معلومة

أصل خلايانا مشترك لأول خلية وحيدة الخلية

أصل خلايانا مشترك لأول خلية وحيدة الخلية



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إذا بدأنا الفصل من الحياة بتكرار منخفض من الحمض النووي الريبي (RNA) ذاتي التكاثر ، مكونين نسخًا متطابقة تمامًا من نفسها ، والتي تطورت لاحقًا لتشكل أول خلايا أساسية بدائية تتكاثر بشكل أكبر ، وشكلت خلايا ابنة متطابقة وما إلى ذلك ... إلى جانب الطفرة والعوامل الأخرى التي قد يؤثر على التعبير الجيني ، فلا يزال يتعين اشتقاق جينومنا من أول خيط من الحمض النووي الريبي.

فهل من المبالغة القول إن خلايانا في أجسامنا هي الخلايا البدائية نفسها ، حيث يحدث التكاثر إما عن طريق الانقسام والانقسام الاختزالي (الذي يحافظ على سلامة جينوم الخلية الأول إلى جانب عوامل مثل الطفرة ، وما إلى ذلك)؟


ما يبدو أنك تكافح معه هنا هو عدم وجود تعريفات واضحة.

نعم ، تعني وحدة الآليات الخلوية الأساسية وجود خط غير منقطع من الانحدار إلى أصول الحياة. لكن هذا لا يعني بأي حال من الأحوال أن الخلايا هي نفسها في الواقع. أعتقد أنك ستجد أنه من المفيد التعرف على لغز سفينة ثيسيوس ، وهو جوهر القضية التي تتعامل معها. باختصار ، بمجرد حدوث التغييرات (على سبيل المثال ، الطفرة ، كما لاحظت) ، من الممكن أن يكون لديك كل من الاستمرارية وعنصر مختلف جوهريًا.

علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة أيضًا إلى أننا في كل خطوة لا نتعامل مع الأفراد ، بل مع المجموعات السكانية ، ومن المحتمل أن نعود إلى غموض التولد التلقائي (عندما يكون السكان عبارة عن مواد كيميائية وخلايا أولية مختلفة من نوع ما) ، ويتم تعديل الجينومات أيضًا في مجموعة متنوعة من الطرق الأكثر وحشية ، على سبيل المثال ، جميع الأشكال المختلفة لنقل الجينات الأفقي.


أصل مشترك لعوامل النسخ المتجانسة من حكاية TALE عبر Metazoa و Archaeplastida

تتطلب تعدد الخلايا المعقدة آليات تنموية متقنة ، تعتمد غالبًا على تنوع تفاعلات عامل النسخ غير المتجانسة (TF). يتم تضمين TFs Homeobox في الطبقة الفائقة TALE بعمق في شبكات تنظيم الجينات التي تنسق عملية التطور الجنيني. تم العثور على الصناديق المثلية الشبيهة بالعقد (KNOX) ، المتماثلة مع MEIS الحيواني ، لدفع الانتقال أحادي الصيغة الصبغية إلى ثنائية الصبغيات في كل من الطحالب الخضراء أحادية الخلية والنباتات الأرضية عن طريق التحويل المتغاير مع TALE superclass TFs ، مما يدل على الحفاظ الوظيفي الرائع لـ TF التنموي. عبر الأنساب التي تباعدت قبل مليار سنة. هنا ، سعينا إلى تحديد ما إذا كان تغاير TALE-TALE متوارثًا عن حقيقيات النوى.

نتائج

قمنا بتحليل وهبة TALE في الإشعاعات الطحلبية لـ Archaeplastida ، وهي أسلاف لنباتات الأرض. قسم نسق السلالات المثلية وتحليل المعلومات الحيوية TALEs إلى مجموعتين عريضتين ، KNOX وغير KNOX. تشترك كل مجموعة في مجالات التغاير المحددة مسبقًا ، وتماثل KNOX النباتي في مجموعة KNOX وتماثل PBC الحيواني في المجموعة غير KNOX ، مما يشير إلى أصلهم العميق. أظهرت تجارب التفاعل بين البروتين والبروتين أن TALEs في المجموعتين شاركت جميعها في التغاير.

الاستنتاجات

تشير دراستنا إلى أن ثنائيات TF تتكون من KNOX / MEIS و TALEs المحتوية على PBC يجب أن تكون قد تطورت في وقت مبكر في تطور حقيقيات النواة. استنادًا إلى النتائج التي توصلنا إليها ، نفترض أنه في حقيقيات النوى المبكرة ، قدم تكوين TALE غير المتجانسة مفاتيح النسخ عبر التوطين الخلوي المعتمد على dimerization ، مما يضمن تنفيذ الانتقال الأحادي إلى ثنائي الصيغة الصبغية فقط عندما يتم تنفيذ الانصهار المشيج بشكل صحيح بين الأمشاج الشريكة المناسبة . ثم تنوع مفتاح TALE في العديد من السلالات التي تشارك في منظمة معقدة متعددة الخلايا.


ينشئ الباحثون موقع "Ancestry.com" للخلايا

أحد أكبر الألغاز في علم الأحياء البشري هو كيف يمكن لخلية واحدة أن تنتج 37 تريليون خلية موجودة في الجسم العادي ، ولكل منها دورها الخاص. ابتكر الباحثون في جامعة ييل ومايو كلينك طريقة لإعادة إنشاء المراحل الأولى من التطور الخلوي والتي تؤدي إلى مثل هذا التنوع المذهل في أنواع الخلايا.

باستخدام خلايا الجلد التي تم حصادها من شخصين على قيد الحياة ، تمكن الباحثون في مختبر جامعة ييل Flora Vaccarino من تتبع سلالتهم الخلوية من خلال تحديد الاختلافات الصغيرة أو الطفرات الموجودة في جينومات تلك الخلايا.

تتولد هذه الطفرات "الجسدية" أو غير الموروثة عند كل انقسام خلوي أثناء نمو الإنسان. تتناقص النسبة المئوية للخلايا التي تحمل آثار أي طفرة معينة مع استمرار هذه الانقسامات ، مما يترك للعلماء مسارًا لمتابعة الخلايا الأولى. إذا كان جزء الخلايا الذي يحتوي على آثار للطفرة مرتفعًا ، فإن العلماء يعرفون أن الطفرة قد نشأت في وقت سابق في سلالة الخلايا ، أقرب إلى سلفها المشترك أثناء التطور الجنيني المبكر.

