Палеогенетика - Paleogenetics

Палеогенетика изучение прошлого через изучение сохранившихся генетический материал из останков древних организмов.[1] Эмиль Цукеркандль и физик-химик Линус Карл Полинг ввел термин «палеогенетика» в 1963 году, имея в виду изучение возможных применений в реконструкции прошлого полипептид последовательности.[2] Первая последовательность древняя ДНК, выделенный из музейного образца вымершего квагга, была опубликована в 1984 году группой под руководством Аллан Уилсон.[3]

Палеогенетики не воссоздают настоящие организмы, а собирают воедино древние последовательности ДНК, используя различные аналитические методы.[4] Окаменелости - «единственные прямые свидетели вымерших видов и эволюционных событий»[5] а обнаружение ДНК в этих окаменелостях позволяет глубже изучить эти события.

Приложения

Эволюция

Подобные последовательности часто встречаются вдоль белок полипептид цепочки у разных видов. Это сходство напрямую связано с последовательностью ДНК (генетический материал организма). Из-за маловероятности того, что это случайный случай, и его постоянство слишком долгое, чтобы его можно было отнести к сходимости. естественный отбор эти сходства могут быть правдоподобно связаны с существованием общего предка с общими генами. Это позволяет сравнивать полипептидные последовательности между видами, а разницу между двумя генетическими последовательностями можно использовать для определения - с точностью до ошибки - времени, когда существовал общий предок.[2]

Эволюция человека

Используя бедренную кость Неандерталец женщина, 63% генома неандертальца было раскрыто и было расшифровано 3,7 миллиарда оснований ДНК.[6][7] Это показало, что Homo neanderthalensis был ближайшим живым родственником Homo sapiens, пока прежнее происхождение не исчезло 30 000 лет назад. Неандерталец геном Было показано, что они находятся в пределах диапазона вариаций анатомически современного человека, хотя и находятся на далекой периферии этого диапазона вариаций. Палеогенетический анализ также предполагает, что неандертальцы имели больше ДНК с шимпанзе, чем homo sapiens.[7] Также было обнаружено, что неандертальцы были менее генетически разнообразны, чем современные люди, что указывает на то, что Homo neanderthalensis выросли из группы, состоящей из относительно небольшого числа особей.[7] Последовательности ДНК предполагают, что Homo sapiens впервые появился между 130000 и 250 000 лет назад в Африка.[7]

Палеогенетика открывает много новых возможностей для изучения эволюции и распространения гоминидов. Анализируя геномы гоминид Остается, их родословная может быть прослежена до того места, где они произошли, или от того места, где у них есть общий предок. В Денисова гоминид, вид гоминидов, обитающих в Сибирь из которых удалось выделить ДНК, могут иметь признаки наличия генов, которые не обнаружены ни у неандертальцев, ни у Homo sapiens геном, возможно, представляющий новую линию или вид гоминида.[8]

Эволюция культуры

Изучение ДНК может дать представление об образе жизни людей прошлого. ДНК неандертальцев показывает, что они жили небольшими временными сообществами.[7] Анализ ДНК также может показать диетические ограничения и мутации, например тот факт, что Homo neanderthalensis был непереносимость лактозы.[7]

Археология

Древняя болезнь

Изучение ДНК умершего также позволяет нам взглянуть на историю болезни человека. Оглядываясь назад, мы можем узнать, когда определенные болезни впервые появились и начали поражать людей.

Эци

Самый старый случай Болезнь Лайма был обнаружен в геноме[требуется разъяснение ] на человека по имени Эци-ледяной человек.[9] Эци умер около 3300 г. до н.э., а его останки были обнаружены в Восточных Альпах в начале 1990-х годов.[9] Анализ его генов был проведен только 20 лет спустя. Генетические остатки бактерии, вызывающей болезнь Лайма, Borrelia burgdorferi, были обнаружены в генетическом материале от Эци.[9]

Приручение животных

С помощью палеогенетики можно исследовать не только людей прошлого, но и организмы, на которые они оказали влияние. Путем изучения расхождения, обнаруженного в одомашненный такие виды, как крупный рогатый скот и археологические находки от их диких собратьев; эффект одомашнивания можно изучить, что может многое рассказать нам о поведении культур, которые их одомашнили. Генетика этих животных также выявляет черты, не показанные в палеонтологических останках, такие как определенные подсказки относительно поведения, развития и созревания этих животных. Разнообразие генов также может сказать, где этот вид был одомашнен, и как эти домашние животные мигрировали из этих мест в другие места.[5]

