Auf dem Foto: Forscher mit einem Neandertaler-Schädel
Wie Sie wissen, betrachten Genetiker bis zu 95% der gesamten menschlichen DNA als Müll, dh sie enthalten keine nützlichen Informationen. Wissenschaftler haben lange Zeit nicht beleuchtet, warum die Natur einen so großen Ballast geschaffen hat. Es ist erst kürzlich klar geworden, dass Forscher sich beeilen, Junk-DNA zu verwerfen.
"Black Box" aus der Vergangenheit
Stellen wir uns unsere DNA als ein zeitfettes, großes und pralles Magazin vor. Die Natur hat es seit jeher angeführt, auf den Seiten gibt es eine Vielzahl von Notizen, Bearbeitungen. Jedes Tier in der Kette der Evolution war auf diesen Seiten von der Natur geprägt, dann immer wieder und so weiter, bis schließlich ein epochaler Moment auftauchte, in dem schließlich ein Mann auftauchte, der sagen konnte: " Cogito, ergo sum " ("Ich denke, deshalb existiere ich").). Auf den Seiten der "Zeitschrift" gibt es viele Zeichnungen, Kommentare und sogar Cartoons des Autors: Dinosaurier werden gezeichnet, Skizzen von Schwimmhäuten, zottelige Pfoten, lange Schnurrbärte, scharfe Ohren und flauschige Schwänze …: "Es gibt keine anderen, aber diese sind weit weg."
Dies ist im übertragenen Sinne unsere Junk-DNA. Es enthält Fragmente von Genen und ganzen Genen, einige obskure Ergänzungen zu etwas, das es schon lange nicht mehr gibt. Die Natur sagt uns sozusagen, dass wir Nachkommen von Kreaturen sind, die im Abgrund der Zeit längst verschwunden sind.
Ein signifikanter Teil der menschlichen DNA, die Arbeitsgene enthält, nimmt nur 4-5% ein, dh ein mikroskopisches Volumen der Gesamtzahl der "Journaleinträge". Dies führt dazu, dass eine sehr kleine Änderung der funktionierenden DNA ausreicht, um eines der Gene zu mutieren oder zu beschädigen. Es kommt häufig vor, dass Erbkrankheiten dadurch entstehen, dass der Eintrag in einen wesentlichen Teil der DNA fehlerhaft erfolgt. In diesem Fall kann, wenn Sie sich an unseren Vergleich mit dem Magazin erinnern, sogar ein falsches Komma ausreichen.
Zum Beispiel tritt aufgrund einer Mutation in der DNA das „Glass Man“-Syndrom auf, bei dem Kollagen falsch synthetisiert wird und die Knochen eines Kindes so zerbrechlich sind, dass sie beim geringsten Aufprall brechen. In der Natur gibt es aber auch positive, evolutionär glückliche Varianten des Genabbaus. Mit solchen Mutationen können sich Proteine in Genen auf grundlegend neue Weise entlang einer Kette zusammensetzen, was dem Körper neue Funktionen verleihen kann und oft den Verlust atavistischer, dh alter Merkmale impliziert. Eines der auffälligsten Beispiele hierfür ist die Entstehung von Sprache beim Menschen, die vor etwa 200.000 Jahren durch Mutationen mit dem FOXP2-Gen verursacht wurde.
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Werde den Müll aus der Theorie los
Junk-DNA ist nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Tieren vorhanden und fehlt nur bei den einfachsten Viren. Nach einer Reihe von Studien stellte sich heraus, dass einige Teile der Junk-DNA bei vielen Arten von Lebewesen, die im Verlauf der Evolution weit voneinander entfernt sind, auffallend ähnlich sind. Insbesondere der Wissenschaftler David Kingsley und eine Gruppe von Kollegen aus Stanford stellten nach ihren Experimenten fest, dass es mehr als 500 DNA-Stücke gibt, die bei den untersuchten Tieren identisch sind, beim Menschen jedoch fehlen. Die Studie verglich auch die menschliche DNA mit der DNA unserer "nahen Verwandten" - Schimpansen, mit denen die Gene zu 96 Prozent übereinstimmen. Das Ergebnis war unerwartet - die Unterschiede zwischen Menschen und Schimpansen und vielen anderen Säugetieren bestehen größtenteils nicht in genetischen Akquisitionen, dh nicht in Gegenwart neuer Gene, die in ihm aufgetreten sind.und bei genetischen Verlusten - das Fehlen einiger Fragmente in den DNA-Ketten. Überraschenderweise ist es wahr: Uns fehlen diese fehlenden Fragmente in nicht-kodierender, dh Junk-DNA. Dementsprechend bietet sich die Schlussfolgerung an, dass es nicht so Müll ist …
Geben wir ein Beispiel: Der fehlende Teil in der menschlichen DNA fällt auf eines der Fragmente des Genoms, die mit der Produktion des Androgenrezeptors AR verbunden sind, der auf männliche Hormone reagiert - Testosteron und Dihydrotestosteron. Es besteht die Annahme, dass der Verlust dieses speziellen Fragments beim Menschen zum Verschwinden von Merkmalen führte, die Schimpansen und anderen Säugetieren eigen sind, nämlich: hartempfindliche Vibrissenhaare (z. B. Schnurrhaare bei Katzen) sowie Keratinstacheln am Penis. Viele Säugetiere haben diese Besonderheiten, von Mäusen bis zu Affen.
