Genetische Hinweise zeigen wie Giraffen haben lange Hälse

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler das Genom der Welt höchste Land Art, die Giraffe sequenziert. Überraschend, diese majestätische Kreatur benötigt nur eine kleine Handvoll Mutationen, seine bemerkenswerte körperliche Statur und Physiologie zu erreichen – aber diese Mutationen verpackt eine evolutionäre Schlag.

Mit ihrem langen Hals und elegante Schritte haben Giraffen Menschheit seit Tausenden von Jahren fasziniert. Aber es gibt mehr zu dieser Tiere als ihre Höhe, die aufwärts von 19 Fuß (6 m) erreichen kann.

Giraffen sind überraschend schnelle Läufer, in der Lage, sprinten 37 Meilen pro Stunde (60 km/h). Außerdem müssen sie Blut Pumpen fast sieben Fuß (2 Meter) gerade nach oben um ihr Gehirn mit ausreichend Sauerstoff zu versorgen zu versorgen. Zu diesem Zweck haben Giraffen entwickelt, einen ziemlich großen linken Ventrikel und Blutdruck, die über doppelt so hoch wie andere Säugetiere. Sie sind auch in der Lage, verdauen Akazienblätter und Samenkapseln — sehr nahrhafte Lebensmittel, die für die meisten anderen Tiere giftig sind.

Die Gründe für die Giraffe lange Beine und Hals sind ziemlich offensichtlich und seit vor Darwin diskutiert worden. Biologe Jean-Baptiste Lamarck argumentierte berühmt, dass Giraffen Hälse benötigt um länger zu bekommen, damit sie essen so hoch (d. h. "Lamarck'schen Evolution") erreichen konnte. Er war fast richtig. Darwin später hingewiesen, waren ihre Hälse das Ergebnis von Katzenverband Prozesse; nur Tiere mit Hals lang genug, um die höchsten Äste erreichen gedieh und überlebt.

Dies viel wir kannten, aber Wissenschaftler waren nicht sicher über die genaue Biologie beteiligt, und wie Giraffen, aus genetischer Sicht entwickelt ihre Palette von Eigenschaften. Seine nächsten lebenden Verwandten, Okapi, sieht eher wie ein Zebra als seine Cousine, schlaksig, also es gibt keine anderen "intermediate" Arten zu urteilen.

In dem Bemühen um mehr über die genetische Konstitution der Giraffe — und ein klareres Bild von seiner Entstehungsgeschichte zu malen – Wissenschaftler von der Penn State University sequenziert die gesamte Giraffe Genom (zusammen mit dem Okapi-Genom), so dass sie der Ersteres, der dies zu tun. Die Ergebnisse, die jetzt in Nature Communicationserscheinen, bieten faszinierende Einblicke in die Giraffe einzigartig Körperform wie entwickelt.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Douglas Cavener und Morris Agaba verglichen um die verantwortlichen Gene für die Giraffe einzigartigen Eigenschaften zu isolieren, die gen-kodierenden Sequenzen die Giraffe und das Okapi auf mehr als 40 andere Tiere, wie Kühe, Schafe, Ziegen, Kamele und Menschen. Trotz der Giraffe einzigartig aussehen und Physiologie kamen die Forscher mit nur 70 Gene, die für einige der markantesten Anpassungen der Giraffe verantwortlich waren.

Wie bereits erwähnt, verfügen die Giraffe und Okapi Gensequenzen, die sehr ähnlich sind. Die beiden Arten sind sehr eng, dass nur von einem gemeinsamen Vorfahren vor etwa 11 bis 12 Millionen Jahren auseinander. Abgesehen von ihren Köpfen und Hufe diese Tiere fast nichts gleich aussehen, aber genetisch, gibt es sehr wenig, die beiden Arten zu unterscheiden. Durch das Studium der Okapi-Genom, konnten die Forscher als eine Art genetischen Filter verwenden, um die Gene zu lokalisieren, die eine Giraffe eine Giraffe machen.

Die Forscher Sequenzierung ganzer Genome von zwei Weibchen, die Masai-Giraffen aus der Masai Mara in Kenia und der Nashville Zoo in den Vereinigten Staaten und einer männlichen Okapi von White Oak Holdings in den Vereinigten Staaten zu reservieren. Unter 70 unverwechselbaren genetischen Mutationen entdeckt, mehr als die Hälfte davon kodiert für Proteine, die Entwicklung von der Giraffe Skelett, Herz-Kreislauf- und Nervensystem. Interessanterweise zeigten einige dieser Gene mehrere Anpassungen, was bedeutet, dass sie mehr als ein Vorteil oder Charakteristik verleihen. Z. B. Steuern einige Gene sowohl Herz-Kreislauf- und Skelettbildung. Die Forscher spekulieren, dass die Giraffe Statur und "Turbo" Herz-Kreislauf-System durch Veränderungen in einer kleinen Anzahl von Genen zusammen entwickelt.

Cavener und Agaba entdeckt genetische Indizien, die erklären, wie die Giraffe einen langen Hals entwickelt und Beine, die trotz ihrer Länge verfügen über die gleiche Anzahl von Knochen als Hals und Beine des Menschen und anderen Säugetieren.

"Für die Erreichung ihrer außergewöhnliche Länge Halswirbel Giraffe und Beinknochen entwickelt haben, um stark erweitert werden," sagte Cavener in einer Version. "Mindestens zwei Gene sind erforderlich – ein Gen angeben, die Region des Skeletts zu wachsen mehr und ein weiteres gen um mehr Wachstum zu stimulieren."

Eines dieser beiden Gene nennt man FGFRL1, und es spielt eine wichtige Rolle in der frühen Entwicklung des Embryos. Es trägt auch zur schnellen Knochenwachstum Phase nach der Geburt eine Giraffe. In der Tat, wurde dieses Gen zugeordnet schwere Skelett und Herz-Kreislauf-Mängel in Mensch und Maus Wenn sie nicht richtig zum Ausdruck bringen. Dieses Gen in Verbindung mit vier Homeobox Gene – die sind beteiligt an der Entwicklung der Körperstrukturen – bietet zwei der erforderlichen Elemente für die Entwicklung von langen Hals und Beinen der Giraffe.

"Was wir denken ist aufgetreten, dann ist die Giraffe einen langen Hals, die über einen Zeitraum von etwa 15 bis 20 Millionen Jahren aufgetreten ist, entwickelt und wie der Hals heraus ausgedehnt, veränderte sich sein Herz-Kreislauf-System auch im Tandem – und dass einige der gleichen Gene tatsächlich beide Prozesse im Konzert kontrollieren waren," Cavner in einem begleitenden Video festgestellt.

Schließlich entdeckten die Forscher auch eine Gruppe von Genen, die Wachstum und den Stoffwechsel reguliert. Das sind Gene, die wahrscheinlich verantwortlich für die Giraffe Fähigkeit, Akazie verstoffwechseln verlässt und Samenkapseln, welche viele andere Säugetiere giftige finden.

In der Zukunft möchte die Forscher Sicherung des FGFRL1-Gens in das Genom der Mäuse zu sehen, wie es ihr Wachstum, insbesondere in seiner Wirbelsäule und Beine beeinflusst. Dies kann schließlich zu Behandlungen beim Menschen führen, Skelettanomalien und anderen physiologischen Erkrankungen leiden. Die Sequenzierung des Genoms Giraffe, es scheint, ist eine wissenschaftliche Arbeit, das würde den Rahmen sprengen nur Zoologie und Evolutionsbiologie erweitert.