Cine are inima cu patru inimi?
Strict vorbind, inima cu patru camere, așa cum este, este numai la păsări și mamifere, inclusiv la oameni. Acest lucru se datorează împărțirii sistemului circulator al acestor animale în două cercuri de circulație a sângelui. Cercul mare de circulație a sângelui furnizează sânge direct organelor corpului, în timp ce cercul mic servește la saturarea sângelui cu oxigen în plămâni. Crocodilii au o inima conditionata cu patru camere, deoarece, desi are o separare a inimii in doua ventricule si doua atrii, aceasta separare nu este completa si, daca este necesar, crocodilul poate trimite bioxidul de sange venos bogat in artere - aceasta capacitate ii ajuta pe crocodili cu digestie prin stimularea productiei de suc gastric. Chiar mai convențional, cele patru camere pot fi considerate inima peștilor, care, pe lângă atriu și ventricul, au două camere mici - sinusul venos și conul aortic.
Inima crocodilă cu patru camere.
Crocodilii sunt singura reptilă care are o inimă atât de mare.
Apropo, ei au o mică gaură în septul dintre stomacuri și sângele se amestecă destul de des. De aceea, crocodilii pot rămâne sub apă pentru o perioadă lungă de timp.
De asemenea, ei spun că broaștele au o inimă cu patru camere, dar se pare că acest lucru nu a fost dovedit (nu știu exact).
Inima de patru camere are pe planetă asemenea ființe vii: o persoană normală, un crocodil, o pasăre, mamifere, o inimă cu patru camere are: un atrium stâng și un ventricul, un atrium drept și un ventricul.
În peștii inimii, sunt două camere, în amfibieni și în majoritatea reptilelor, în trei camere, dar numai păsările și mamiferele au inimile cu patru camere. Singura reptilă care are o inimă cu 4 camere este un crocodil. Dar este ușor inferior în el, deoarece atriile nu sunt complet separate printr-un septum interatrial.
Broaștele au inimi cu trei camere, dar există două diviziuni separate în ele, astfel încât numai în mod condiționat se poate considera că aceste camere amfibie au doar trei.
Se crede că primele inimi cu patru camere au apărut la începutul timpului în dinozauri, iar această trăsătură în evoluție a trecut pe descendenții lor direcți.
Omul, fiind un mamifer, are de asemenea o inimă cu patru camere.
Inima cu patru camere se află la păsări și mamifere, inclusiv la oameni.
Crocodilul reptil (reptil) are de asemenea o inimă, dar aceasta este condiționată, deoarece atrii au un mesaj între ei.
Cele patru camere sunt două atriuri, separate printr-un septum atrial și două ventricule, separate și de un sept (interventricular)
Atriile comunică cu ventriculele prin deschiderile pe care există o supapă pe fiecare parte (există trei supape în partea dreaptă, două în stânga, se mai numește valva mitrală).
Jumătatea stângă conține sânge arterial, drept - venoasă. Nici un mesaj. Este adevarat ca fatul are o gaura in septul interatrial, care in mod normal creste la nastere sau la primul scop al vietii. Dacă nu se întâmplă acest lucru, apare un defect cardiac.
Ciudat, cum ar suna, o persoană are o inimă cu patru camere.
Păsările au aceeași inimă - de exemplu, un porumbel are o inimă de genul asta.
După cum am menționat deja, crocodilul a devenit proprietarii fericiți ai acestui corp important.
De fapt, indiferent de inima cuiva - principalul lucru pe care îl bate și lucrează.
Inima cu patru camere constă din atriul drept, ventriculul drept, atriul stâng și ventriculul stâng. Păsările și mamiferele (inclusiv oamenii) au asemenea inimi.
Reptilele au o inimă cu trei camere, dar unul dintre reprezentanții lor, crocodilul, are deja o inimă cu patru camere (deși septul interatrial încă nu separă complet atriul).
În general, inima cu patru camere, la păsări și mamifere, inclusiv la oameni. Inima cu 4 camere include atriul stâng și ventriculul și atriul drept și ventriculul. Singurul amfibian cu inima cu 4 camere este crocodilul.
În primul rând, desigur, suntem cu voi, adică oamenii au o inimă cu 4 camere. De asemenea, inima cu 4 camere are păsări, mamifere, reptile. Structura inimii tuturor acestor indivizi este foarte asemănătoare.
La oameni, crocodili, toate animalele sunt clase de mamifere și multe altele.
Cine are inima cu patru inimi?
Inima crocodilă cu patru camere.
Crocodilii sunt singura reptilă care are o inimă atât de mare.
Apropo, ei au o mică gaură în septul dintre stomacuri și sângele se amestecă destul de des. De aceea, crocodilii pot rămâne sub apă pentru o perioadă lungă de timp.
De asemenea, ei spun că broaștele au o inimă cu patru camere, dar se pare că acest lucru nu a fost dovedit (nu știu exact).
Strict vorbind, inima cu patru camere, așa cum este, este numai la păsări și mamifere, inclusiv la oameni. Acest lucru se datorează împărțirii sistemului circulator al acestor animale în două cercuri de circulație a sângelui. Cercul mare de circulație a sângelui furnizează sânge direct organelor corpului, în timp ce cercul mic servește la saturarea sângelui cu oxigen în plămâni. Crocodilii au o inima conditionata cu patru camere, deoarece, desi are o separare a inimii in doua ventricule si doua atrii, aceasta separare nu este completa si, daca este necesar, crocodilul poate trimite bioxidul de sange venos bogat in artere - aceasta capacitate ii ajuta pe crocodili cu digestie prin stimularea productiei de suc gastric. Chiar mai convențional, cele patru camere pot fi considerate inima peștilor, care, pe lângă atriu și ventricul, au două camere mici - sinusul venos și conul aortic.
Gene și formarea unei inimi cu patru camere
Biologii au descoperit o genă, schimbări care au dus la o tranziție evolutivă dintr-o inimă cu trei camere în amfibieni și reptile la o cameră cu patru camere la păsări și animale, ceea ce va ajuta la dezintegrarea modului în care au devenit cu sânge cald. Inima cu patru camere a păsărilor, mamiferelor și crocodililor, împărțită în două jumătăți, permite existența a două cicluri de circulație a sângelui, care "servesc", respectiv, plămânii și organismul în ansamblu. Ca rezultat, sângele arterial și venos nu se amestecă, ca în inima celor trei camere ale amfibienilor, iar corpul este mult mai bine aprovizionat cu oxigen.
Printre reptile există diferite variante ale "designului" inimii. În special, țestoasa din ventricul inimii lor cu trei camere are un sept care, totuși, nu le separă pe deplin. "Inima reptilelor a fost subiect de controversă - fie că are un ventricul unic sau două ventricule care nu sunt complet separate", scrie un studiu, un grup de oameni de știință din SUA, Canada și Japonia sub conducerea lui Katsuko Koshiba-Takeuchi de la Universitatea din California în San Francisco.
