Evolution Kann Nicht Rückwärts Gehen

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Die molekulare forschung legt nahe, dass die evolution irreversibel ist.

In einer Art evolutionärer Brückenverbrennung wird der Rückweg blockiert, sobald sich ein Gen in seinen gegenwärtigen Zustand verwandelt hat, so neue Forschungsergebnisse. Es gibt also keine einfache Möglichkeit, umzukehren.

"Evolutionsbiologen sind seit langem fasziniert davon, ob die Evolution rückwärts gehen kann", sagte der Studienforscher Joe Thornton vom University of Oregon University Center für Ökologie und Evolutionsbiologie und dem Howard Hughes Medical Institute. "Aber das Problem ist ungelöst geblieben, weil wir selten genau wissen, welche Merkmale unsere Vorfahren hatten oder welche Mechanismen sie zu ihren modernen Formen entwickelten."

Thorntons Team löste dieses Problem, indem er die Evolution auf molekularer Ebene untersuchte, um die Schritte zu ermitteln, die zwischen der angestammten Form eines Proteins und seinem Nachfolger unternommen wurden.

Ihre Ergebnisse, die in der Ausgabe vom 24. September der Fachzeitschrift Nature detailliert beschrieben wurden, zeigen, dass über lange Zeiträume bestimmte genetische Blockaden entstehen, die es fast unmöglich machen, ein modernes Protein in seinen angestammten Zustand zu überführen, selbst wenn uralte Umweltbelastungen bestehen sollten.

"Dies ist die beste Demonstration der molekularen Grundlagen der evolutionären Irreversibilität, die ich je gelesen habe", sagte Michael Rose, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der University of California, Irvine, der nicht an der aktuellen Studie beteiligt war.

Die genetische Uhr zurückdrehen

Das Team untersuchte den sogenannten Glucocorticoid-Rezeptor, ein Protein, das an das Hormon Cortisol bindet und Stressreaktionen, Immunität und andere körperliche Prozesse beim Menschen reguliert.

Sie wussten, dass dieser Rezeptor während eines relativ kurzen Zeitraums vor mehr als 400 Millionen Jahren seine derzeitigen Fähigkeiten von seinem angestammten Zustand erhielt, der auf ein anderes Hormon reagiert.

Thorntons Team entwickelte also beide Formen des Proteins. "Wir haben das erste Protein wiederbelebt, das die moderne Funktion hat, und kurz davor das letzte Protein, das die Ahnenfunktion hat", sagte Thornton.

Sie fanden sieben Schlüsselmutationen, die dem alten Protein seine aktualisierte Funktion verliehen. Um herauszufinden, ob sie das moderne Protein in seine frühere Funktion überreden könnten, kehrten die Forscher diese sieben Schlüsselmutationen um.

"Wir haben erwartet, dass die Ahnenfunktion wieder hergestellt wird", sagte Thornton während eines Telefoninterviews. "Aber stattdessen bekamen wir ein totes Protein. Es funktionierte überhaupt nicht. Es war völlig funktionslos."

Brennende Brücken

Sie vermuten, dass dieses Phänomen hinter dem Phänomen steckt: Während sich das uralte Protein entwickelte, nahmen fünf weitere Mutationen geringfügige Änderungen in der Struktur des Proteins vor, die mit der ursprünglichen Form nicht kompatibel waren.

"Angenommen, Sie renovieren Ihr Schlafzimmer - zuerst verschieben Sie das Bett, dann legen Sie die Kommode an die Stelle, an der sich das Bett befand", sagte Thornton. "Wenn Sie sich entscheiden, das Bett zurückzustellen, können Sie es nicht tun, es sei denn, Sie haben den Aufbereiter aus dem Weg geräumt."

Er fügte hinzu: "Die restriktiven Mutationen im GR (Glucocorticoid-Rezeptor) verhinderten die evolutionäre Umkehrung auf dieselbe Weise."

Derselbe einschränkende Prozess tritt möglicherweise nicht über kürzere Zeiträume auf, wie Rose in seiner Forschung festgestellt hat.

"Was diese neue Nature-Veröffentlichung zeigt, ist, dass es auf einer viel längeren Zeitspanne (mehr als eine Million Generationen) schwieriger ist, die Evolution dazu zu bringen, sich selbst umzukehren", sagte Rose gegenüber WordsSideKick.com. "So erklären Evolutionisten Dinge wie das Versagen, Kiemen in Walen oder Delfinen umzukehren. Zu viele Generationen sind vergangen, seit die Vorfahren der Cetaceen als Erwachsene funktionelle Kiemen hatten."

Thornton hofft, die Reversibilität der Evolution in anderen Proteinen zu untersuchen. "Ich gehe davon aus, dass dies eine ziemlich allgemeine Beobachtung sein wird, dass andere Proteine ​​und andere Merkmale oft irreversibel sind", sagte er.

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