قال فاكارينو ، أستاذ هاريس في مركز دراسات الطفل بجامعة ييل ، وأستاذ علم الأعصاب ، والمؤلف المشارك في البحث الذي نُشر في 18 مارس في المجلة: "إنه مثل موقع Ancestry.com بالنسبة لأجسادنا". علم.

على سبيل المثال ، عرف الباحثون أن بعض الطفرات داخل خلايا الجلد قد نشأت في وقت مبكر من التطور الجنيني لأنه يمكن أيضًا اكتشافها في عينات البالغين من الدم واللعاب والبول. في جسم الإنسان ، تنشأ كل من هذه الأنسجة المتخصصة من طبقة جرثومية مختلفة ، أو أنواع الخلايا المتمايزة الأولى في الجنين التي تؤدي إلى ظهور الجهاز العصبي ، والأمعاء ، والدم ، والأنسجة المتصلة.

تظهر النتائج أن الطفرات المتولدة في الجنين موروثة وتحتفظ بها كل خلية ابنة طوال تطور الجسم إلى مرحلة البلوغ ، مما يسمح للباحثين بإعادة بناء أشجار النسب المبكرة لهؤلاء الأفراد.

قال فاكارينو: "للتاريخ الخلوي عواقب".

قد تساعد النتائج أيضًا العلماء على تتبع اضطرابات النمو حتى بداياتهم الخلوية. على سبيل المثال ، يمكن أن تنشأ الاضطرابات العصبية والنفسية مثل الفصام والتوحد من خلل خلوي مبكر يؤدي إلى اختطاف منظمات النمو المبكرة. قد يغير هذا نمو وتوسع سلالات خلوية معينة أو عندما ينفصلون عن خطوط خلوية جديدة أثناء التطور.

ومن المثير للاهتمام أن الباحثين وجدوا أيضًا أن سلالات الخلايا التي تتباعد عند الانقسام الأول تميل إلى أن تكون غير متماثلة. على سبيل المثال ، ينتهي الأمر بإحدى أول خليتين ابنتيتين تم إنشاؤهما في الجنين بنسبة تصل إلى 90 بالمائة من أنواع الخلايا في الجسم البالغ. يقول الباحثون إن الخلية البنت الأخرى يمكن أن تكون مخصصة بشكل أساسي لتكوين المشيمة ، والتي ستغذي الجنين النامي.

شدد فاكارينو على أن تقنية تتبع الفروق الفردية في السلالة الخلوية خلال كل خطوة من مراحل التطور الخلوي لا تزال محدودة.

لكنها واعدة. وقالت: "لقد توصلنا إلى طريقة طفيفة التوغل للنظر في نافذة التاريخ الخلوي الشخصي لشخص ما".


Charles Darwin & # 8217s شجرة الحياة ، التي تربط جميع أشكال الحياة ، فهي تعني أن 9 ملايين شكل من أشكال الحياة قد نشأت عن طريق البقاء للأصلح والمعاناة ، والتي على طول الطريق خلقت الجمال والأناقة

المصدر: الشروق المسلم ، شتاء 2016

كتبه وجمعه ضياء إتش شاه دكتوراه في الطب ، رئيس تحرير صحيفة Muslim Times

مُنحت جائزة نوبل في الطب لعام 2016 لليوشينوري أوسومي من اليابان لاكتشافاته حول كيفية إزالة خلايا الجسم للسموم وإصلاح نفسها في عملية تسمى الالتهام الذاتي. قدم عمله أيضًا دليلاً خفيًا على التطور وحقيقة أن جميع أشكال الحياة على كوكب الأرض تشترك في أسلافها.

استخدم يوشينوري أوسومي خميرة الخباز لتحديد الجينات الأساسية لعملية الالتهام الذاتي. ثم ذهب لتوضيح الآليات الكامنة وراء الالتهام الذاتي في الخميرة وأظهر أن آلية متطورة مماثلة تستخدم في الخلايا البشرية. يبدو أن جميع أنواع الحيوانات والنباتات التسعة ملايين في عالمنا تشترك في العديد من البروتينات والإنزيمات.

أحد الأمثلة المضيئة هو بروتين Cytochrome C الذي يشارك في تنفس الخلية. يُعرف تسلسل الأحماض الأمينية في هذا البروتين بالعديد من الكائنات الحية ، من البكتيريا والخميرة إلى الحشرات والبشر. في الحيوانات ، يتكون السيتوكروم سي من 104 من الأحماض الأمينية. في البشر والشمبانزي ، يتكون البروتين من نفس 104 من الأحماض الأمينية بنفس الترتيب تمامًا. عند مقارنة تسلسل الأحماض الأمينية للإنسان وقرود الريس ، وجد أنها مختلفة في الموضع 66 (إيزوليوسين في البشر ، وثريونين في قرود الريسوس) ، ولكنها متطابقة في 103 مواضع أخرى. عند مقارنة البشر بالخيول ، تم العثور على 12 اختلافًا في الأحماض الأمينية ، وعند مقارنة الخيول بقرود الريسوس ، لا يوجد سوى 11 اختلافًا في الأحماض الأمينية. كل هذه الملاحظات تدعم الأصل المشترك.

ناهيك عن عائلتنا البشرية ، كل أشكال الحياة على كوكب الأرض ، النباتات والحيوانات ، 350.000 نوع من الزهور والبكتيريا والفيروسات والفيلة ووحيد القرن لها أصل مشترك.

رحلة الإنسان: A Genetic Odyssey هو كتاب عام 2002 لسبنسر ويلز ، عالم الوراثة والأنثروبولوجيا الأمريكي ، يستخدم فيه تقنيات ونظريات علم الوراثة وعلم الأحياء التطوري لتتبع الانتشار الجغرافي للهجرات البشرية المبكرة خارج إفريقيا. تم تحويل الكتاب إلى فيلم وثائقي تلفزيوني عام 2003. [3]

وفقًا للفرضية الحديثة أحادية الأصل ، نشأ أسلاف البشر في إفريقيا ، وشقوا طريقهم في النهاية إلى بقية العالم. يعد تحليل كروموسوم Y إحدى الطرق المستخدمة في تتبع تاريخ البشر الأوائل. هناك ثلاثة عشر علامة وراثية على الكروموسوم Y تُميِّز تجمعات البشر.