Ei au efectuat un studiu comparativ al broaștelor țestoase cu ochi roșii (Trachemys scripta elegans) și iguanas - anolii roșii (Anolis carolinensis) în ceea ce privește factorii genetici asociați cu dezvoltarea inimii în stadiile embrionare. Rezultatele observațiilor au arătat că, în ambele țestoase și iguane, în prima etapă, gena Tbx5 se manifestă pe întreaga suprafață a ventriculului viitor, dar în stadiile ulterioare ale țestoaselor, această gena funcționează numai în jumătatea stângă. La mamifere și la păsări, această genă este asociată tocmai cu formarea ventriculului stâng.
Aceasta înseamnă că, în procesul de evoluție, gena Tbx5 începe treptat să formeze structura unei inimi cu patru camere. Pentru a confirma această ipoteză, oamenii de știință au efectuat un experiment pe șoareci care au avut gena Tbx5 dezactivată. Drept urmare, partiția dintre ventriculi la șoareci a dispărut, o inimă cu trei camere, asemănătoare inimii reptilelor, sa format.
Cine are o inimă cu o singură cameră, cu două camere, cu trei camere, cu patru camere?
Amfibienii și reptilele au deja două cercuri de circulație sanguină, iar inima lor are trei camere (apare septul interatrial). Singura reptilă modernă care are una inferioară (septul interatrial nu separă complet atria), dar deja inima cu patru camere este un crocodil. Se crede că pentru prima dată inima cu patru camere a apărut în dinozauri și mamifere primitive. În viitor, descendenții direcți ai dinozaurilor - păsări și descendenți ai mamiferelor primitive - mamiferele moderne au moștenit această structură a inimii.
Inima tuturor chordatelor are în mod necesar o pungă de inimă (pericard), aparatul de supapă. Inimile moluștelor pot fi de asemenea supape, au un pericard, care, în gastropods, acoperă intestinul din spate. În insecte și în alte artropode, organele sistemului circulator sub formă de expansiuni peristaltice ale vaselor mari pot fi numite inimi. În chordate, inima este un organ nepăsător. În moluște și artropode, cantitatea poate varia. Conceptul de "inimă" nu se aplică la viermi etc.
[edit] Inima mamiferelor și a păsărilor
Mecanismul molecular pentru transformarea inimii cu trei camere într-o inimă cu patru camere este descifrat.
Apariția inimii cu patru camere la păsări și mamifere a fost cel mai important eveniment evolutiv, datorită căruia aceste animale ar putea deveni cu sânge cald. Un studiu detaliat al dezvoltării inimii în embrionii de șopârlă și țestoasă și compararea acesteia cu datele disponibile privind amfibienii, păsările și mamiferele au arătat că rolul cheie în transformarea inimii cu trei camere într-o cameră cu patru camere a fost jucat de modificările genei de reglare Tbx5, care funcționează în ventriculul unic inițial. Dacă Tbx5 este expresiv (lucrări) uniform în germeni, inima are trei camere, chiar dacă pe partea stângă - are patru camere.
Apariția vertebratelor pe uscat a fost asociată cu dezvoltarea respirației pulmonare, care a necesitat o restructurare radicală a sistemului circulator. În creierele de respirație pentru pești, un cerc de circulație a sângelui și, respectiv, inima, cu două camere (constă dintr-un atrium și un ventricul). La vertebratele terestre există o inimă cu trei sau patru camere și două cercuri de circulație a sângelui. Unul dintre ei (mic) conduce sânge prin plămâni, unde este saturat cu oxigen; apoi sângele revine la inimă și intră în atriul stâng. Cercul mare direcționează sânge bogat în oxigen (arterial) la toate celelalte organe, unde renunță la oxigen și se întoarce la inimă prin venele la atriul drept.
La animalele cu inima cu trei camere, sângele din ambele atriuri intră într-un singur ventricul, de unde apoi se deplasează la plămâni și la toate celelalte organe. În același timp, sângele arterial este amestecat în grade diferite cu sânge venos. La animalele cu inima de patru camere în timpul dezvoltării embrionare, ventriculul unic este inițial împărțit printr-un septum în jumătatea stângă și cea dreaptă. Drept urmare, cele două cercuri de circulație sunt complet separate: sângele venos intră numai în ventriculul drept și merge de acolo către plămâni, sângele arterial merge doar spre ventriculul stâng și merge de acolo spre toate celelalte organe.
Formarea unei inimi cu patru camere și separarea completă a cercurilor de circulație sanguină a fost o condiție necesară pentru dezvoltarea sângelui cald la mamifere și păsări. țesut de animale cu sânge cald consuma o mulțime de oxigen, asa ca au nevoie de un sânge „curat“ arteriala, cel mai oxigenat, mai degrabă decât mixte venos-arterial, a cărui sânge rece vertebrate sunt de conținut cu trei camere de inima (a se vedea:. chordates filogenia sistemul circulator).
O inimă cu trei camere este caracteristică amfibienilor și celor mai multe reptile, deși acestea din urmă au o separare parțială a ventriculului în două părți (septul intraventricular incomplet se dezvoltă). Inima prezentă în patru camere se dezvoltă independent pe trei linii evolutive: în crocodili, păsări și mamifere. Acesta este considerat unul dintre cele mai proeminente exemple de evoluție convergentă (sau paralelă) (a se vedea: Aromorfozele și evoluția paralelă, Parallelismele și variabilitatea omologică).
Un grup mare de cercetători din Statele Unite, Canada și Japonia, care și-au publicat rezultatele în ultima ediție a revistei Nature, și-au propus să descopere baza genetică moleculară a acestei importante arome.
Autorii au studiat în detaliu dezvoltarea inimii în două embrioni reptilieni - țestoasa de țestoasă Trachemys scripta și șopârla anolică (Anolis carolinensis). Reptile (cu excepția crocodili) sunt de interes special pentru a rezolva problema, deoarece structura inimii în mai multe moduri - intermediar între tipic trei camere (cum ar fi amfibieni) și această patru chambered cum ar fi crocodili, păsări și animale. Între timp, potrivit autorilor articolului, timp de 100 de ani, nimeni nu a studiat grav dezvoltarea embrionară a inimii reptilelor.
Studiile efectuate asupra altor vertebrate nu au dat încă un răspuns clar la întrebarea despre schimbările genetice care au determinat formarea unei inimi cu patru camere pe parcursul evoluției. Totuși, sa constatat că gena de reglare Tbx5, proteina codificatoare, un regulator de transcripție (vezi factorii de transcripție), funcționează diferit (exprimat) în inima în dezvoltare în amfibieni și în cele cu sânge cald. În cel dintâi, este exprimată uniform pe parcursul ventriculului viitor, în cel din urmă expresia sa este maximă în partea stângă a anagajului, din care se formează mai târziu ventriculul stâng și, în mod minim, pe dreapta. De asemenea, sa constatat că o scădere a activității Tbx5 duce la defecte în dezvoltarea septului între ventricule. Aceste fapte au permis autorilor sa sugereze ca schimbarile in activitatea genei Tbx5 ar putea juca un rol in evolutia inimii cu patru camere.
În timpul dezvoltării inimii unei șopârlă, în ventriculă se dezvoltă o rolă musculară, care separă parțial ieșirea ventriculară de cavitatea principală. Acest roller a fost interpretat de unii autori ca o structură omologă partiției intergastrice a vertebratelor cu o inimă cu patru camere. Autorii articolului în discuție, pe baza studierii dezvoltării rolului și a structurii sale fine, resping această interpretare. Ei acordă atenție faptului că aceeași pernă apare pe scurt în cursul dezvoltării inimii unui embrion de pui - împreună cu septul real.
