Evolution ist nicht zufällig (zumindest nicht völlig)

Evolution heißt oft "blind", denn es gibt keine äußere Kraft, die natürliche Selektion führt. Aber Veränderungen im Erbgut, die auf molekularer Ebene auftreten nicht ganz zufällig sind, schlägt eine neue Studie. Diese Mutationen durch die physikalischen Eigenschaften des genetischen Codes und die Notwendigkeit, die kritische Funktion von Proteinen zu wahren geführt werden, sagten die Forscher.

DNA besteht aus einer Folge von Buchstaben oder Aminosäuren, die Proteine, die Strukturen zu kodieren, die wichtige Aufgaben innerhalb der Zellen durchführen. Konventionelle Weisheit besagt, dass Evolution durch zufällige Mutationen, die ein einzelnen Organismus besser in der Lage Auftritt zu überleben und sich fortzupflanzen, nach natürlichen Selektion machen.

In der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Royal Society Open Science, Fischereibiologen Michael Garvin und sein Kollege Anthony Gharrett Sept. 30, dargelegt von der University of Alaska Fairbanks, in Juneau, um zu sehen, ob diese Mutationen wirklich zufällig waren. [Entschlüsselung des menschlichen Genoms: 6 molekulare Meilensteine]

Auf Wiederholung fest

In einer früheren Studie analysierten Garvin und seine Kollegen DNA aus einer Reihe von Arten, die einen Komplex von Proteinen kodieren, deren Aufgabe es ist, das energiereiche Molekül ATP zu produzieren, dass Befugnisse Zellen. Änderungen in diesen DNA-Stückchen ermöglichen eine Spezies an seine Umgebung anzupassen, so sagten sie, unter "positive Selektion."

Eines Tages, Garvin wurde eine DNA-Sequenz für Lachs in seinen Computer eingeben, aber er hielt die Reihenfolge falsch eingeben, da gab es so viele Wiederholungen der gleichen zwei Buchstaben in der DNA, beispielsweise "CACACACA", sagte er. Diese Briefe waren direkt neben einem positiv ausgewählten Standort. Er fragte mich, ob vielleicht die Zelle den gleichen Fehler beim Kopieren der wiederholte Sequenz macht, wenn es die DNA, vielleicht die falsche Anzahl von "CAs", zum Beispiel repliziert. (Diese Wiederholungen selbst sind keine Fehler, aber Fehler beim Kopieren sie eingeführt werden könnte.)

"Es ist wie eine Art knöpfte Sie Ihr Hemd am Morgen, wenn Sie müde und Sie vermissen eine Taste" Garvin sagte. "Alles geht von einem und es gibt eine Schleife in Ihrem Shirt und jetzt müssen Sie es zu beheben. Diese Schleife ist analog zu der DNA, die repariert werden muss", sagte er.

Wenn die Zelle "die Tasten Befestigung ist," die DNA hat mehr Zeit zum mutieren – ein Phänomen namens Slip-Strang MIS Paarung. So dass diese Wiederholungen – eine physikalische Eigenschaft der DNA – die Mutationsrate zu beeinflussen, sagte der Forscher.

Aber selbst als ein Teil der DNA mutiert ist, ändern Sie die Reihenfolge auf beiden Seiten, die den wiederholten Abschnitt enthält, kann nicht zu viel oder das Protein nicht ordnungsgemäß funktionieren. Die Sequenz würde normalerweise mutieren, bis die Wiederholung verschwunden, aber die Notwendigkeit, die Reihenfolge zu bewahren, so das Protein noch funktioniert verhindert, dass die Wiederholungen eliminiert. Das Ergebnis als "mutagenen Hot Spot" zwischen stabilen DNA-Sequenzen, sagte Garvin.

Nicht zufällig Kräfte

In der neuen Studie, die Forscher betrachteten alle DNA-Sequenzen unter positive Selektion (oder jene, die den Organismus helfen an seine Umgebung anpassen), um festzustellen, ob sie in der Nähe von einer wiederholte Sequenz waren. Sie fanden heraus, dass 97 Prozent der Seiten waren.

Um herauszufinden, ob andere DNA-Sequenzen, die positiven Selektion unterzogen werden, nicht auch auf diese Weise mutieren, identifiziert Garvin alle wiederholten Sequenzen in der DNA der untersuchten Spezies. Er ergab, dass 60 Prozent der alles verändernde Seiten neben einer Wiederholung.

"Also am Ende die meisten Mutation nicht zufällig, zumindest für den DNA-Sequenzen, die wir hier analysiert ist", sagte Garvin. Es ist vielmehr eine Kombination der beiden gegensätzlichen Kräfte – die MIS Paarung während der DNA-Replikation und die Notwendigkeit, die Funktion des Proteins zu bewahren, sagte Garvin.

Die Ergebnisse könnten erklären, warum Evolution geschieht viel schneller als wenn Mutationen, in der Tat völlig zufällig, sagte der Forscher. Die wiederholten Sequenzen auch zur Entwicklung notwendig sind, sagten sie.

Zum Beispiel sagte genetischer Vielfalt an diesen Standorten DNA könnte helfen Arten Anpassung an Änderungen in der Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und anderen Ressourcen, die sich aus dem Klimawandel ergeben können, Garvin. So konnte diese wiederholten Sequenzen verwendet werden als Prädiktor für wie eine Bevölkerung auf Umweltveränderungen reagieren wird.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um 10:09 ET, 2. Oktober, den Fehler zu klären, die Zellen bei sich wiederholenden Sequenzen von DNA zu kopieren.

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