Вызовы

Древние останки обычно содержат лишь небольшую часть оригинала. ДНК присутствуют в организме.[2][10] Это связано с деградация ДНК в мертвой ткани под действием биотических и абиотических факторов, как только восстанавливающие ферменты, присутствующие в живой ткани, перестают функционировать. Сохранение ДНК зависит от ряда характеристик окружающей среды, включая температуру, влажность, кислород и солнечный свет. Останки из регионов с высокой температурой и влажностью обычно содержат меньше неповрежденной ДНК, чем из вечная мерзлота или пещеры, где останки могут сохраняться в холодных условиях с низким содержанием кислорода в течение нескольких сотен тысяч лет.[11] Вдобавок ДНК деградирует намного быстрее после раскопок материалов, а недавно выкопанная кость имеет гораздо более высокие шансы содержать жизнеспособный генетический материал.[5] После земляные работы, кость также может быть загрязнена современной ДНК (например, от контакта с кожей или нестерилизованными инструментами), что может привести к ложноположительным результатам.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Беннер С.А., Сасси С.О., Гоше Е.А. (2007). «Молекулярная палеонаука: системная биология из прошлого». Белковая эволюция. Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 75. С. 1–132, xi. Дои:10.1002 / 9780471224464.ch1. ISBN  9780471224464. PMID  17124866.
  2. ^ а б c Полинг Л., Цукерканд Э, Хенриксен Т., Левстад Р. (1963). "Химическая палеогенетика: молекулярные" исследования восстановления "вымерших форм жизни". Acta Chemica Scandinavica. 17 (supl): 9–16. Дои:10.3891 / acta.chem.scand.17s-0009.
  3. ^ Хигучи Р., Боуман Б., Фрейбергер М., Райдер О.А., Уилсон А.С. (1984). «Последовательности ДНК квагги, вымершего члена семейства лошадиных». Природа. 312 (5991): 282–4. Дои:10.1038 / 312282a0. PMID  6504142. Сложить резюме – Научный журнал.
  4. ^ Гиббонс, А (декабрь 2010 г.). «Крошечные машины времени пересматривают древнюю жизнь». Наука. 330 (6011): 1616. Дои:10.1126 / science.330.6011.1616. PMID  21163988. Сложить резюме – SciTechStory.
  5. ^ а б c d Гейгл Э-М (2008). «Палеогенетика одомашнивания крупного рогатого скота: методологические проблемы изучения ископаемых костей, сохранившихся в центре одомашнивания в Юго-Западной Азии». Comptes Rendus Palevol. 7 (2–3): 99–112. Дои:10.1016 / j.crpv.2008.02.001.
  6. ^ Грин RE, Краузе Дж., Бриггс А.В., Маричич Т., Стензель У., Кирчер М., Паттерсон Н., Ли Х., Чжай В. и др. (Май 2010 г.). «Черновик последовательности генома неандертальца». Наука. 328 (5979): 710–22. Дои:10.1126 / science.1188021. ЧВК  5100745. PMID  20448178.
  7. ^ а б c d е ж Саи TH (2009). «История первая: команда расшифровывает ДНК неандертальца: черновик генома может раскрыть секреты эволюции человека». Новости науки. 175 (6): 5–7. Дои:10.1002 / scin.2009.5591750604.
  8. ^ Зорич З (2010). "Геном неандертальца расшифрован". Археология. Археологический институт Америки. 63 (4).
  9. ^ а б c Keller A, Graefen A, Ball M, Matzas M, Boisguerin V, Maixner F, Leidinger P, Backes C, Khairat R, et al. (2012). «Новые сведения о происхождении и фенотипе тирольского ледяного человека на основе полногеномного секвенирования». Nature Communications. 3 (2): 698. Дои:10.1038 / ncomms1701. PMID  22426219. Сложить резюме – DiscoveryNews.
  10. ^ Каплан, Мэтт. Период полураспада ДНК составляет 521 год. Новости природы, 10 октября 2012 г.
  11. ^ Викман, Форрест. Каков срок хранения ДНК? Шифер, 5 февраля 2013 г.