Phylogeny and gene function integration uncovers multiple convergences in multicellular and terrestrial transitions
Door fylogenomica te integreren met functionele annotaties over 508 soorten, onthult deze studie dat belangrijke evolutionaire overgangen naar meercelligheid en het leven op het land worden gekenmerkt door een wijdverspreide convergente verrijking van semantisch gelijkaardige biologische functies, vaak bereikt door zowel onafhankelijke genfamilie-expansies als de rekrutering van oude orthologe genen.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Stel je de hele geschiedenis van het leven op aarde voor als een enorme, steeds groter wordende bibliotheek. Lange tijd hebben wetenschappers zich gericht op het katalogiseren van elk afzonderlijk boek (gen) in deze bibliotheek, wat heeft geresulteerd in een collectie van ongeveer 4,5 miljoen titels. Hoewel we echter de lijst met boeken hebben, hebben we nog niet echt begrepen welke verhalen ze vertellen of hoe die verhalen veranderden naarmate het leven evolueerde van eenvoudige enkelvoudige cellen naar complexe wezens zoals wij.
Dit artikel is alsof er een team van deskundige bibliothecarissen is ingehuurd die niet alleen de boeken hebben geteld, maar ze ook daadwerkelijk hebben gelezen om het plot te begrijpen. Ze hebben deze 4,5 miljoen genen over 508 verschillende soorten georganiseerd, van kleine slijmzwammen tot reusachtige walvissen, om te zien hoe de "verhalen" van het leven veranderden tijdens de grootste plotwendingen.
Hier is wat zij ontdekten, met behulp van enkele eenvoudige analogieën:
De "Big Bang"-momenten van het leven
De onderzoekers ontdekten dat de bibliotheek niet langzaam en gestaag groeide. In plaats daarvan waren er plotselinge "explosies" van nieuwe boeken precies op het moment dat het leven zijn grootste sprongen maakte. Net zoals een stad plotseling duizenden nieuwe huizen kan bouwen wanneer er een nieuwe industrie arriveert, zag de stamboom van het leven enorme uitbarstingen van nieuwe genen en nieuwe functies wanneer:
- Eenvoudige cellen complex werden (eukaryoten).
- Enkelvoudige cellen begonnen samen te leven als dieren.
- Planten en dieren van de oceaan naar het droge land verhuisden.
- Gewervelde dieren (dieren met een ruggengraat) verschenen.
Verschillende hulpmiddelen voor dezelfde taak
Een van de meest fascinerende bevindingen is hoe de natuur dezelfde problemen op verschillende manieren oplost. Denk hierbij aan twee verschillende chefs die proberen een cake te bakken.
- Het Probleem: Beide chefs moeten voorkomen dat de cake uitdroogt (stressbestendigheid) of hebben een manier nodig om de lagen bij elkaar te houden (celadhesie).
- De Oplossing: Chef A (een plant) gebruikt misschien een specifieke soort bloem en een speciale oven. Chef B (een slijmzwam) gebruikt misschien een compleet ander type graan en een andere warmtebron.
- Het Resultaat: Hoewel ze volledig verschillende ingrediënten gebruikten (verschillende genfamilies), is de functie van de cake hetzelfde.
Het artikel laat zien dat wanneer het leven onafhankelijk besloot om naar het land te gaan (terrestrialisatie) of om in groepen te leven (multicellulariteit), verschillende takken van de stamboom elkaars genen niet kopieerden. In plaats daarvan hebben ze onafhankelijk van elkaar verschillende genetische "hulpmiddelen" uitgevonden die exact dezelfde taak uitvoeren. Bijvoorbeeld: planten, dieren en schimmels hadden allemaal de behoefte om aan elkaar te plakken om meercellig te worden, dus breidden ze allemaal hun "lijm"-genen uit, maar ze gebruikten allemaal verschillende soorten lijm.
De Kernboodschap
Door deze functionele verhalen op de stamboom van het leven in kaart te brengen, hebben de auteurs een nieuwe "routekaart" gecreëerd. Deze kaart vertelt ons niet alleen welke genen bestaan, maar ook waarom ze er zijn. Het helpt ons begrijpen dat hoewel de specifieke genetische ingrediënten kunnen verschillen, de fundamentele "recepten" voor het worden van complex, landbewonend of meercellig leven verrassend vergelijkbaar zijn over de gehele boom des levens. Dit kader stelt wetenschappers in staat om naar elk nieuw ontdekt genoom te kijken en direct de plaats ervan te begrijpen in dit grote evolutionaire verhaal.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.