يُعتقد ، بناءً على الأدلة الجينية ، أن جميع البشر الموجودين الآن ينحدرون من رجل واحد عاش في إفريقيا منذ حوالي 60 ألف عام. يُعتقد أن المجموعات الأولى من البشر وجدت أحفادها في الوقت الحاضر بين شعب سان ، وهي مجموعة توجد الآن في غرب جنوب إفريقيا. سان أصغر من البانتو. لديهم جلود أفتح ، وشعر مجعد أكثر إحكاما ، ويشتركون في الطية الملحمية مع شعوب وسط وجنوب شرق آسيا.

يُعتقد أن جنوب وشرق إفريقيا كانت في الأصل مأهولة بأشخاص مشابهين لسان. منذ ذلك الوقت ، تم الاستيلاء على الكثير من مداها من قبل البانتو. تم العثور على بقايا الهياكل العظمية لهؤلاء الأسلاف في مواقع العصر الحجري القديم في الصومال وإثيوبيا. هناك أيضًا شعوب في شرق إفريقيا اليوم يتحدثون لغات مختلفة إلى حد كبير والتي تشترك مع ذلك في الخصائص القديمة للغة سان ، وذخيرتها المميزة من النقرات وأصوات البوب. هذه هي اللغات الوحيدة في العالم بأسره التي تستخدم هذه الأصوات في الكلام.

عندما هاجر البشر من إفريقيا ، حملوا جميعًا سمة وراثية على كروموسوم Y المعروف باسم M168 (Haplogroup CT (Y-DNA)).

بقيت الموجة الأولى من الهجرة من إفريقيا قريبة من شواطئ المحيطات ، متتبعة نطاقًا على طول المناطق الساحلية للمحيط الهندي بما في ذلك أجزاء من شبه الجزيرة العربية والشرق الأوسط وشبه القارة الهندية وجنوب شرق آسيا ، وصولاً إلى ما هو الآن إندونيسيا ، ووصل أخيرًا إلى أستراليا. طور هذا الفرع من الأسرة البشرية علامة جديدة M130 (Haplogroup C (Y-DNA)).

اتخذت الموجة الثانية من الهجرة مسارًا نحو الشمال ، حيث انقسمت في مكان ما في المنطقة حول ما يسمى الآن بسوريا لتكتسح داخل آسيا ، حيث انقسمت عدة مرات في آسيا الوسطى ، شمال أفغانستان. السلالات التي تدفقت إلى آسيا الوسطى تحمل M9 (Haplogroup K (Y-DNA)). تمت إضافة علامات أخرى بعد أن استمرت مسارات الهجرة في عدة اتجاهات مختلفة من آسيا الوسطى.

توجد آيات عديدة في القرآن الكريم تشير إلى تطور الحياة والأسرة البشرية ، مستخدمة استعارة أو أخرى. يذكر الله في الآية التالية الأصل المشترك للبشرية جمعاء:

"إن خلقك وقيامتك مثل خلق وقيامة نفس واحدة. إن الله سميع وبصر. [5]

الفيلم الوثائقي التلفزيوني لمدة ساعتين ، رحلة الرجل: رحلة جينية، يمكن مشاهدتها عبر الإنترنت في مجلة Muslim Times ، وتعطينا نظرة ثاقبة على البيولوجيا البشرية وتطور الأجناس المختلفة في آخر 60.000 سنة أو نحو ذلك. [6]

الآن ، دعونا نتحدث عن ما حدث للبشر بين 60 ألف سنة و 7 ملايين سنة. لهذا أقترح القيام برحلة إلى متاحف التاريخ الطبيعي في نيويورك ولندن.

متحف التاريخ الطبيعي في لندن

يذكر متحف التاريخ الطبيعي في لندن:

انطلق في رحلة مدتها سبعة ملايين سنة ، من أول أشباه البشر إلى آخر نوع بشري على قيد الحياة: نحن.

تحقق مما يُعرِّف أشباه البشر ومقدار القواسم المشتركة بيننا نحن البشر المعاصرين والأنواع البشرية الأخرى ، وكذلك ما يميزنا عن بعضنا البعض.

على طول الطريق سوف تكتشف التغييرات في الخصائص الجسدية والنظام الغذائي وأنماط الحياة والبيئات التي شكلت الإنسان المعاصر. [7]

يقوم الموقع بعد ذلك بجدولة عينات النجوم والمعارض:

  • كلاب ليتولي عمرها 3.5 مليون عام ، أقدم أحفورة أشباه البشر في المتحف ومجموعة # 8217
  • جمجمة جبل طارق 1 ، أول جمجمة إنسان نياندرتال بالغ تم العثور عليها على الإطلاق
  • القوالب الجمجمة واليد من الأنواع البشرية المكتشفة حديثًا ، هومو ناليدي
  • علمي دقيق بالحجم الطبيعي للإنسان البدائي وفي وقت مبكر الانسان العاقلعارضات ازياء
  • رمح كلاكتون عمره 420 ألف عام ، أقدم رمح خشبي محفوظ في العالم

أهم ما يميز المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في نيويورك هو لوسي:

& # 8220Lucy & # 8221 هي واحدة من الهياكل العظمية الأكثر اكتمالا التي تم العثور عليها حتى الآن من البشر الأوائل الذين ازدهروا بين 4 و 2 مليون سنة. يتكون الهيكل العظمي من عظام فرد واحد ، يُفترض أنه أنثى ، كان يبلغ ارتفاعه أقل من 4 أقدام.

البروفيسور ريتشارد دوكينز في كتابه الممتاز ، الجد وحكاية # 8217: رحلة إلى فجر التطور، يصف رحلة الإنسان للتطور من الكائنات أحادية الخلية إلى العصر الحديث ، ولكنه يسافر للخلف في اتجاه عكسي ، بدءًا من الإنسان الحديث ، من خلال القردة ، من خلال الرئيسيات والقوارض والأرانب وما إلى ذلك.

يصف الغلاف الخلفي للكتاب ما يلي:

بذكاء ووضوح وذكاء لا مثيل لهما ، قدم ريتشارد دوكينز ، أحد أشهر علماء الأحياء التطورية في العالم ، عددًا لا يحصى من القراء إلى عجائب العلوم في أعمال مثل وسيل فاي ش جين. في هذه اللحظة حكاية الجديقدم دوكينز عملًا رائعًا: جولة عكسية مبهجة عبر التطور ، من البشر في الوقت الحاضر إلى بدايات الحياة الميكروبية قبل أربعة مليارات سنة. طوال الرحلة ، يدور دوكينز قصصًا مسلية وثاقبة ويلقي الضوء على موضوعات مثل الانتواع والاختيار الجنسي والانقراض. حكاية الجد هو في الوقت نفسه تعليم أساسي في نظرية التطور وقراءة جذابة.