Datele obținute de autori indică faptul că nici o structură omologă față de septul interventricular prezent nu pare să se formeze în șopârlă. Tortoasa, dimpotrivă, formează o partiție incompletă (împreună cu o rolă de mușchi mai puțin dezvoltată). Formarea acestei partiții în broaște țestoase începe mult mai târziu decât în carnea de pui. Cu toate acestea, se pare că inima unei șopârle este mai "primitivă" decât cea a unei broaște țestoase. Inima broasca testoasă este intermediară între tipicele cu trei camere (cum ar fi amfibieni și șopârle) și cu patru camere, cum ar fi crocodilii și sângele cu sânge cald. Acest lucru este contrar ideilor general acceptate despre evoluția și clasificarea reptilelor. Pe baza trăsăturilor anatomice ale broaștelor țestoase, a fost în mod tradițional considerat cel mai primitiv (bazal) dintre reptilele moderne. Cu toate acestea, o analiză comparativă ADN efectuată de mai mulți cercetători, în repetate rânduri cu incapatanare subliniat proximitatea turturicii la archosauri (grupul care include crocodili, dinozauri și păsări) și o poziție solzoasă mai bazale (șopârle și șerpi). Structura inimii confirmă această nouă schemă evolutivă (a se vedea figura).
Autorii studiat expresia mai multor genuri de reglementare in inima in curs de dezvoltare a unei broaste testoase si soparla, inclusiv gena Tbx5. La păsări și mamifere, deja în stadii foarte timpurii de embriogeneză, se formează un gradient puternic de exprimare a acestei gene în maduva ventriculară (expresia scade rapid de la stânga la dreapta). Sa constatat că în stadiile incipiente ale șopârlă și țestoasă, gena Tbx5 este exprimată în același mod ca și în broască, adică uniformă pe toată durata ventriculului viitor. Într-o șopârlă, această situație persistă până la sfârșitul embriogenezei, iar în stadiile târzii ale broaștei de broască țestoasă se formează un gradient de expresie - în esență același ca la pui, dar numai mai puțin pronunțat. Cu alte cuvinte, în partea dreaptă a ventriculului, activitatea genei scade treptat, în timp ce în partea stângă aceasta rămâne ridicată. Astfel, în conformitate cu modelul de expresie al genei Tbx5, țestoasa ocupă de asemenea o poziție intermediară între șopârlă și pui.
Se stie ca proteina codificata de gena Tbx5 este reglementata - reglementeaza activitatea multor alte gene. Pe baza datelor obținute, a fost natural să se presupună că dezvoltarea ventriculului și a septului interventricular au fost controlate de gena Tbx5. S-a arătat anterior că o scădere a activității Tbx5 la embrionii de șoarece duce la defecte în dezvoltarea ventriculilor. Aceasta, însă, nu a fost suficientă pentru a considera rolul "conducător" al Tbx5 în formarea unei inimi cu patru camere.
Pentru dovezi mai convingatoare, autorii au folosit cateva linii de soareci modificati genetic, in care, in timpul dezvoltarii embrionare, gena Tbx5 ar putea fi oprata in una sau alta parte a germenului inimii, la cererea experimenterului.
Sa dovedit că dacă opriți gena în întregul mugure ventricular, germenul nu începe nici măcar să se împartă în două jumătăți: un singur ventricul se dezvoltă din acesta fără urme de septum interventricular. Caracteristicile morfologice caracteristice prin care se poate distinge ventriculul drept de la stânga, indiferent de prezența unui sept, nu sunt, de asemenea, formate. Cu alte cuvinte, se obțin embrioni de șoarece cu inima cu trei camere! Astfel de embrioni mor în a 12-a zi de dezvoltare embrionară.
Următorul experiment a fost că gena Tbx5 a fost oprită numai în partea dreaptă a mucoasei ventriculare. Astfel, gradientul de concentrație al proteinei reglatoare codificat de această genă a fost brusc deplasat spre stânga. În principiu, era posibil să se aștepte ca într-o astfel de situație septul interventricular să înceapă să se formeze mai mult spre stânga decât ar trebui să fie. Dar acest lucru nu sa întâmplat: partiția nu a început să se formeze deloc, dar a existat o împărțire a rudimentului în părțile stângi și drepte, în funcție de alte trăsături morfologice. Aceasta înseamnă că gradientul exprimării Tbx5 nu este singurul factor care controlează dezvoltarea inimii cu patru camere.
Intr-un alt experiment, autorii au reusit sa se asigure ca gena Tbx5 a fost exprimata uniform in germenii ventriculelor embrionului mouse-ului, cam la fel ca intr-o broasca sau soparla. Aceasta a dus din nou la dezvoltarea embrionilor de șoarece cu o inimă cu trei camere.
Rezultatele arată că schimbările în gena Tbx5 de reglementare ar putea juca într-adevăr un rol important în evoluția inimii patru compartimente, iar aceste schimbări au avut loc în paralel și în mod independent, la mamifere și archosaurs (crocodili și păsări). Astfel, studiul a confirmat încă o dată că schimbările în activitatea genelor - regulatorii dezvoltării individuale joacă un rol-cheie în evoluția animalelor.
Desigur, ar fi mai interesant de a construi astfel de șopârle modificate genetic sau broaște țestoase care Tbx5 exprimate in ambele soareci si pui, care este, în partea stângă a ventriculului puternic, iar dreapta - un pic, și a vedea, nu le vei avea pe această inima mai mult ca o camera cu patru camere. Dar acest lucru nu este încă fezabil din punct de vedere tehnic: ingineria genetică a reptilelor nu a progresat până acum.
Cine are o inimă cu patru camere
În pește, inima are două camere, constă dintr-un atrium și un ventricul. Un cerc de circulație a sângelui: sânge venos din inimă se duce la gât, acolo devine arterial, merge la toate organele corpului, devine venoasă și se întoarce la inimă.
În amfibieni (broaște și broaște), inima are trei camere și constă dintr-un ventricul și două atriuri. Două cercuri de circulație a sângelui:
- Cercul mare: din sângele ventriculului amestecat se duce la toate organele corpului, devine venoasă, se întoarce la atriul drept.
- Circ mic: din ventricul, sângele amestecat se duce la plămâni, devine arterial, se întoarce la atriul stâng.
- Din sângele atrial intră în ventricul, se amestecă.
In reptile (șopârle, șerpi, broaște țestoase), sistemul circulator este aceeași ca și la amfibieni, numai în ventriculul pare sept incomplet care separa partial sange la plamani intra in sange mai dezoxigenat la creier - cel mai arterial, toate celelalte organe - mixte. Crocodilii au o inimă cu patru camere, amestecând sânge în artere.
La mamifere și la păsări, sistemul circulator este la fel ca la om.
teste
26-01. Inima cu patru camere
A) aligator
B) broaște țestoase
C) șerpi
D) șopârle
2.26. La animale, care grup sistematic are o inimă cu două camere?
A) insecte
B) Viermii plane
C) Amfibieni
D) Pești
3.26. Ce semn caracterizează sistemul circulator al peștilor?
A) inima este plină numai cu sânge venos
B) există două cercuri de circulație a sângelui.
