Náttúrufræðingurinn

Volume

Náttúrufræðingurinn - 2014, Page 58

Náttúrufræðingurinn - 2014, Page 58
Náttúrufræðingurinn 58 hluti frumanna kemur til með að mynda fóstrið sjálft, hinar mynda legköku, naflastreng og líknarbelg. Frumurnar í miðju kímblöðrunnar eru kallaðar fósturstofnfrumur sem eru nýttar þegar mýs eru klónaðar. Þessar frumur eru færar um að mynda alla vefi fóstursins. Þær eru því ekki niðurnjörvaðar eins og frumur ormsins, þar sem hver fruma hefur sín örlög. Stök fósturstofn- fruma úr mús nægir til að mynda heilan einstakling, en reglan er sú að fóstrin myndast úr frumuklasa. Snemmþroskun spendýra gerist í frumuhrúgu í miðri kímblöðrunni. Í kjölfar innhvelfingar fruma á yfirborði frumuhrúgunnar byrjar boltinn að rúlla. Það ræðst af stöðu fruma í klasanum, hvað þær og afkomendur þeirra gera að endingu í þroskun og fóstrinu. Þegar frumur hafa lagt á eina þroskabraut, skipta þær trauðla um farveg. Samt geta einstaka frumur skipt um þroskabraut, afsérhæfst svo að segja, ef þær lenda í viðeigandi umhverfi. Það var t.a.m. leiðin sem júgurfruman fór sem gat af sér kindina Dolly.21,22 Frumulíffræðingar hafa sýnt að með ákveðnum boð- þáttum eða með því að ræsa tiltekin stjórngen má afsérhæfa frumur og búa til úr þeim all máttugar fóstur- frumur. Spurning er hvort endur- myndun útlima salamandra byggir á sömu grundvallaratriðum. Geta sérhæfðar frumur afsérhæfist eða byggir endurmyndun á stofn- frumum sem salamöndrurnar búa að? Þróun leiðir stundum til breytinga á örlögum frumna, á hlutföllum frumugerða eða ferlum sérhæfingar. Samanburður á hópum lífvera sýnir að tilteknar frumugerðir ein- kenna heilar ættir eða fylkingar. Sumar frumugerðir eru bundnar við ákveðna dýrahópa eða plöntu- hópa. Spendýr hafa sérhæfðar mjólkurkirtlafrumur sem ekki finn- ast í öðrum dýrum. Meðal sæhesta og ættingja þeirra þróuðust hins vegar nýjar frumugerðir sem gera körlunum kleift að gefa ungviðinu næringu – hafa þá á fiskispena. Karl- arnir framleiða sæði og kvendýrin egg, sem eftir frjóvgun eru geymd í kviði karls (5. mynd). Nýjungar í þróun geta því orðið vegna nýrra frumugerða, eða vegna þess að eldri frumugerðir öðluðust ný hlutverk. Varðveisla þroskunar vitnar um þróun Darwin prófaði tilgátu sína um nátt- úrulegt val og þróunartréð með þroskunarfræðilegum gögnum, lýsingum á þroskun, samanburðum á lirfustigum og fullorðnum líf- verum.7,8,9 Ályktun hans var sú að sameiginleg mynstur í þroskun dýra, væri í samræmi við skipan lífvera í hópa eftir þróunarlegum skyld- leika. Samtímamaður Darwins, Karl Ernst von Baer, bar saman þroskun nokkura hryggdýra og staðfesti skyldleika þeirra. Þótt fullorðin dýr séu ákaflega fjölbreytt í útliti eru fóstur þeirra mjög áþekk, sér- staklega snemma í þroskaferlinu. Tvær megin ályktanir má draga af niðurstöðum von Baers. Í fyrsta lagi staðfestir einsleitni fóstranna að hryggdýr eru þróunarlega skyld. Í öðru lagi benda gögnin til þess að fjölbreytileikinn í formi dýranna sé aðallega tilkominn vegna breytinga í síðþroskun, á meðan snemm- þroskunin sé að mestu varðveitt. Uppsafnaðar breytingar á síðari stigum þroskunar leiða til lífvera sem eru ólíkar útlits (forvitnilegar undantekingar á reglunni eru efni í aðra grein). Varðveisla þroskunarferla hefur verið staðfest í öllum hópum dýra. Hún sést til dæmis á því að fóstur spendýra eru með tálknbogavísa á vissu stigi þroskunar. Í fiskum mynda slíkir beinabogar tálkn, en í okkur rýrna þeir og umbreytast, en stjórna samt ferðum tauga í andliti og beinmyndandi fruma. Neil Shubin ræðir djúpa varðveislu þroskunar í bókinni Fiskurinn í okkur, þar sem hann ræðir þróunarlegan skyldleika manna við froskdýr, hryggdýr og skordýr.23 Það er fleira en bein og vefir sem sýna skyldleikann. Erfða- fræðingar fundu gen nauðsynleg fyrir þroskun flugna, og hliðstæður þeirra má finna í flestum dýrum. Genið tinman er t.a.m. nauðsynlegt fyrir myndun hjartans í flugum, og samsvarandi gen í músum tekur líka þátt í hjartaþroskun. Dæmin um slíka varðveislu skipta hundruðum, og finnast í öllum hópum dýra- ríkisins, í plönturíkinu og jafnvel geta gen úr bakteríu starfað sem þroskunargen í ávaxtaflugum. Einna athyglisverðust þroskunar- gena eru hox-genin,18,24 sem skil- greina einkenni liða bæði í hrygg- dýrum og liðdýrum. Stökkbreytingar í þeim valda umbreytingum á liðum. Galli í Ultrabithorax-geninu breytir jafnvægiskólfum ávaxtaflugunnar í vængi, og tvívængju þannig í fjórvængju. Það er sérstaklega for- vitnilegt vegna þess að frumstæðar flugur voru einmitt fjórvængjur, áþekkar drekaflugum nútímans. Hox-genin eru fjölskylda skyldra gena sem öll skrá fyrir stjórn- prótínum sem bindast DNA og stýra tjáningu annarra gena. Hox- genafjölskyldan myndar genagengi, þ.e. sitja öll saman á litningum, og finnast Hox-genaklasar í öllum hópum dýra (6. mynd). Munurinn milli tegunda og hópa liggur í fjölda gena í klasanum, en einnig er fjöldi eintaka af klasanum sjálfum breyti- legur í dýraríkinu. Ávaxtaflugur og aðrir hryggleysingjar eru með einn hox-genaklasa en flest hryggdýr eru með fjögur eintök. Einnig er sérstæð samsvörun í virkni hox-gena ólíkra lífvera. Hox-genið Deformed er tjáð fremst í fóstri flugunnar og veldur galli í því umbreytingu á höfði hennar. Samsvarandi gen í mús er einnig tjáð á höfuðsvæði. Það sýnir okkur að þessi stjórnprótín hafa mjög sambærilega virkni í ólíkum 5. mynd. Óléttir sæhestakarlar. – Pregnant seahorse males. Ljósm./Photo: Wikimedia commons.

x

Náttúrufræðingurinn

Direct Links

If you want to link to this newspaper/magazine, please use these links:

Link to this newspaper/magazine: Náttúrufræðingurinn
https://timarit.is/publication/337

Link to this issue:

Link to this page:

Link to this article:

Please do not link directly to images or PDFs on Timarit.is as such URLs may change without warning. Please use the URLs provided above for linking to the website.