عندما نسافر عبر الزمن وعندما ينضم نوعان إلى نوع مشترك أو سلف مشترك ، فإنه يسمي هذا السلف المشترك "كونسلور". يكتب عن الأصل المشترك بين البشر المعاصرين والشمبانزي الحالي:

منذ ما بين 5 و 7 ملايين سنة ، في مكان ما في إفريقيا ، نتمتع نحن الحجاج بلقاء بالغ الأهمية. إنه موعد التقاء 1 ، أول لقاء لنا مع حجاج من فصيلة أخرى. هناك نوعان آخران على وجه الدقة ، بالنسبة إلى حجاج الشمبانزي العاديين والشمبانزي الأقزام أو حجاج البونوبو ، قد انضموا بالفعل إلى بعضهم البعض قبل حوالي 4 ملايين سنة "قبل" موعدهم معنا. السلف المشترك الذي نتشاركه معهم ، Concestor 1 ، هو أجدادنا البالغ عددهم 250.000 - تخمين تقريبي لهذا ، بالطبع ، مثل التقديرات المماثلة التي سأقوم بها لمقدمي الخدمات الآخرين.

مع اقترابنا من موعد 1 ، يقترب حجاج الشمبانزي من نفس النقطة من اتجاه آخر. للأسف لا نعرف أي شيء عن هذا الاتجاه الآخر. على الرغم من أن إفريقيا قد أسفرت عن بعض الآلاف من الحفريات البشرية أو أجزاء من الأحافير ، إلا أنه لم يتم العثور على أحفورة واحدة يمكن اعتبارها على طول خط أصل الشمبانزي من كونسيستور 1. وقد يكون هذا بسبب كونها حيوانات غابات ، و نفايات أوراق الغابات ليست صديقة للحفريات. مهما كان السبب ، فهذا يعني أن حجاج الشمبانزي يبحثون عن أعمى. لم يتم العثور على نظرائهم المعاصرين من فتى توركانا ، عام 1470 ، للسيدة بليس ، ولوسي ، وليتل فوت ، وديز بوي ، وبقية حفريات "لدينا". [10]

نقاط الالتقاء أو الملتقى التالية هي مع الغوريلا ، إنسان الغاب ، جيبونز ، قرود العالم القديم ، قرود العالم الجديد ، أبراخ ، الليمور والشجيرات ، colugos وزبابة الأشجار والقوارض والأرانب لتسمية أول 10 ملتقى معنا ، البشر المعاصرين. بحلول الوقت الذي التقى فيه أسلافنا بأسلاف القوارض (الجرذان) والأرانب ، سافرنا إلى الوراء في رحلتنا التطورية حوالي 75 مليون سنة.

تم ترقيم الموعد النهائي في كتاب دوكينز بـ 39 وهو مع Eubacteria. يمكن أن تكون Eubactera نوعًا من البكتيريا موجبة الجرام أو سالبة الجرام في عائلة Eubacteriaceae. تتميز هذه البكتيريا بجدار خلوي صلب. قد تكون إما متحركة أو غير متحركة. إذا كانت حركية ، فلها سوط. [11]

تتكاثر الكائنات أحادية الخلية أو تتكاثر لاجنسيًا. عندما حدث التكاثر الجنسي لأول مرة ، جاء الزوجان من نفس الكائن أحادي الخلية ، كما لو أن الكائن الحي هو الذي أدى إلى ظهور رفيق خاص به. وهذا موصوف في القرآن الكريم ثلاث مرات على الأقل. في الماضي عندما لم تكن البيولوجيا مفهومة جيدًا ، فهم علماء المسلمين هذه الآيات على أنها تعني أن الجدة حواء جاءت من ضلع النبي آدم ، كما هو موصوف في الكتاب المقدس. يواصل العديد من علماء الإسلام في العصور الوسطى ، الذين لا يزالون غير مطلعين ، الحفاظ على نفس الرأي وفهم الآيات التي تليها عندما يأتي إنسان من ضلع آخر. ومع ذلك ، فإن أي شخص لديه معرفة أساسية جدًا بالبيولوجيا والتطور ، وهو كل طالب ثانوي جيد في الغرب ، قد يفكر في فكرة أن حواء قادمة من ضلع آدم ، فكرة غير معقولة. إن أول هذه الآيات الثلاث ليست إلا تلك التي تُقرأ كلما عقد الزواج في التقليد الإسلامي:

أيها الناس! اتقوا ربك الذي خلقك من روح واحدة وخلق منها رفيقها ، ومنهما انتشر فيهما الكثير من الرجال والنساء ويخافون الله ، باسمه يتعاطفون مع بعضهم البعض ، ويخافونه على وجه الخصوص احترامًا لعلاقاتهم. إن الله يرعاك. [12]

هناك تلميح خفي في اللغة العربية لهذه الآية أنه لا ينطبق على آدم وحواء ، بل إنه يتحدث عن مرحلة اللاجنسي للتكاثر الجنسي. الضمير المستخدم مِنْهَا بالنسبة للكائن الأم الذي جاء منه الرفيق هو & # 8216a أنثى & # 8217 وليس & # 8216a ذكر ، & # 8217 خلافًا لما يجب أن يكون عليه الوصف إذا جاءت حواء من ضلع آدم.

الآيتان الأخريان بنفس الموضوع هما:

هو الذي خلقك من نفس واحدة ، وصنع منها رفيقها ، حتى يجد فيها الراحة. وعندما يعرفها ، تتحمل عبئًا خفيفًا ، وتذهب معه. وإذا كبرت دعتا كلاهما إلى الله ربهما ، قول: 'إذا أعطيتنا خيرا طفل، سنكون بالتأكيد من الشاكرين. "[13]

وهو الذي أنتجك من روح واحدة ويوجد لك بيت ومسكن. لقد شرحنا العلامات بالتفصيل لمن يفهم. [14]

يعرف الإله العليم للإسلام والقرآن كل شيء عن الماضي والمستقبل ولا يمكنه أن يقول أي شيء في القرآن الكريم يتعارض مع الحقائق الراسخة للتطور على كوكب الأرض على مدى الأربعة مليارات سنة الماضية.