C) inima cu trei camere
D) transformarea sângelui arterial în vene se produce în vasul sanguin vertebral
4.26. Formarea de amfibieni în procesul de evoluție a unei inimi cu trei camere a condus la faptul că celulele corpului lor au început să fie alimentate cu sânge.
A) venoasă
B) arterial
B) amestecat
D) bogat în oxigen
5.26. Apariția inimii cu trei camere în amfibieni a contribuit
A) coasta lor
B) respirația cutanată
B) măriți dimensiunea corpului
D) dezvoltarea larvelor lor în apă
26-06. Reprezintă reprezentanții care dintre clasele de chordate de mai sus au o singură circulație a sângelui?
A) păsări
B) pește
C) mamifere
D) reptile
7.26. În procesul de evoluție, apariția unui al doilea cerc al circulației sângelui la animale a dus la apariția
A) respirația ghilimelei
B) respirația pulmonară
B) respirația traheală
D) respirația în întregul corp
8.26. Sunt corecte judecățile despre sistemul circulator al peștilor?
1. Peștele are o inimă cu două inimi, conține sânge venos.
2. În crengile de pește, sângele venos este îmbogățit cu oxigen și transformat în sânge arterial.
A) numai 1 este adevărat
B) numai 2 este adevărat
C) ambele judecăți sunt adevărate
D) ambele judecăți sunt greșite
9.26. Sunt corecte judecățile despre sistemul circulator de amfibieni?
1. Inima amfibienilor este alcătuită din două camere.
2. Sângele venos din organe și țesuturi este colectat în vene și intră în atriul drept și apoi în ventricul.
A) numai 1 este adevărat
B) numai 2 este adevărat
C) ambele judecăți sunt adevărate
D) ambele judecăți sunt greșite
Ce animale au o inimă cu trei camere
Ca urmare a evoluției, toate organele ființelor vii au fost îmbunătățite, inclusiv sistemul circulator. Inima este organul principal al sistemului responsabil pentru fluxul sanguin prin vasele de sânge.
Cele mai simple creaturi și organisme nu au acest organ. Cea mai primitivă inimă apare în viermii de viermi de păr, care este reprezentat de un singur ventricul. Inima cu două camere se dezvoltă pentru prima dată în pește și lamelat-grefting.
Apariția unei inimi cu trei camere a fost facilitată de apariția creaturilor pe pământ. Ea are mult mai multe avantaje decât cele anterioare, dar încă nu este perfectă. Organul constă dintr-un ventricul și două atriuri. În plus, animalele cu inima cu trei inimi au 2 cercuri de circulație a sângelui.
Cine este proprietarul unei inimi cu trei camere?
- amfibieni sau amfibieni (broaște, broaște, broaște, salamande);
- reptile (șerpi, țestoase, șopârle, crocodili).
Ar trebui să luăm în considerare și structura inimii crocodilului. Septul ventriculului este gol și formează, prin urmare, o inimă cu patru camere. Dar, deoarece există o gaură în centrul partiției, inima crocodilului nu este o cameră cu patru camere, ca în păsări, mamifere și oameni.
Modul în care inima cu trei camere a devenit o cameră cu patru camere
Apariția vertebratelor pe uscat a fost asociată cu dezvoltarea respirației pulmonare, care a necesitat o restructurare radicală a sistemului circulator. În creierele de respirație pentru pești, un cerc de circulație a sângelui și, respectiv, inima, cu două camere (constă dintr-un atrium și un ventricul). La vertebratele terestre există o inimă cu trei sau patru camere și două cercuri de circulație a sângelui. Unul dintre ei (mic) conduce sânge prin plămâni, unde este saturat cu oxigen. Apoi sângele revine la inimă și intră în atriul stâng. Cercul mare direcționează sânge bogat în oxigen (arterial) la toate celelalte organe, unde renunță la oxigen și se întoarce la inimă prin venele la atriul drept.
La animalele cu inima cu trei camere, sângele din ambele atriuri intră într-un singur ventricul, de unde apoi se deplasează la plămâni și la toate celelalte organe. În același timp, sângele arterial este amestecat cu sânge venos. La animalele cu inima cu patru camere, în cursul dezvoltării, un ventricul unic este divizat inițial printr-un septum în jumătăți stângi și drepte. Drept urmare, cele două cercuri de circulație a sângelui sunt complet separate: sângele sărac din oxigen intră din atriul drept în ventriculul drept și trece de acolo în plămâni, saturat cu oxigen din atriul stâng doar în ventriculul stâng și trece de acolo la toate celelalte organe.
Formarea inimii cu patru camere a fost o condiție necesară pentru dezvoltarea sângelui cald la mamifere și păsări. Țesuturile cu sânge foarte cald consumă mult oxigen, deci au nevoie de sânge arterial "pur", cel mai saturat cu oxigen. Un sânge arterial-venos mixt poate fi satisfăcut de vertebratele cu sânge rece, cu o inimă cu trei camere. O inimă cu trei camere este caracteristică amfibienilor și celor mai multe reptile, deși acestea din urmă au o separare parțială a ventriculului în două părți (septul intracom-ventricular incomplet se dezvoltă). Inima prezentă în patru camere se dezvoltă independent pe trei linii evolutive: în crocodili, păsări și mamifere. Acesta este un exemplu viu de evoluție paralelă.
Biologii din SUA, Canada și Japonia au reușit să descifreze parțial baza moleculară genetică a acestui eveniment major evolutiv (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Rolul cheie in aceasta a fost jucat de schimbari in gena Tbx5. Această gena, care codifică o proteină reglatoare, este exprimată diferit în inima în dezvoltare în amfibieni (broască Xenopus spur-like) și inimile cu sânge cald (pui și șoarece). În prima, este exprimată uniform pe întregul ventricul viitor, în cel de-al doilea, expresia sa este maximă în partea stângă a anagajului (în viitorul ventricul stâng) și minimă la dreapta. Și reptilele?
Sa constatat că în reptile - șopârle și țestoase - în stadii embrionare timpurii, gena Tbx5 este exprimată în același mod ca și într-o broască, adică uniformă pe tot parcursul ventriculului viitor. În șopârlă, totul rămâne până la sfârșitul dezvoltării. Ca o broască, șopârla nu formează nimic asemănător cu un sept (cel puțin parțial) între ventricule.
În ceea ce privește broasca țestoasă, atunci în fazele ei târzii se formează un gradient de expresie - la fel ca în pui, doar mai puțin pronunțat. Cu alte cuvinte, în partea dreaptă a ventriculului, activitatea genei scade treptat, în timp ce în partea stângă aceasta rămâne ridicată. Astfel, prin natura expresiei Tbx5, broasca țestoasă este intermediară între șopârlă și pui. Același lucru se poate spune despre structura inimii. Broasca testoasă formează o despărțire incompletă între ventricule, dar în etape mai târziu decât în carnea de pui. Inima broască țestoasă este intermediară între tipic trei camere (ca și în amfibieni și șopârle) și patru camere, ca și în crocodili și cu sânge cald.
