Náttúrufræðingurinn - 2014, Page 57

57
Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags
á þeirri einföldustu. Boðefni, oft
kölluð formvakar eða frumuvakar,
eru litlar sameindir sem ákveðnar
frumur framleiða og dæla út í um-
hverfi sitt. Boðefnin eru flest skamm-
dræg, og eru numin af nærliggjandi
frumum sem bera sértæka viðtaka
(oftast á ytra byrði sínu). Lykill-
inn er að einungis þær nágranna-
frumur sem bera viðtaka fyrir þetta
tiltekna boðefni geta skynjað það og
brugðist við. Aðrar frumur sem ekki
eru með viðtakann eru ónæmar fyrir
þessu tiltekna boðefni. Þegar frumur
komast á tiltekið þroskastig, kveikja
þær oft á ákveðnum genum og fram-
leiða viss boðefni. Aðrar frumur í
umhverfinu skynja þetta boðefni,
og fá þannig upplýsingar um
þroskabraut sína og annarra fruma
í nágrenninu. Við skynjun boða
verða breytingar í þeim frumum
og svo koll af kolli. Atburðarás
sem þessi er mjög algeng í þroskun.
Þetta er í grunninn einfalt en stað-
reyndin er sú að lífverur nýta sér
hundruðir mismunandi boðefna og
viðtaka. Á hverri mínútu þroskunar
ganga hundruðir boða frumna og
vefja á milli, hér og þar um fóstrið.
Þannig tala frumurnar saman í
þroskun lífvera, hvort sem um er að
ræða snemmþroskun ormsins eða
myndun hjarta mannsins.
Sameindirnar sem stjórna þessum
samskiptum, prótínboðefni og við-
takar þeirra, eru margar af sama
þróunarlega meiði. Til að mynda
urðu EGF (e. epidermal growth fac-
tor) boðsameindir og viðtakar
þeirra til snemma í þróun fjölfrum-
adýra. Þessi prótín eru notuð við
myndun augna, vængja og eggja
ávaxtaflugunnar, gotraufar ormsins,
þroskun ónæmiskerfis, nýrna og
blóðflaga mannsins svo örfá dæmi
séu tekin. Sömu kerfin eru notuð
í ólíkum lífverum og margoft við
þroskun hvers einstaklings.
Rannsóknir sýna að þróun hefur
notað þroskunargenin sem nokkurs-
konar verkfærasett.18 Hún getur
nýtt sér margskonar breytileika í
genatjáningu. 1) Ef gen er tjáð meira
eða minna, kann það að breyta
þroskun og þar með byggingu líf-
verunnar. 2) Ef gen er tjáð fyrr eða
síðar í þroskun, getur það einnig
breytt þroskaferlum og þar með
svipfarinu. 3) Einnig er mögulegt
að genið sé tjáð á nýjum stað (eða
á breiðara svæði) og þannig leitt til
frábrugðinna eiginleika sem gagnast
lífverunni. Könnum seinasta mögu-
leikann aðeins betur. Þróunarlegar
breytingar geta orðið þegar gömul
gen öðlast ný hlutverk, t.d. þegar
kirtill þroskast undir húðinni sem
getur seytt næringarríkum vökva til
afkvæmis sem liggur utan á móður.
Samanburður á lífverum hefur sýnt
að nýir eiginleikar verða margoft
til þegar eldri einingum er raðað
saman á nýjan hátt.14 Þróun nýtir sér
genin dálítið eins og óviti legókubba.
Ef stökkbreyting leiðir til þess að
kveikt er á geni á nýjum tíma, og ef
þessi nýja tjáning gensins nýtist líf-
verunni, þá eykst tíðni þeirrar stökk-
breytingar og eiginleikinn festist í
sessi. Það er kappnógur breytileiki
í tjáningu gena, og náttúrlegt val
grípur stökkbreytingar og tilbrigði
sem auka hæfni lífvera.
Örlagakort frumna
og vefja
Eins og við sáum í dæminu um
orminn, taka frumur og frumuhópar
ákvarðanir og fara inn á ákveðnar
þroskabrautir. Með því að kortleggja
slíkar þroskabrautir er hægt að teikna
svokölluð örlagakort, t.d. hvaða
frumur verða að starfandi taugum
eða húð. Slík örlagakort eru þekkt
úr mörgum lífverum, í spendýrum
eru þekktar tvær megin gerðir
stofnfruma í ættartré blóðsins, sem
gefa af sér rauðar blóðfrumur og
blóðflögur eða átfrumur og korn-
frumur. Ormurinn er einnig dæmi
um annan mikilvægan eiginleika
þroskunar. Þroskun er í sumum
tilfellum mjög ákvörðuð. Fruma
P1 mun geta af sér frumurnar P2
og EMS (4. mynd). P2 gefur af sér
P3, sem er stofnfruma kynfrum-
anna og C sem myndar vöðva og
munnparta. Ormurinn nýttist fyrst
í rannsóknum á örlögum fruma, en
hann sýnir líka hvernig örlagakortin
geta þróast. Samanburður á ólíkum
tegundum orma sýna að örlaga-
kortin eru mismunandi.19 Innan
sumra stofna er einnig breyti-
leiki í örlagakortum, sérstaklega í
síðustu frumuskiptingunum. Þarna
sjáum við dæmi um þróunarmun á
milli tegunda og breytileika innan
tegundar. Jafnvel ormurinn, kennslu-
bókardæmi um skilvirkni þroskunar,
lýtur lögmálum þróunar.
Hryggdýr þroskast með allt
öðru lagi en ormar. Hjá músum
og mönnum er kímblaðra á 7. degi
þroskunar um 120 frumur, og
inni í henni að meðaltali 45 jafn-
gildar fósturstofnfrumur.20 Aðeins
4. mynd. Þráðormurinn Caenorhabditis elegans (t.v.), mynd af vefnum Wikimedia
commons. Fyrstu skiptingar og örlagakort frumna í þráðorminum C. elegans (t.h.).
(Teiknað upp úr Gilbert útg. 9 2010).24 – Picture of C. elegans (left) from Wikimedia
commons. First divisions and fate map in Caenorhabditis elegans (right), redrawn
from Gilbert 2010.
$% DO0XQQSDUWDUK~èRJWDXJDU
$% D
$% DU0XQQSDUWDUK~èWDXJDU
$%
$% SO+~èRJWDXJDU
$% S
$% SU+~èRJWDXJDU
2NIUXPD
( 0HOWLQJDUYHJXU
(06
06 0XQQSDUWDURJY|èYDU
 & 9|èYDURJK~è
3
3 9|èYDURJNtPOtQDN\QIUXPXU