النسب الخلوي: أنشأ الباحثون "Ancestry.com" لأجسامنا

(© stock.adobe.com)

أحد أكبر الألغاز في علم الأحياء البشري هو كيف يمكن لخلية واحدة أن تنتج 37 تريليون خلية موجودة في الجسم العادي ، ولكل منها دورها المتخصص الخاص. ابتكر الباحثون في جامعة ييل ومايو كلينك طريقة لإعادة إنشاء المراحل الأولى من التطور الخلوي الذي ينتج مثل هذا التنوع المذهل لأنواع الخلايا.

باستخدام خلايا الجلد التي تم حصادها من شخصين على قيد الحياة ، تمكن الباحثون في مختبر جامعة ييل Flora Vaccarino من تتبع سلالتهم الخلوية من خلال تحديد الاختلافات الصغيرة أو الطفرات الموجودة في جينومات تلك الخلايا.

تتولد هذه الطفرات "الجسدية" أو غير الموروثة عند كل انقسام خلوي أثناء نمو الإنسان. تتناقص النسبة المئوية للخلايا التي تحمل آثار أي طفرة معينة مع استمرار هذه الانقسامات ، مما يترك للعلماء مسارًا لمتابعة الخلايا الأولى. إذا كان جزء الخلايا الذي يحتوي على آثار للطفرة مرتفعًا ، فإن العلماء يعرفون أن الطفرة نشأت في وقت سابق في سلالة الخلايا ، أقرب إلى سلفها المشترك أثناء التطور الجنيني المبكر.

قال فاكارينو ، أستاذ هاريس في مركز دراسات الطفل في جامعة ييل ، وأستاذ علم الأعصاب ، والمؤلف الأول المشارك للبحث الذي نُشر في 18 مارس في مجلة Science: "إنه مثل موقع Ancestry.com لأجسادنا".

عرف الباحثون أن بعض الطفرات داخل خلايا الجلد قد نشأت في وقت مبكر من التطور الجنيني لأنه يمكن أيضًا اكتشافها في عينات الدم واللعاب والبول لدى البالغين. في جسم الإنسان ، تنشأ كل من هذه الأنسجة المتخصصة من طبقة جرثومية مختلفة ، أو أنواع الخلايا المتمايزة الأولى في الجنين التي تؤدي إلى ظهور الجهاز العصبي ، والأمعاء ، والدم ، والأنسجة المتصلة.

تظهر النتائج أن الطفرات المتولدة في الجنين موروثة وتحتفظ بها كل خلية ابنة طوال تطور الجسم إلى مرحلة البلوغ ، مما يسمح للباحثين بإعادة بناء أشجار النسب المبكرة لهؤلاء الأفراد.

قال فاكارينو: "للتاريخ الخلوي عواقب".

قد تساعد النتائج أيضًا العلماء على تتبع اضطرابات النمو حتى بداياتهم الخلوية. على سبيل المثال ، يمكن أن تنشأ الاضطرابات العصبية والنفسية مثل الفصام والتوحد من خلل خلوي مبكر يؤدي إلى اختطاف منظمات النمو المبكرة. قد يغير هذا نمو وتوسع سلالات خلوية معينة أو عندما ينفصلون عن خطوط خلوية جديدة أثناء التطور.

ومن المثير للاهتمام أن الباحثين وجدوا أيضًا أن سلالات الخلايا التي تتباعد عند الانقسام الأول تميل إلى أن تكون غير متكافئة. على سبيل المثال ، واحدة من أول خليتين ابنتيتين تم إنشاؤهما في الجنين ينتهي بها الأمر لتشكل ما يصل إلى 90 بالمائة من أنواع الخلايا في الجسم البالغ. يقول الباحثون إن الخلية البنت الأخرى يمكن أن تكون مخصصة بشكل أساسي لتكوين المشيمة ، والتي ستغذي الجنين النامي.

شدد فاكارينو على أن تقنية تتبع الفروق الفردية في السلالة الخلوية خلال كل خطوة من مراحل التطور الخلوي لا تزال محدودة.

لكنها واعدة. وقالت: "لقد توصلنا إلى طريقة طفيفة التوغل للنظر في نافذة التاريخ الخلوي الشخصي لأي شخص".

Alexej Abyzov من Mayo Clinic هو مؤلف مشارك في البحث. المؤلفان المشاركان في البداية هما Liana Fasching ، زميلة ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة Yale ، و Yeongjun Jang من Mayo Clinic.


طريق المصالحة

لا يتفق الجميع بشكل كامل مع استنتاجات Degnans. رسم الاستنتاجات من ملفات تعريف التعبير الجيني ليس بالأمر السهل. قال بوركهارت: "تعمق في [ذلك] ، ويمكنك تفسير بعض البيانات بشكل مختلف تمامًا". لا تمنع الاختلافات في التعبير الجيني بالضرورة نوعين من الخلايا من مشاركة النسب.

وافق إروين. وقال إن مثل هذه البيانات "هي لقطة مأخوذة في وقت معين." بالنظر إلى أن السوطيات المنتشرة والخلايا المنتفخة الإسفنجية قد تطورت من تلقاء نفسها على مدار 700 مليون سنة الماضية ، فمن المنطقي أنها تعبر عن جينات مختلفة تمامًا.

قالت ماجا أدامسكا ، عالمة الأحياء التطورية التطورية في الجامعة الوطنية الأسترالية ، والتي لم تشارك في دراسة Degnans ، في أي مقارنة للكائنات الحديثة ، "أنت تنظر إلى الحيوانات التي لها تاريخ من الضياع والمكاسب". "أنت تخاطر بأن تبالغ في تبسيط نتائجك."

وأضافت أن أنواع الإسفنج الأخرى لا تحتوي على خلايا أثرية على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، تؤدي خلاياهم المنتفخة تلك الأدوار الشبيهة بالخلايا الجذعية. قال آدامسكا: "أظن أننا إذا أجرينا مقارنة في [تلك الخلايا المنتمية] ، لكنا وجدنا تشابهًا أكبر مع السوطيات المنتفخة."

يعتقد آدامسكا أن الحيوان الأول كان من الممكن جدًا أن يكون فطيرة من الخلايا الشبيهة بالجذع التي غالبًا ما غيّرت هوياتها. وتعتقد أيضًا أن مقارنة التعبير الجيني لا تستبعد الروابط التطورية بين السوطيات المنتفخة والخلايا الحيوانية متعددة الخلايا الأولى. قالت: "في الحقيقة ، أنا أؤمن بشدة أن أسلافي لديهم خلايا منتقاة".