Pentru a confirma rolul principal al genei Tbx5 în evoluția inimii, s-au efectuat experimente cu șoareci modificați. La acești șoareci, a fost posibil la cererea experimenterului să oprească gena Tbx5 în una sau alta parte a germenului inimii. Sa dovedit că dacă opriți gena în întregul mugure ventricular, germenul nu începe nici măcar să se împartă în două jumătăți: un singur ventricul se dezvoltă din acesta fără urme de sept. Obțineți embrioni de șoarece cu o inimă cu trei camere! Astfel de embrioni mor în a 12-a zi de dezvoltare embrionară.
Intr-un alt experiment, autorii au reusit sa se asigure ca gena Tbx5 este exprimata in mod uniform in germenii ventriculelor embrionului mouse-ului - la fel ca in broasca si soparla. Aceasta a dus din nou la dezvoltarea embrionilor de șoarece cu o inimă cu trei camere.
Desigur, ar fi chiar mai interesant să construim astfel de șopârle sau țestoase modificate genetic, în care Tbx5 s-ar exprima la șoareci și șoareci, adică puternic în partea stângă a ventriculului, slab în partea dreaptă și vezi din această inimă este mai mult ca o cameră cu patru camere. Dar acest lucru nu este încă posibil: ingineria genetică a reptilelor nu a progresat până acum.
Este clar că evoluția pentru a crea o sânge cald și tot ceea ce asigură această transformare (inima, sistemul circulator, integument, sistemul de excreție etc.) a folosit instrumente simple: cu cât sunt necesare mai puține setări, cu atât mai bine. Și dacă o inimă cu trei camere poate fi transformată într-o cameră cu patru camere într-un singur pas, atunci nu există nici un motiv să nu profiți de ea.
Duplicarea genelor
GENE MULTIFUNCTIONALE - BAZA INOVAȚIILOR DE EVOLUȚIE.
Ideea că duplicarea genei este cea mai importantă sursă de inovații evolutive a fost exprimată încă din anii 1930 de către un biolog remarcabil John Haldane (Haldane, 1933). Astăzi nu există nicio îndoială. Ideea este simplă. Apariția unei copii "extra" a unei gene în genomul deschide libertatea pentru experimentarea evoluționistă. Mutațiile care apar în una din cele două copii și slăbesc funcția inițială a genei nu vor fi eliminate prin selecție, deoarece există oa doua copie care rămâne aceeași funcționalitate. Selecția elimină numai acele mutații care reduc starea de sănătate a organismului și, pentru aceasta, este necesar ca ambele copii ale genei să fie stricate imediat. Prin urmare, unul dintre exemplare este probabil să rămână mai mult sau mai puțin neschimbat, în timp ce celălalt va începe să acumuleze liber mutații aleatorii. Cel mai probabil, această copie în schimbare va fi coruptă fără speranță sau complet pierdută. Cu toate acestea, există o șansă ca o anumită mutație să adauge o nouă proprietate utilă unei copii în schimbare. Este suficient ca această proprietate să fie exprimată inițial într-o măsură foarte mică. Selecția va "apuca" avantajul care a apărut și va începe să optimizeze gena pentru noua funcție.
Acest mod de evoluție a inovației se numește neofuncționalizare. Una dintre copiile genei dublate rămâne sub acțiunea selecției purificatoare, nu schimbă și nu păstrează funcția veche, în timp ce cealaltă copie dobândește una nouă. Desigur, în majoritatea cazurilor, noua funcție va fi legată de cea originală: va fi o anumită variație a temei vechi (amintiți-vă că am vorbit în capitolul 1 despre dificultatea tranziției de la o altitudine a peisajului de fitness la alta?)
Se întâmplă de multe ori că o proteină care este optimizată prin selecție pentru o singură funcție poate, de asemenea, să efectueze alte funcții care sunt secundare sau complet inutile corpului cu eficiență scăzută, pur și simplu ca efect secundar. De exemplu, majoritatea enzimelor specializate pentru lucrul cu un singur substrat pot lucra puțin cu alte molecule similare cu substratul principal. Se poate spune despre astfel de enzime că acestea sunt pre-adaptate la achiziționarea unei noi funcții. Dacă condițiile se schimbă în așa fel încât această funcție adițională să se dovedească utilă, proteina se poate specializa în aceasta - transformă hobby-ul într-un loc de muncă principal (Conant, Wolfe, 2008). Mai mult decât atât, va fi deosebit de ușor de făcut dacă gena proteinei se supune din neatenție unei suprapuneri. Într-adevăr, în acest caz, una dintre copii ale genei poate păstra vechea specializare, iar cealaltă poate fi optimizată pentru a efectua noua funcție. Aceasta se numește subfuncționare sau pur și simplu separarea funcțiilor.
Ei bine, dacă funcția principală a proteinei este încă utilă, funcția suplimentară ("hobby") este, de asemenea, utilă, iar separarea funcțiilor nu are loc deoarece gena nu este duplicată? În acest caz, selecția va optimiza proteina pentru a efectua simultan ambele funcții. Acesta este cel mai des întâlnit lucru: mai multe gene nu efectuează de fapt decât una, ci mai multe funcții utile în organism (pentru simplitate, vom vorbi despre caz când există două funcții). O astfel de genă se află într-o stare de conflict adaptiv. Dacă apare o mutație care îmbunătățește performanța uneia dintre funcții, aceasta va fi utilă numai dacă a doua funcție nu suferă de aceasta. Ca rezultat, echilibrul dintre cele două direcții de optimizare și structura sa reprezintă un compromis între cerințele de selecție conflictuale. Este clar că într-o astfel de situație nici una dintre cele două funcții nu poate fi adusă la perfecțiune. Pentru astfel de gene, duplicarea poate deveni o "eliberare mult așteptată" din conflictul intern. În cazul în care gena multifuncțională este în cele din urmă duplicat, copiile rezultate sunt susceptibile de a împărți funcțiile între ele și optimizate rapid în direcții diferite. Acesta este modelul de evitare a conflictului adaptiv.
Exemple clasice de apariție a unor gene noi prin duplicare
Cristalinurile sunt proteine ale cristalinului ochiului. Solubilitatea în apă, transparența și stabilitatea (termen lung de depozitare) - aproape singurele cerințe obligatorii pentru selecția proteinelor la cristalin. Probabil din acest motiv au fost formate în mod repetat diferite tipuri de cristaline din animale din cele mai diverse "materiale improvizate". De exemplu, cristalele delta ale păsărilor și reptilelor au apărut prin dublarea și subfuncționarea enzimei argininosuccinat-lyază, tau-cristalinelor din enolază, cristalinelor SIII din glutathion-S-transferaza, zeta-cristalin din oxidoreductaza chinonei. Unele cristaline și-au păstrat activitatea enzimatică: astfel de proteine pot funcționa ca cristaline în lentilă și în alte țesuturi ca enzime sau chaperone [70]. Astfel, epsilon-cristalin la păsări este simultan o enzimă lactat dehidrogenază (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Duplicațiile genetice și subfuncționalizarea le deseori le eliberează de o astfel de combinație. De exemplu, la oameni, alfa-B cristalin combină funcțiile cristaline și chaperone, în timp ce în zebra, gena corespunzătoare se duplică, cu o singură copie (alfa-B1) concentrată pe funcția optică în lentila cristalină, iar al doilea (alfa B2) asupra funcției chaperone în alte țesuturi (Smith și colab., 2006).