Das zweite DNA-Stück, das vom Menschen verschwunden ist, befindet sich in der Nähe des GADD45G-Gens. Dieses Gen ist für das Zellwachstum verantwortlich und seine Abwesenheit führt zu schädlichen Folgen für den Körper - unkontrolliertes Zellwachstum, das zum Auftreten und Wachstum von Krebstumoren führt. Das Fehlen von DNA-Fragmenten neben diesem Gen trug jedoch zur Vergrößerung einiger Bereiche des menschlichen Gehirns bei. In Embryonen von Mäusen und Schimpansen, denen ein solches Fragment künstlich entzogen wurde, begannen die visuellen Zonen des Gehirns und einer Reihe anderer Hirnregionen zuzunehmen.
So wird Junk-DNA vielleicht zu Unrecht als eine Sammlung alter und bedeutungsloser "Aufzeichnungen" angesehen, die von unseren entfernten Vorfahren geerbt wurden. Es spielt keine direkte Rolle bei der Übertragung genetischer Informationen, verhält sich wie ein "grauer Kardinal", dh es kontrolliert die umgebenden Gene und "ersetzt sich selbst unter den Schicksalsschlägen" und übernimmt die Angriffe von Viren und Mutationen.
John Matticks Entdeckung
Die Suche nach einer schwarzen Katze in einem dunklen Raum, insbesondere wenn die Dunkelheit bis zu 95 Prozent ihres Volumens ausmacht, ist eine undankbare Aufgabe. Die Umstände können sich jedoch dramatisch ändern, wenn Sie es plötzlich schaffen, einen dunklen Raum auch bei sehr schwachem Licht zu beleuchten.
Der australische Wissenschaftler John Mattick konnte etwas Licht in die Dunkelkammer der Junk-DNA bringen. Das Licht ist noch nicht zu hell, Schatten sind an den Wänden sichtbar, Objekte in der Dämmerung nehmen verzerrte Formen an, aber sein Verdienst ist offensichtlich: Er konnte eine offizielle Überarbeitung der Idee der Wissenschaftler von Junk-DNA als Sammlung von Ballast erreichen, die wir aus der Antike geerbt haben. Und dafür wurde der erste australische Wissenschaftler mit dem Chen Award for Excellence in Genetic and Genomic Research ausgezeichnet.
"Die Ideen, die ich vor 10 Jahren hatte, waren ziemlich radikal, aber ich dachte immer, ich hätte Recht", sagte Mattik, der kürzlich Garvans neuer CEO wurde. Er erklärt: „Als James Watson und Francis Crick vor etwa 50 Jahren entdeckten, dass DNA aus einer Doppelhelix besteht, glaubten Wissenschaftler, dass die meisten Gene schriftliche Anweisungen für Proteine sind, die Bausteine aller Körperprozesse. Diese Annahme galt für Bakterien, aber nicht für so komplexe Organismen wie für Menschen."
Der Wissenschaftler fand heraus, dass unter anderem Teile der Junk-DNA für die Produktion von RNA-Ribonukleinsäure verantwortlich sind. Und die RNA selbst, die zuvor als vollständig nicht kodierend, dh nicht funktionierend angesehen wurde, ist ein ganzes Netzwerk, das die Arbeit des Körpers steuert.
"Eine offensichtliche und sehr aufregende Möglichkeit besteht darin, dass es eine weitere Informationsschicht gibt, die vom Genom ausgedrückt wird - nichtkodierende RNA bildet ein massives und zuvor nicht erkanntes regulatorisches Netzwerk, das die menschliche Entwicklung vorantreibt", schloss Mattik.
RNA ist eine ziemlich merkwürdige Sache. Wie DNA kann es Informationen über biologische Prozesse speichern. RNA kann auch als Genom von Viren und virusähnlichen Partikeln verwendet werden. Beispielsweise enthält das Influenzavirus in allen Stadien ein Genom, das ausschließlich aus RNA besteht. Darüber hinaus wird RNA als eine Art „Vorfahr“der DNA angesehen, die längst alle Kontrollfunktionen auf ihren jungen und erfolgreicheren „Erben“übertragen hat. Und jetzt stellte sich heraus, dass die RNA noch nicht alle Kontrolle über unseren Körper verloren hat! Insbesondere gehen viele Wissenschaftler jetzt davon aus, dass RNA für den Menschen für die Plastizität und das Lernen des Gehirns notwendig ist. Es wird angenommen, dass weitere Forschungen zu RNA zum Verständnis der Entwicklungsmechanismen einiger Krankheiten beitragen werden.
Kurz gesagt, die Genetik nähert sich der Überarbeitung einiger ihrer Grundlagen, und es gibt immer weniger dunkle Flecken in der Junk-DNA-Theorie.