النظريتان حول أصول تعدد الخلايا الحيوانية ليست متعارضة. قال آدامسكا: "أعتقد أن هناك مكانًا لكل من الميزات الشبيهة بالسوطيات المنتشرة وميزات [التمايز الزمني] في السلف المشترك الأخير الذي نحاول رسمه". "لا أرى التناقض هناك." تعمل هي وزملاؤها الآن على تحديد خصائص التعبير الجيني في الإسفنج بدون الخلايا البدائية لاختبار هذه الفكرة بشكل أكبر.

بدأت بالفعل في الظهور تلميحات حول نظرية مشتركة من مختبر بوركهارت. في نسخة أولية نشروها على biorxiv.org في مايو ، وجد بوركهارت وزملاؤه أن الخلايا في مستعمرة السوطيات المنتمية ليست كلها متطابقة: فهي تختلف في شكلها وفي نسبة عضياتها. قال إن هذه الملاحظات تشير إلى أن تمايز الخلايا المكانية كان يحدث بالفعل في سلالة السوطيات المنتمية ، وربما حتى قبل ذلك - وهو احتمال يمزج الأفكار الجديدة (أن القدرة على التمايز قديمة وأن الانتقال إلى تعدد الخلايا الحيوانية كان تدريجيًا) مع قديم (يمكن أن يحدث هذا مع الخلايا الشبيهة بالسوطيات المنتفخة).

لذلك ، بينما لا توجد حتى الآن إجابة محددة حول الشكل الذي بدا عليه الحيوان الأول بالضبط ، فإن الصورة أصبحت أكثر وضوحًا. قال آدامسكا: "نحن نقترب أكثر من فهم من أين أتينا في أعماق الزمن". "وأعتقد أن هذا رائع للغاية."


عمليات الخلية: هجرة الخلايا

هجرة الخلايا هي عملية حيوية لتطور الأنسجة والأعضاء. حركة الخلية مطلوبة أيضًا لحدوث الانقسام الخلوي والانقسام الخلوي. أصبح انتقال الخلايا ممكنًا من خلال التفاعلات بين الإنزيمات الحركية والأنابيب الدقيقة للهيكل الخلوي.


دينوفلاجيلاتيس

Dinoflagellates هي كائنات أحادية الخلية حقيقية النواة توجد في المياه العذبة والبيئات البحرية. العديد من السوطيات البحرية عبارة عن أجهزة بناء ضوئي تنتج الطعام باستخدام الضوء ، لكن بعضها أيضًا مفترس ، مما يعني أنها تتغذى على الفريسة. هناك أكثر من 1500 نوع موصوف من دينوفلاجيلات (الشكل 2.35). يمكن العثور عليها ككائنات عوالق تعيش بحرية أو كتكافلين في موائل الشعاب المرجانية.

تخضع بعض الدينوفلاجيلات تلألؤ بيولوجي، ينبعث منها طاقة ضوئية من تفاعلات كيميائية داخل الخلية. تبعث هذه السوطيات الضيائية الحيوية ضوءًا أخضر مزرقًا عندما تنزعج من تحطم الأمواج أو محرك القارب (الشكل 2.35 ب). يُعتقد أنهم يستخدمون التلألؤ الحيوي كوسيلة دفاع ، عن طريق إذهال الحيوانات المفترسة ولفت الانتباه إلى الحيوانات المفترسة الأكبر حجمًا.

Symbiodinium هو جنس من دينوفلاجيلات التي تشكل علاقة تكافلية مع بعض الشعاب المرجانية وشقائق النعمان (حيوانات في شعبة القراصات). ال Symbiodinium يتم جمعها من عمود الماء وتبتلعها الأنسجة المرجانية. ال Symbiodinium ثم تتكاثر دينوفلاجيلات داخل النسيج المرجاني.

Symbiodinium تمتص أشعة الشمس وتستكمل عملية التمثيل الضوئي لإنتاج الأكسجين والجلوكوز (الشكل 2.35 ج). Symbiodinium تولد ما يصل إلى 85 في المائة من الطاقة الكيميائية التي يستخدمها المرجان. Symbiodinium مهمة للغاية في الحفاظ على نظام بيئي صحي للشعاب المرجانية.

تدين الشعاب المرجانية بمعظم ألوانها الزاهية إلى Symbiodinium الطحالب الدقيقة التي تعيش داخل أنسجتها. عندما يتعرض المرجان للتوتر ، مثل الزيادة المفاجئة في درجة حرارة مياه البحر ، فإن الشعاب المرجانية تطرد Symbiodinium في عمود الماء - مما أدى إلى تبيض المرجان (الشكل 2.36). إذا انخفضت درجة حرارة الماء ولم يعد الشعاب المرجانية مضغوطة ، فيمكنه تجنيد جديد Symbiodinium من عمود الماء إلى أنسجته. ومع ذلك ، إذا استمرت الحرارة ، فإن المرجان يتضور جوعا ويموت.

أ المد الأحمر هو ازدهار لبعض أنواع دينوفلاجيلات التي ينتج عنها لون بني محمر على سطح المحيط (الشكل 2.37). يمكن أن تنتج دينوفلاجيلات هذه السموم التي تؤدي إلى موت الثدييات البحرية والأسماك والطيور. على سبيل المثال ، دينوفلاجيلات كارينيا بريفيس ينتج مادة البريفيتوكسين التي تسبب تهيج العين والجهاز التنفسي للأشخاص بالقرب من الشاطئ.

على الرغم من أن العديد من تكاثر الطحالب تحدث بشكل طبيعي ، إلا أن المد الأحمر وتكاثر الطحالب الضارة الأخرى ناتجة عن زيادة مستويات المغذيات نتيجة للأنشطة البشرية. يؤدي تلوث المياه الساحلية والجريان السطحي إلى زيادة الفوسفات والنترات ، مما يوفر العناصر الغذائية اللازمة لتكاثر الطحالب. يمكن أن تتراكم السموم من تكاثر الطحالب الضارة في الحيوانات التي تتغذى بالترشيح مثل المحار والبطلينوس وتشكل خطراً على صحة المستهلكين من البشر.


جينوم الكائن البحري يحكي عن أسلاف البشر وحيدة الخلية

الجينوم المتسلسل حديثًا لكائن بحري عوالق وحيد الخلية ، ورد في 14 فبراير في مجلة نيتشر ، يخبر العلماء بالفعل عن التغيرات التطورية التي رافقت الانتقال من أشكال الحياة أحادية الخلية إلى الحيوانات متعددة الخلايا مثلنا.