În special, cristalinurile se formează adesea din enzime de glicoliză - un proces biochimic în timpul căruia celulele stochează energie, împărțind glucoza fără a utiliza oxigen. De fapt, în dezvoltarea embrionară, lentila este formată din celule care nu sunt capabile de respirație cu oxigen: aceste celule pot extrage energia numai prin glicoliză. Prin urmare, ele sunt complet umplute cu enzime glicolitice. Dar selecția naturală este un mare oportunist și oportunist, creează adaptări nu din ceea ce este mai bun, ci din ceea ce este mai întâi.
În atragerea chaperonilor pentru rolul cristalinelor, logica este cam aceeași - oportunistă. Chaperonii sunt responsabili pentru stabilitatea structurii altor proteine și atenuează efectele factorilor de stres, fie că sunt mutații sau fluctuații de temperatură. Obiectivul este format într-un anumit sens în condiții "stresante" (fără respirație cu oxigen) și conținutul său trebuie să fie foarte rezistent la orice stres: lentila trebuie să-și păstreze proprietățile de transparență și refracție pe toată durata vieții organismului, în condiții de iluminare ridicată, din afară, fără vase de sânge, fără nervi. Prin urmare, prezența chaperonilor în lentila de formare este o adaptare destul de logică. Deoarece sunt deja acolo, ceea ce nu este important pentru evoluția noilor cristaline?
Proteine antigel de pește antarctic. Peștii nototeni sunt cei mai diverse și masivi grupuri de pești din mările antarctice reci. Succesul nototeniului este asociat cu prezența în sânge a unor proteine antifreeze uimitoare. Aceste proteine se alătură cristalelor de gheață și nu le permite să crească, ceea ce le permite să trăiască la temperaturi extrem de scăzute (apa de mare sărată înghețată la -1,9 ° C și sângele de pește de mare ordinar la -0,7... -0,1 ° C). Surprinzător, antigelul nototenyh derivat din proteine, a căror funcție nu are nimic de a face cu protecția împotriva înghețării. Strămoșul lor a fost tripsina, o enzimă a pancreasului care descompune proteinele din tractul digestiv. Toate genele anti-îngheț (sunt mai multe dintre acestea) sunt foarte asemănătoare și au apărut în mod clar prin duplicări succesive dintr-o singură genă ancestrală care, la rândul ei, a fost formată dintr-un duplicat al genei care codifică tripsinogenul (proteina din care se produce apoi enzima tripsină). Începutul și sfârșitul genelor anti-îngheț au rămas aceleași cu cele ale genei tripsinei, iar în mijloc a fost un fragment de nouă nucleotide (amplificat) din partea mijlocie a genei de tripsină care codifică trei aminoacizi: treonină-alanină-alanină. Acest motiv de aminoacizi repetitiv formează coloana vertebrală a moleculei antigel. Judecând după indicațiile ceasului molecular, duplicarea genei inițiale a tripsinei și apariția primului antigel apare cu 5-14 milioane de ani în urmă. Acest lucru coincide aproximativ cu timpul unei răciri puternice în Antarctica (10-14 Ma), precum și cu debutul radiației adaptive rapide a peștelui de nototenium (Chen și colab., 1997).
Un reprezentant al notificării, Dissostichus mawsoni, a detectat un intermediar proteic între tripsinogen și antigelul tipic: fragmente din tripsinogenul original au rămas în acesta, pierdute de antigelurile rămase. Această proteină este o formă reală "de tranziție".
Unele pești din Arctica, în cursul adaptării la viața din apa înghețată, au apărut și proteine antigel, dar altele. Codul antigel se aseamănă în structura sa antiinflamator de nototenivyh, dar nu are nimic în comun cu tripsinogenul. Originea antigelului de cod nu a fost încă clarificată, este clar că era o achiziție independentă. Alte pești arctici au propriul lor antigel, format din alte proteine - lectine și apolipoproteine (True, Carroll, 2002).
Apariția ribonucleazei specializate (o enzimă care descompune ARN-ul) la maimuțele care se hrănesc cu frunze. La maimuțele Kolobins - Lumea Veche, care se hrănesc cu alimente grele de digerat, sa dezvoltat o parte specială a stomacului, în care bacteriile simbiotice digestesc pulpa de animal necomestibilă [71]. Maimuța însăși se hrănește cu aceste bacterii, iar în ele, ca și în orice populație bacteriană în creștere rapidă, există o mulțime de ARN.
Pentru a digera ARN-ul bacterian, colobinii au nevoie de o enzima - RNaza, capabila sa lucreze intr-un mediu acid. Strămoșii de la kolobin nu aveau o astfel de enzimă. Dar ei, la fel ca toți maimuțele, au avut o altă RNază (RNază1), care lucra într-un mediu alcalin și capabilă să scindeze ARN dublu catenar. Acesta este unul dintre mecanismele de protecție antivirală, care nu au legătură cu digestia.
În legătură cu tranziția la nutriția bacteriilor simbiotice, Kolobin a dezvoltat o nouă RNază, RNase1B. Se produce în pancreas și intră în intestinul subțire. În intestinele colobinilor, spre deosebire de alte maimuțe, mediul este acid și nu este alcalin. Noua enzimă digeră perfect ARN-ul bacterian, dar nu este capabilă să neutralizeze ARN-ul viral dublu-catenar.
Gena Rnase1B a apărut ca urmare a duplicării genei originale RNase1. După duplicare, unul dintre copii a păstrat funcția veche, în timp ce cealaltă a dobândit una nouă. În același timp, prima copie a fost acționată printr-o selecție purificatoare, iar cea de-a doua a fost pozitivă, ceea ce a dus la consolidarea a nouă substituții semnificative. Experimentele au arătat că fiecare dintre aceste nouă substituții reduce eficiența efectuării funcției inițiale - divizarea ARN dublu catenar. În consecință, duplicarea a fost necesară pentru dezvoltarea unei noi funcții: dacă Kolobin nu avea o copie "de rezervă" a genei care a continuat să îndeplinească vechea funcție, selectarea cu greu ar fi capabilă să fixeze aceste nouă mutații (Zhang et al., 2002).
Proteine de lapte ale gândacului Diploptera punctata. Acești gandaci vivipari își hrănesc copiii cu proteine speciale care au apărut prin dublarea și nefuncționalizarea lipocalinului - proteine extracelulare responsabile pentru transportul moleculelor hidrofobe mici (lipide, steroizi, retinoizi etc.) (Williford et al., 2004). Aparent, din aceeași lipocalină ancestrală într-un alt gândac, Leucophaea maderae, există o proteină afrodiziacă, cu care bărbații atrag femele (Korchi et al., 1999).
Este posibil ca, în practică, să se distingă neofuncționalizarea de evitarea conflictului adaptiv? În teorie, nu ar trebui să fie atât de dificilă. În primul caz, o copie a genei este supusă selecției de purificare (negativă) și continuă să efectueze funcția inițială, iar a doua copie este supusă unei selecții pozitive. Am discutat cum să determinăm ce tip de selecție a acționat asupra genei în capitolul 2. În al doilea caz, ambele copii fac obiectul unei selecții pozitive, iar eficiența efectuării ambelor funcții crește.
