşumu. Balto, her ebeveynden birer tane olmak üzere bu varyantların iki kopyasını miras almıştı, yani o sırada diğer Alaska kızak köpekleri arasında muhtemelen en azından biraz yaygındı.
Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz’da doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın yazarı Katie Moon, “Nasıl bir yer olduğuna ve nüfusunun nasıl olacağına dair çok daha net bir resim elde ediyoruz” dedi. “Ve bu resim gerçekten iyi ayarlanmış çalışan kızak köpeklerini gösteriyor.”
Aydınlatıcı evrimsel zaman çizelgeleri
Bilim adamları, günümüzün memeli çeşitliliğinin nasıl ve ne zaman ortaya çıktığını uzun süredir tartışıyorlar. Memeli soy ağacı, dinozorların soyu yaklaşık 66 milyon yıl önce tükenene kadar dallanmış mıydı? Yoksa süreç büyük ölçüde felaketten önce mi gerçekleşti?
Zoonomi genomlarını kullanan yeni bir analiz, cevabın her ikisinin de olduğunu gösteriyor. Önce memeliler çeşitlenmeye başladı yaklaşık 102 milyon yıl önce, Dünya’nın kıtaları ayrıldığında ve deniz seviyeleri yükselmeye başladığında. Texas A&M Üniversitesi’nde evrimsel bir genetikçi olan ve makalenin yazarı William Murphy, “Bu, farklı kara kütlelerindeki modern soyların atalarını izole etti” dedi.
Ancak araştırmacılar, yeni toprakların ortaya çıkışı ve baskın sürüngenlerin ortadan kaybolmasının memeliler için yeni habitatlar, kaynaklar ve fırsatlar sağladığında, çeşitlilikteki bir başka artışın dinozorların yok oluşundan sonra geldiğini buldu.
Harvard’da evrimsel bir biyolog olan ve araştırmaya dahil olmayan Scott Edwards, “Gerçekten dönüm noktası olan bir makale” dedi. “Memelileri bir zaman ölçeğine koymak söz konusu olduğunda muhtemelen türünün en büyüğü.”
Zoonomia paketi, daha geniş anlamda, “muazzam bir eser” diye ekledi. “Memeli evrimi konusundaki gelecekteki anlayışımız için gerçekten standart belirleyecek.”
Yok olma riskini tahmin etmek
Memeliler genellikle çoğu genetik dizinin iki kopyasını, her bir ebeveynden bir tane olmak üzere miras alır. Bu dizilerin ne kadar yakından eşleştiğinin belirlenmesi, geçmişteki hayvan popülasyonlarının boyutu hakkında fikir verebilir; Örneğin, eşleşen DNA’nın uzun uzantıları akrabalı çiftleşmenin bir işareti olabilir.
San Diego Hayvanat Bahçesi Yaban Hayatı İttifakı’nda koruma genetikçisi olan Aryn Wilder, tek bir hayvanın genomunun “ebeveynlerinin, büyükanne ve büyükbabalarının ve geri kalan tüm yolların ne kadar yakından ilişkili olduğunu” yansıttığını söyledi.
doktor Wilder ve meslektaşları, tarih boyunca farklı türlerin popülasyon boyutlarını tahmin etmek için zoonomia genomlarını kullandılar. Tarihsel olarak yaygın olan türlerle karşılaştırıldığında, küçük popülasyonlara sahip olanlar, tarihsel olarak daha potansiyel olarak zararlı genetik mutasyonlara sahipti ve Uluslararası Doğayı Koruma Birliği tarafından tehdit altında olarak sınıflandırılma olasılıkları daha yüksekti.
Araştırmacılar ayrıca, IUCN’nin veri eksikliği nedeniyle yok olma riski bilinmeyen üç türün genomlarını analiz ettiler: katil balina, Yukarı Celile Dağları’nın kör köstebek faresi ve Java fare geyiği (tıpkı ilan edildiği gibi görünüyor) . . Sonuçlar, katil balinanın en çok tehlike altında olabileceğini öne sürdü.
Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nde bir paleogenetikçi ve çalışmanın yazarı olan Beth Shapiro, yaklaşımın daha kapsamlı, kaynak yoğun risk değerlendirmeleri için türlere öncelik vermenin hızlı bir yolunu sağlayabileceğini söyledi. “Koruma triyajı yapmanın nispeten basit bir yolu olabilir” dedi.
Araştırmacılar, bu memelilerin genomlarını bir yerdomuzu, bir meerkat, yıldız burunlu bir köstebek ve bir insan da dahil olmak üzere çeşitli diğer memelilerinkilerle karşılaştırdılar. Bunu yaparken, memeli evriminde çok az değişen ve bu nedenle insan sağlığı ve işlevi için hayati önem taşıyan DNA uzantılarını tanımlayabildiler.
Derledikleri genetik veri tabanı, gezegenin memeli ailelerinin (insanlar dahil) yüzde 80’inden fazlasını kapsayan 240 türün eksiksiz genomlarını içeriyor. Bilim adamlarının diğer hayvanlar hakkında aşağıdakiler gibi çeşitli soruları yanıtlamasına yardımcı olabilir: B. ne zaman ve nasıl evrimleştikleri ve olağandışı yeteneklerinin bazılarının biyolojik temeli.
UMass Chan Tıp Okulu ve Broad Enstitüsü’nden genetikçi ve Zoonomi projesinin eş lideri Elinor Karlsson, “Bu türler insanların yapamadığı ne kadar harika şeyler yapabiliyor?” dedi. “İnsanları her zaman özel bir tür olarak düşünmeyi severiz. Ama birçok yönden oldukça sıkıcı olduğumuz ortaya çıktı.”
Zooonomia veri setinin sınırlamaları vardır. Tür başına yalnızca bir genom içerir (iki kez sekanslanan evcil köpek hariç) ve binlerce memeli kayıptır.
Ancak Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan yeni bir makale paketinde, Zoonomia ekibi bu tür çoklu tür verilerinin gücünü gösterdi. Bu sadece başlangıç …
Smithsonian’ın Ulusal Hayvanat Bahçesi ve Koruma Biyolojisi Enstitüsü’nde projeye dahil olmayan hesaplamalı bir genomik bilimcisi olan Michael G. Campana, “Birçok genomu sıralamak önemsiz değil” dedi. “Gerçekten önemli olan, aslında bu verileri kullanmaktır.”
İşte Zooonomia bilim adamlarının onunla zaten yaptıkları şeylerden bazıları:
Özel yeteneklerin temellerini ortaya çıkarmak
Olağanüstü hayvan yeteneklerinin temelini aramak için bilim adamları, kış uykusuna yatma yeteneği gibi belirli bir özelliği paylaşan türlerde alışılmadık derecede hızlı gelişen genetik dizileri aradılar.
Bir analizde, araştırmacılar, günlerce veya haftalarca düşük vücut sıcaklıklarını koruyabilen, kalın kuyruklu cüce lemur ve daha büyük fare kulaklı yarasa gibi derin kışlayan hayvanlara odaklandılar. Araştırmacılar, hücrelerin sıcaklığa bağlı stresten korunmasına yardımcı olduğu bilinen ve yaşlanma ile ilişkili bir hücresel yolu engelleyen bir diğeri de dahil olmak üzere çeşitli genlerde “hızlandırılmış evrim” kanıtı buldular.
“Kışlayan birçok türün ayrıca olağanüstü bir uzun ömrü var,” dedi Dr. Karlsson, onu şu soruyu sormaya sevk etti: Bu gendeki değişiklikler onun uzun yaşamına katkıda bulunuyor mu?
Araştırmacılar ayrıca memelilerde koku alma duyusunu da incelediler. Hayvanlar, her biri belirli kokuya neden olan moleküllere bağlanabilen çok çeşitli farklı koku alma reseptörlerine sahiptir; Daha fazla koku alıcı genine sahip türler genellikle daha keskin bir koku alma duyusuna sahiptir.