في ورقة الطبيعة وورقة علمية تكميلية صدرت في 15 فبراير ، قدم علماء الأحياء نيكول كينج ودانييل روخسار وزملاؤهم مسودة أولى لجينوم السوطيات المنتمية (ko AN oh FLA je let) المسمى Monosiga brevicollis ، ومقارناتهم الأولى مع جينات الحيوانات متعددة الخلايا ، ما يسمى metazoans.

تم إجراء التسلسل والتحليل من قبل معهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة (JGI) في والنوت كريك ، كاليفورنيا ، بالتعاون مع باحثين من جامعة كاليفورنيا في بيركلي وثماني مؤسسات أخرى.

وفقًا لكينج ، لا يعرف علماء الأحياء شيئًا تقريبًا عن هذه الكائنات ، بصرف النظر عن حقيقة أنها غذاء مهم للكريل ، والتي تعد المصدر الرئيسي لغذاء حيتان البالين ، وأنه من خلال استهلاك كميات كبيرة من البكتيريا ، تلعب السوطيات المنتمية دورًا رئيسيًا. دور في دورة الكربون للمحيطات. ومع ذلك ، نظرًا لأن السوطيات المنتشرة والحيوانات تشترك في سلف مشترك بين 600 مليون ومليار سنة ، فإنها تمتلك مفتاحًا لفهم أصول وتطور الحيوانات.

قال كينج ، أستاذ مساعد في علم الأحياء التكاملي ، "إن شوانوفلاجيلات هي أقرب الأقارب الأحياء وحيدة الخلية للحيوانات ، وعلى هذا النحو ، يمكن أن تساعدنا في التعرف على تاريخنا وتاريخ الحياة على الأرض ، التي هيمنت عليها الكائنات وحيدة الخلية". وعلم الأحياء الجزيئي والخلوي ، وحائز على جائزة ماك آرثر "عبقرية" 2005. "إنها تساعد في تسليط الضوء على محتوى الأحياء والجينوم للكائنات وحيدة الخلية التي تطورنا منها."

إحدى النتائج التي أكدها التسلسل هي أن السوطيات المنتفخة لها العديد من الجينات التي تنتج في الحيوانات بروتينات ضرورية للإشارة من خلية إلى أخرى وفي تحديد الخلايا التي تلتصق ببعضها البعض. قال كينج بما أن Monosiga لا تشكل مستعمرات كما تفعل بعض السوطيات القمعية الأخرى ، فإن أدوار هذه البروتينات تعتبر لغزا.

وقال كينج: "في الحيوانات ، بعض هذه البروتينات ، التي تسمى الكادرينات ، تطورت لربط الخلايا ببعضها البعض ، فهي المادة اللاصقة التي تمنع تكتلات الخلايا من الانهيار". "تشوانوفلاجيلات لا تظهر أي تلميح إلى تعدد الخلايا ، لكن لديها 23 جينًا لبروتينات الكادرين ، تقريبًا مثل ذبابة الفاكهة أو الفأر."

In the Science paper, King and graduate student Monika Abedin report that some of these proteins are found around the base of the choanoflagellate cell, where the choanoflagellate attaches to surfaces, and around the tentacles, where bacteria are captured and ingested.

Perhaps, they argue, the last single-celled ancestor of all animals (including humans) employed these ancient cadherin proteins to bind and eat bacteria, while more complex metazoans adopted these proteins for gluing cells into a larger, many-celled creature. "The transition to multicellularity likely rested upon the co-option of diverse transmembrane and secreted proteins to new functions in intercellular signaling and adhesion," they wrote in Science.

"Choanoflagellates really are a unique window back in time to the origin of animals and humans. They are our best way of triangulating on that last unicellular ancestor of animals, because the fossil record is not there," said Dan Rokhsar, UC Berkeley professor of molecular and cell biology and program head for computational genomics at JGI. King and Rokhsar also are members of UC Berkeley's Center for Integrative Genomics.

Choanoflagellates are found abundantly in salt and fresh water around the world, where they gorge on bacteria. At about 10 microns across, they're about the size of another one-celled eukaryote, yeast. While yeast are well known to genetics researchers, however, choanoflagellates are not - a situation King hopes will change now that the genome is sequenced.

The cells are egg-shaped with a single long tail or flagellum at one end surrounded at its base by a collar of tentacles - choano comes from the Greek word for collar - that capture bacteria. The flagellum propels the choanoflagellate through the water and also washes bacteria towards the tentacles. Because choanoflagellates resemble the feeding cells of sponges, which are among the most primitive of animals, biologists 165 years ago proposed that these organisms were very distant ancestors of multicelled animals.

King and Rokhsar successfully proposed the choanoflagellate for sequencing several years ago as part of the Department of Energy's Microbial Genome Program, and in the intervening years, King worked on isolating enough uncontaminated DNA for sequencing. The draft genome, completed and annotated in 2007, consists of about 9,200 genes. It is similar in size to the genomes of fungi and diatoms, but much smaller than the genomes of metazoans. Humans, for example, have about 25,000 genes.

Interestingly, the choanoflagellate has nearly as many introns - non-coding regions once referred to as "junk" DNA - in its genes as humans do in their genes, and often in the same spots. Introns have to be snipped out before a gene can be used as a blueprint for a protein and have been associated mostly with higher organisms.

The choanoflagellate genome, like the genomes of many seemingly simple organisms sequenced in recent years, shows a surprising degree of complexity, King said. Many genes involved in the central nervous system of higher organisms, for example, have been found in simple organisms that lack a centralized nervous system.

Likewise, choanoflagellates have five immunoglobulin domains, though they have no immune system collagen, integrin and cadherin domains, though they have no skeleton or matrix binding cells together and proteins called tyrosine kinases that are a key part of signaling between cells, even though Monosiga is not known to communicate, or at least does not form colonies.

These findings are helping King and her colleagues assemble a picture of what the original common ancestor of humans and choanoflagellates looked like and also get hints about the first animals.

"It remarkable to what extent we can figure out how those animal ancestors must have been able to stick together and communicate with each other, at least in ways that allow you to make hypotheses about what those first steps toward animals looked like," Rokhsar said.

Nevertheless, it is not always easy determining which genes were in the last common ancestor of choanoflagellates and humans, and which are new. Choanoflagellates and humans have been evolving for the same length of time, so differences between the genomes may reflect genes that have been lost by choanoflagellates as much as genes gained by humans. Comparison of the Monosiga genome to that of other organisms, including another choanoflagellate - a colony-former called Proterospongia, whose genome is due to be sequenced by the National Institutes of Health - may answer such questions.