Pentru a testa astfel de teorii în practică, biologii au învățat abia recent. De exemplu, în 2008, genetica de la Universitatea Duke (SUA) a aplicat aceste criterii la o genă de enzime duplicat în ipomoea, un gen de plante din familia convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzima se numește dihidroflavonol-4-reductază (DFR). Reface diverse flavonoide, transformându-le în pigmenți roșu, purpuriu și albastru de antocianină. Aceasta este funcția inițială a acestei enzime, pe care o realizează în aproape toate plantele cu flori. În plus, enzima catalizează alte reacții chimice, iar întreaga gamă a capacităților sale nu a fost încă stabilită.
În Ipomoea și în mai multe rude apropiate, gena DFR este prezentă sub forma a trei copii situate aproape una de cealaltă (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Alte gene convolvates au doar o copie. Toate convolvulaceae cu gena triplă DFR formează o clade, adică un grup care provine de la un strămoș comun și include toți descendenții săi. La etapele inițiale ale evoluției acestui grup, gena a suferit două duplicări tandem succesive. În primul rând, au apărut două copii, dintre care unul a devenit gena DFR-B, iar al doilea a fost duplicat din nou și transformat în DFR-A și DFR-C.
În ceea ce privește raportul substituțiilor sinonime și semnificative, autorii au descoperit că după prima duplicare, gena care mai târziu sa împărțit în DFR-A și DFR-C a fost sub influența selecției pozitive. A înregistrat rapid substituții semnificative, adică a avut loc o evoluție adaptivă. În ceea ce privește gena DRF-B, rata de fixare a substituțiilor semnificative în ea după duplicare pare să nu fi crescut. Acest lucru favorizează aparent neofunktsionalizatsii, t. E. spune că gena DRF-B păstrat funcția inițială și DFR-A și DFR-C achiziționat nou. Cu toate acestea, este încă foarte devreme să se tragă concluzii în această etapă, deoarece schimbări importante de adaptare se pot datora unui număr foarte mic de substituții semnificative. În principiu, chiar și o singură substituție de aminoacizi poate schimba proprietățile unei proteine.
Pentru a determina cu exactitate dacă evoluția adaptivă a genei DFR-B a avut loc după duplicare, a fost necesar să se investigheze experimental proprietățile proteinei codificate de aceasta. Acesta este exact ceea ce au făcut autorii. Ei au studiat activitatea catalitică a proteinelor DFR-A, DFR-B și DFR-C Ipomoea, precum și versiunea originală a proteinei DFR a altor condamnați. Toate proteinele au fost testate pentru capacitatea de a restabili cinci substraturi diferite (substanțe din grupul de flavonoide).
Sa dovedit că proteina Ipomoea DFR-B funcționează eficient cu toate cele cinci substraturi. Proteina inițială DFR se confruntă cu toate acestea mult mai rău. În cele din urmă, DFR-A și DFR-C nu prezintă deloc nicio activitate catalitică față de aceste cinci substraturi.
Astfel, proteina DFR-B după duplicare a devenit mai bine capabilă să facă față funcției principale - restaurarea flavonoidelor - decât înainte de duplicare. Și acest lucru este în ciuda faptului că, după duplicare, au existat puține înlocuiri semnificative. După cum sa dovedit, un singur înlocuitor într-o poziție cheie a crescut dramatic eficiența enzimei. Povestea sa dovedit destul de detectiv.
Majoritatea plantelor cu flori din poziția 133 din proteina DFR este asparagina aminoacidului (Asn133), care joacă un rol important în "stabilirea" substratului său de către enzimă. Proteinele DFR cu Asn133 generează eficient flavonoide. Totuși strămoșii Convolvulaceae (dintr-un strămoș comun și solanales Gentianaceae) atât de important a fost înlocuit cu asparagină la acid aspartic (Asp133). Acest lucru a dus la o deteriorare a funcției "flavonoide" a enzimei. De ce nu a fost selectată o mutație atât de dăunătoare? Evident, în acea perioadă, proteina DFR din această linie evolutivă (adică strămoșii de înflorire a semințelor și gențiană) a apărut o nouă funcție suplimentară. Selecția a început să optimizeze proteina în două direcții, iar înlocuirea asparaginei cu acid aspartic în poziția 133 a fost rezultatul unui compromis - un rezultat direct al unui conflict adaptiv. Care este această funcție suplimentară, din nefericire, nu a reușit să-și dea seama. Dar schimbarea a avut loc în zona proteinei, care este responsabilă pentru legarea substratului, ceea ce înseamnă că este vorba de lucrul cu unele substraturi noi.
De atunci, majoritatea soiurilor de floarea-soarelui și gențiană trebuiau să fie mulțumiți de varianta "compromisă" a proteinei DFR. Dar printre strămoșii Ipomoea, gena DFR sa dublat, există o ocazie unică de a scăpa de conflictul adaptiv și de a împărți funcțiile între proteine. Și strămoșii din Ipomoea nu au ratat această ocazie. După duplicare, proteina DFR-B a recuperat asparagina în poziția 133. Acest lucru a dus în mod dramatic la creșterea activității catalitice față de flavonoide. Eficiența enzimei a devenit din nou ridicată, ca și în strămoșii îndepărtați, în care enzima nu avea încă o funcție suplimentară. Și pentru aceasta, o singură substituție de aminoacizi a fost suficientă (de aceea analiza raportului substituțiilor semnificative și sinonime nu a evidențiat nici o urmă de selecție pozitivă în gena DFR-B).
Ce sa întâmplat cu genele DFR-A și DFR-C? Evident, ei au abandonat complet funcția veche (lucrand cu flavonoizi) și s-au dedicat punerii în aplicare a celei noi. Dacă înlocuirea asparaginei cu acidul aspartic a reprezentat o soluție de compromis, care într-un fel a combinat ambele funcții în aceeași proteină, se poate presupune că, în DFR-A și DFR-C, acidul aspartic este înlocuit cu altceva, dar nu cu asparagină. Asta sa întâmplat. Diferite tipuri de proteine Ipomoea DFR-O poziție ocupată de diferiți 133. aminoacizi și în proteina DFR-C este întotdeauna în valoare de izoleucină, care privează proteine capacitatea de a lucra cu flavonoide.
Deși în acest studiu a rămas o „gaură“ enervant - nu a fost posibil să afle ce este noile proteine caracteristica DRF - cu toate acestea, rezultatele arată că a avut loc exact o abatere de la un conflict de adaptare, nu neofunktsionalizatsiya. Gena DRF a devenit bifuncțională cu mult înainte de duplicare. Duplicarea a făcut posibilă împărțirea funcțiilor între copii, eliminarea conflictului adaptiv și optimizarea fiecărei gene pentru realizarea unei singure funcții.