Zooonomia ekibi her bir türdeki bu genlerin sayısını saydığında, Afrika savana fili 4.199 ile zirveye çıktı. Bunu dokuz bantlı armadillo ve Hoffmann’ın iki parmaklı tembel hayvanı takip ederken, Orta Amerika agutisi dördüncü sırada yer aldı.
Dr. Karlson. “Orada bilmediğimiz ne kadar çeşitlilik olduğunu hatırlatıyor.” (Köpeklerin “özellikle özel” olduklarını kanıtlamadıklarını belirtti.)
Öte yandan, deniz memelileri – yunusları ve deniz memelilerini içeren bir grup – oldukça az sayıda koku alma reseptör genine sahiptir, bu da sucul habitatları göz önüne alındığında anlamlıdır. Broad Institute ve Uppsala Üniversitesi’nden bir genetikçi ve Zooonomia projesinin diğer lideri Kerstin Lindblad-Toh, “Farklı bir şekilde iletişim kuruyorlar” dedi.
Daha fazla koku alma reseptör genine sahip türler, burun boşluğunda koku alma duyusuna yardımcı olan kemikli yapılar olan daha fazla koku alma konkasına sahip olma eğilimindeydi. Sonuçlar, “belirli özellikler önemli olduğunda, farklı şekillerde geliştiklerini” gösteriyor, dedi Dr. Lindblad-Toh.
“Veri kümemizle ilgili en önemli şeylerden birinin, insanların en sevdikleri özelliklere bakmaya başlayabilecekleri kadar çok farklı tür için genom dizilimi oluşturması olduğunu düşünüyorum” diye ekledi.
Popülasyonların portrelerini çizin
Şubat 1925’te, bir difteri salgınının ortasında, bir kızak köpeği ekibi filosu, karla izole edilmiş olan Alaska, Nome’a acil bir antitoksin tedarik etti. Bayrak yarışının son ayağını koşan köpeklerden biri olan Balto ün kazandı; Birkaç yıl sonra öldüğünde, doldurulmuş bedeni Cleveland Doğa Tarihi Müzesi’nde sergilendi.
Zooonomia araştırmacılarından oluşan bir ekip, ünlü kızak köpeği ve onun köpek çağdaşları hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu doldurulmuş dokudan küçük bir parça kullandı. Araştırmayı UMass Chan Tıp Fakültesi’nde yüksek lisans öğrencisi olarak yürüten ve şu anda Colossal Biosciences’ta kıdemli bir bilim insanı olan Balto gazetesinin yazarı Kathleen Morrill, “Bunu biraz zorlayıcı olarak gördük” dedi. “İşte bu kişi, gerçekten ünlü. Biyolojisi hakkında pek bir şey bilmiyoruz. Onun genomu hakkında ne söyleyebiliriz?”
Balto’nun genetik olarak modern safkan köpeklerden daha “sağlıklı” olduğunu, daha fazla kalıtsal genetik çeşitlilik ve daha az potansiyel olarak zararlı mutasyon olduğunu buldular. Bu bulgu muhtemelen kızak köpeklerinin tipik olarak fiziksel performans için yetiştirilmelerinden ve ırkların bir melezi olabilmelerinden kaynaklanmaktadır.
Araştırmacılar, Balto’nun ayrıca kurtlarda bulunmayan ve modern safkan köpeklerde nadir bulunan veya bulunmayan bir dizi genetik varyanta sahip olduğunu buldu. Doku gelişiminde yer alan ve kızak köpekleri için önemli olan çeşitli özellikleri etkilemiş olabilecek genlerde birçok varyant bulundu, örneğin: B. Deri kalınlığı ve eklem oluşumu. Balto, her ebeveynden birer tane olmak üzere bu varyantların iki kopyasını miras almıştı, yani o sırada diğer Alaska kızak köpekleri arasında muhtemelen en azından biraz yaygındı.
Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz’da doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın yazarı Katie Moon, “Nasıl bir yer olduğuna ve nüfusunun nasıl olacağına dair çok daha net bir resim elde ediyoruz” dedi. “Ve bu resim gerçekten iyi ayarlanmış çalışan kızak köpeklerini gösteriyor.”
Aydınlatıcı evrimsel zaman çizelgeleri
Bilim adamları, günümüzün memeli çeşitliliğinin nasıl ve ne zaman ortaya çıktığını uzun süredir tartışıyorlar. Memeli soy ağacı, dinozorların soyu yaklaşık 66 milyon yıl önce tükenene kadar dallanmış mıydı? Yoksa süreç büyük ölçüde felaketten önce mi gerçekleşti?
Zoonomi genomlarını kullanan yeni bir analiz, cevabın her ikisinin de olduğunu gösteriyor. Önce memeliler çeşitlenmeye başladı yaklaşık 102 milyon yıl önce, Dünya’nın kıtaları ayrıldığında ve deniz seviyeleri yükselmeye başladığında. Texas A&M Üniversitesi’nde evrimsel bir genetikçi olan ve makalenin yazarı William Murphy, “Bu, farklı kara kütlelerindeki modern soyların atalarını izole etti” dedi.
Ancak araştırmacılar, yeni toprakların ortaya çıkışı ve baskın sürüngenlerin ortadan kaybolmasının memeliler için yeni habitatlar, kaynaklar ve fırsatlar sağladığında, çeşitlilikteki bir başka artışın dinozorların yok oluşundan sonra geldiğini buldu.
Harvard’da evrimsel bir biyolog olan ve araştırmaya dahil olmayan Scott Edwards, “Gerçekten dönüm noktası olan bir makale” dedi. “Memelileri bir zaman ölçeğine koymak söz konusu olduğunda muhtemelen türünün en büyüğü.”
Zoonomia paketi, daha geniş anlamda, “muazzam bir eser” diye ekledi. “Memeli evrimi konusundaki gelecekteki anlayışımız için gerçekten standart belirleyecek.”
Yok olma riskini tahmin etmek
Memeliler genellikle çoğu genetik dizinin iki kopyasını, her bir ebeveynden bir tane olmak üzere miras alır. Bu dizilerin ne kadar yakından eşleştiğinin belirlenmesi, geçmişteki hayvan popülasyonlarının boyutu hakkında fikir verebilir; Örneğin, eşleşen DNA’nın uzun uzantıları akrabalı çiftleşmenin bir işareti olabilir.
San Diego Hayvanat Bahçesi Yaban Hayatı İttifakı’nda koruma genetikçisi olan Aryn Wilder, tek bir hayvanın genomunun “ebeveynlerinin, büyükanne ve büyükbabalarının ve geri kalan tüm yolların ne kadar yakından ilişkili olduğunu” yansıttığını söyledi.
doktor Wilder ve meslektaşları, tarih boyunca farklı türlerin popülasyon boyutlarını tahmin etmek için zoonomia genomlarını kullandılar. Tarihsel olarak yaygın olan türlerle karşılaştırıldığında, küçük popülasyonlara sahip olanlar, tarihsel olarak daha potansiyel olarak zararlı genetik mutasyonlara sahipti ve Uluslararası Doğayı Koruma Birliği tarafından tehdit altında olarak sınıflandırılma olasılıkları daha yüksekti.
Araştırmacılar ayrıca, IUCN’nin veri eksikliği nedeniyle yok olma riski bilinmeyen üç türün genomlarını analiz ettiler: katil balina, Yukarı Celile Dağları’nın kör köstebek faresi ve Java fare geyiği (tıpkı ilan edildiği gibi görünüyor) . . Sonuçlar, katil balinanın en çok tehlike altında olabileceğini öne sürdü.
Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nde bir paleogenetikçi ve çalışmanın yazarı olan Beth Shapiro, yaklaşımın daha kapsamlı, kaynak yoğun risk değerlendirmeleri için türlere öncelik vermenin hızlı bir yolunu sağlayabileceğini söyledi. “Koruma triyajı yapmanın nispeten basit bir yolu olabilir” dedi.