La sfârșitul articolului, autorii fac o remarcă importantă. Aceștia subliniază faptul că, în caz de plecare din conflictul adaptiv, în comparație cu neofuncționalizarea, există o probabilitate mai mare de păstrare a copiilor "extra" ale genei după duplicare. La urma urmei, dacă o gena duplicată a efectuat două funcții chiar înainte de duplicare, atunci procesul de separare a funcțiilor poate fi inițiat de multe mutații diferite în oricare dintre cele două copii. Mutațiile aleatoare au mai multe șanse să sporească ușor una dintre funcțiile existente ale unei proteine decât să creeze una complet nouă.
Din aceste poziții este mai ușor de înțeles rezultatele altor studii, inclusiv date despre două duplicări genomice care au apărut la începutul evoluției vertebratelor.
Enciclopedia de confuzii medicale
Distrugerea concepțiilor greșite ale omului modern.
Inima
Unii oameni cred că dimensiunea inimii unei persoane poate fi determinată de mărimea pumnului său - spun ei, coincid. De fapt, inima este un pumn mult mai mare.
Dacă măsuram cu pumnii, atunci mărimea lui va fi de aproximativ două pumni și jumătate. Este nevoie de inima pentru o treime din piept.
informații
Pentru organismele mici, nu există nici o problemă cu furnizarea de nutrienți și cu îndepărtarea produselor metabolice din organism (rata de difuzare este suficientă). Cu toate acestea, pe măsură ce mărimea crește, este necesar să se asigure nevoile tot mai mari ale corpului în procesele de obținere a energiei și alimentelor și de eliminare a consumului. Ca urmare, organismele primitive au deja așa-numitele "inimi", care asigură funcțiile necesare. În plus, ca și în cazul tuturor organelor omoloage (similare), există o scădere a numărului de compartimente la două (la om, de exemplu, două pentru fiecare circulație).
Rezultatele paleontologice ne permit să spunem că chordatele primitive au deja un fel de inimă. Cu toate acestea, un corp întreg este notat la pești. Există o inimă cu două camere, apar aparate de supapă și un sac de inimă.
Amfibienii și reptilele au deja două cercuri de circulație sanguină, iar inima lor are trei camere (apare septul interatrial). Singura reptilă modernă care are una inferioară (septul interatrial nu separă complet atria), dar deja inima cu patru camere este un crocodil. Se crede că pentru prima dată inima cu patru camere a apărut în dinozauri și mamifere primitive. Ulterior, descendenții direcți ai dinozaurilor au moștenit această structură a inimii - păsărilor și descendenților mamiferelor primitive - acestea sunt mamifere moderne.
Inima tuturor chordatelor are în mod necesar o pungă de inimă (pericard), aparatul de supapă. Inimile moluștelor pot fi de asemenea supape, au un pericard, care, în gastropods, acoperă intestinul din spate. În insecte și în alte artropode, organele sistemului circulator sub formă de expansiuni peristaltice ale vaselor mari pot fi numite inimi. În chordate, inima este un organ nepăsător. În moluște și artropode, cantitatea poate varia. Conceptul de "inimă" nu se aplică la viermi etc.
Biologii au descoperit cum se formează defectele cardiace la oameni
Biologii au reușit să găsească o proteină cheie care transformă inima unui embrion dintr-o cameră cu trei camere într-o cameră cu patru camere. Potrivit oamenilor de știință, descoperirea lor va ajuta oamenii să prevină dezvoltarea multor anomalii ale inimii.
De ce are nevoie un om de o inima cu patru camere
Numai la păsări și mamifere, inclusiv la oameni, inima constă din patru camere - atriul stâng și drept, precum și două ventricule. O astfel de structură asigură separarea sângelui venos din sânge oxigenat și oxigen. Un flux, cu sânge venos, este trimis la plămâni, iar celălalt - cu aprovizionarea arterială a întregului corp. Din punct de vedere energetic, o astfel de circulație este la fel de avantajoasă. Prin urmare, potrivit oamenilor de știință, datorită inimii cu patru camere, animalele au învățat să mențină o temperatură constantă a corpului. Spre deosebire de sângele cald din sângele rece, de exemplu, amfibieni, inima are trei camere. Cu reptile, situația este mai complicată. Sunt un grup special. De fapt, ventriculele lor sunt separate de un sept, dar există o gaură în ea. Ca o inimă cu patru camere, dar nu destul. O parte lipsește: o partiție de film care să acopere deschiderea interventriculară și să creeze o izolare completă a ventriculelor stângi și drepte. O astfel de partiție de film a apărut mult mai târziu la păsări și mamifere.
Cum se formează partiția
Odata cu aparitia acestei partitii, un grup mare de oameni de stiinta americani, canadieni si japonezi, condusi de Dr. Benoit G. Bruneau de la Institutul Gladstone pentru Boli Cardiovasculare, au descoperit. Autorii au constatat că partiția începe să se formeze în cazul în care numărul de factorii de transcripție ADN-proteină și declanșarea transcripția genelor responsabile pentru sinteza cardiomiocitelor de legare Tbx5, distribuite neuniform în ambele ventricule. În cazul în care numărul de Tbx5 începe să scadă, iar partiția este formată.
Inima broască țestoasă și șopârlă
Dr. Bruno si colegii sai au studiat dezvoltarea inima in embrioni de glisoare roșii urecheat (Trachemus scripa elegans) și șopârle anoles Caroline (Anolis carolinensis). "A fost important să vedem cum se formează septul interventricular în embrionii acestei și alte specii. Într-o broască țestoasă, în care începe să se formeze o inimă cu patru camere și într-o șopârlă cu inima cu trei camere ", explică oamenii de știință.
Sa dovedit că proteina Tbx5 este distribuită inegal într-o broască țestoasă. Concentrația acestei proteine a scăzut, deși foarte treptat, de la stânga la partea dreaptă a ventriculului. Și în șopârle, conținutul de Tbx5 a fost, în general, același pe tot ventriculul, astfel încât nu era nevoie de apariția unui sept. Pe baza acestui fapt, am decis ca apariția septului interventricular este asociată cu diferite concentrații de Tbx5 ", spun oamenii de știință.
Șoareci cu broască țestoasă cu broască țestoasă
Experimentul a avut succes. A rămas doar să înțelegem dacă concentrația de Tbx5 este într-adevăr cauza, iar apariția unui sept este o consecință sau este o simplă coincidență. Dr. Bruno si colegii sai au modificat ADN-ul soarecilor astfel incat nivelul Tbx5 in ei a coincis cu nivelul de Tbx5 in broasca testoasa. Deci soarecii s-au nascut cu o inima de broasca testoasa cu trei camere - fara un film care sa acopere deschiderea interventriculara. Din păcate, toate șoarecii au murit aproape imediat după naștere. Dar, datorită acestei experiențe, oamenii de știință au reușit să înțeleagă că distribuția nivelului factorului de transcriere duce într-adevăr la formarea unui sept care acoperă deschiderea ventriculară.
Anomaliile cardiace pot fi tratate cu Tbx5
"Ce am putut descoperi este un pas important în înțelegerea evoluției inimii. Înțelegerea modului în care s-a format septul interventricular ne va permite să mergem și mai departe. Și pentru a afla cum apar defectele congenitale la om, de ce nu se formează septul interventricular în unele embrioni și cum poate fi influențat acest proces ", spun autorii.
Mai multe detalii despre munca oamenilor de stiinta pot fi gasite in ultimul numar al revistei Nature.