King has hopes that the Monosiga genome will answer many questions of animal evolution and illuminate the biology of this poorly understood aquatic creature.

"This is a new era, where we start with a genome to understand the biology of an organism," King said, noting a similar situation with the starlet sea anemone, Nematostella vectensis, sequenced in 2007. "The genome is the toehold."

Other authors of the Nature paper are M. Jody Westbrook, Susan L. Young, Monika Abedin, Jarrod Chapman, Stephen Fairclough, Yoh Isogai, Nicholas Putnam, Kevin J. Wright, Richard Zuzow, William Dirks, David Goodstein, Jessica Lyons, Scott Nichols and Daniel J. Richter of UC Berkeley's Department of Molecular and Cell Biology and the campus's Center for Integrative Genomics Robert Tjian and Daniel Rokhsar, UC Berkeley professors of molecular and cell biology Alan Kuo, Uffe Hellsten, Asaf Salamov, Harris Shapiro and Igor V. Grigoriev of JGI, along with the JGI sequencing team Ivica Letunic and Peer Bork of the European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, Germany Michael Marr of Brandeis University David Pincus, Matthew Good and Wendell A. Lim of UC San Francisco Antonis Rokas of Vanderbilt University Derek Lemons and William McGinnis of UC San Diego Wanqing Li and W. Todd Miller of Stony Brook University in New York Andrea Morris of the University of Michigan and Gerard Manning of the Razavi Newman Bioinformatics Center at the Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Calif.


Can a Cell Remember?

Humans have been understandably obsessed by our big brains and their big powers. After all, how many other species have invented ibuprofen, electric blankets and happy hour? But it may be time to take a big breath, a step back, and ask what a cell can do.

I wrote recently about how Stentor, the enormous trumpet-shaped, single-celled predator, may be capable of changing its &ldquomind.&rdquo But this is not the first or even second time free-living cells have shown signs that they possess something like cognition. It was already known that Stentor coeruleus&mdashthe swimming Stentor&mdashis capable of &ldquohabituating&rdquo to touch after you poke it long enough, it will stop contracting so readily, and it can remember to be less touchy for a least a few hours. No one knows how.

Stentor and another ciliate called باراميسيوم improve their escape times from capillary tubes (the microbial version of a classic experiment with rodents called the &ldquorunway&rdquo learning paradigm) with experience, although in the case of Stentor, only if the tube was vertical.

In the mid-20th century, باراميسيوم actually got the Pavlov&rsquos dogs treatment (also called classical conditioning) several times. Beatrice Gelber, working alone at the University of Chicago in the 1950s, showed that paramecia trained to associate a metal wire with clinging, delicious bacteria would still flock to the wire even if it was later presented without bacteria. Paramecia trained on a wire alone would not. Her results were strongly criticized and mostly dismissed at the time, although one recent analysis concludes she proved the case.

In another notable example in the 1970s, scientists at Mankato State University exposed paramecia to Pavlovian training sessions of a four-second tone paired for the last two seconds with an electric shock. After two or three sessions, about half or more of the apparently gun-shy paramecia initiated &ldquoavoiding response&rdquo&mdasha backward jerk and/or turn and resumption of swimming&mdashin response to a solo tone.

Incredibly, they could remember to do this for at least 24 hours. They could also be untaught if the tone continued to be unaccompanied by a shock, and then be retrained by pairing them once more. If this study is to be believed, they could also somehow distinguish between 300 and 500 hertz tones in deciding whether to initiate an escape. Yet other conditioning experiments with ciliates using repellant stimuli like shock or heat failed to show an association. It&rsquos fair to say that, if the case is not closed on cells and associative learning, the evidence is highly suggestive.

One further example of wild cellular learning merits mention. In an experiment published in 2008, the slime mold فيساروم (a single-celled giant amoeba) learned to anticipate periodic puffs of cold dry air. After three regularly timed puff cycles, the slime mold reacted as if it was expecting another puff at the appropriate time by slowing down, its usual reaction to the unwelcome air. It not only remembered it could somehow tell time.

If it exists, what could the mechanism of all this apparent learning and deciding be? Single cells obviously have no brains or neurons, but they have many other complex structures and molecules upon which natural selection can act. In the case of ciliates like Stentor و Paramecium, as I wrote last time, this is rather an understatement.

Just because other life isn&rsquot wired the way we are does not mean they don&rsquot have hardware capable of producing something like it, perhaps in ways radically and fascinatingly different from ourselves. If the end is the same, do the means matter?

But there is an even more shocking possibility that is being entertained by a growing and diverse cadre of Ph.D.s: animals and ciliates do use the same mechanism.

Take, for instance, the ferret. In an example of classical conditioning, ferrets trained to associate a signal with a stimulus that causes a blink at regular intervals will blink at the appropriate moment after hearing the signal alone. One 2014 study of ferret brain cells responsible for this eyeblink timing implied individual cells were capable of learning and anticipating this same interval all on their lonesome.

Other experiments have traced the acquisition of habituation in the gill withdrawal reflex of the sea slug أبليسيا to changes in individual cells. Recent studies in sea slugs and rodents alike have implied certain memories can be transferred between animals or generations via RNA and DNA. Memories have also been transferred from one slime mold to another when they fused. Studies at all levels of life have implied that individual cells or networks of non-neural cells are capable of forming memories. Clearly, brains and nerves are not the last word on memory.

Though it is by no means certain that free-living single cells (if they can indeed form memories) use the same methods as vertebrates, they do seem to possess the same tool kit. The chief hard-drive suspects are DNA or protein tags. The idea is that small chemicals like methyl groups can be added to or removed from DNA histones&mdashthe proteins around which DNA is wound&mdashor other proteins in the cell as a result of a memory-forming experience.

These physical tags then make it more or less likely that genes are turned into proteins by physically altering their accessibility to the enzymes that do the job, or that certain extant proteins do or do not do their jobs, or do them better or worse, and that in some such manner&mdashsometimes straightforward, sometimes mind-splittingly complex&mdashmemories may be formed. If the idea that DNA or proteins could serve as hard drives seems extravagant, it&rsquos worth noting individual proteins may be capable of far more than we ever expected at least one recent report suggests a single protein may be the equivalent of a programmable six-minute timer in fruit flies.

Chemical tags are by no means the only suspects, either. There are other structures and mechanisms (the cytoskeleton, for instance, the extracellular matrix, bioelectricity, or even simple protein clumping) that could conceivably be tasked with encoding memories. One recent paper implicated the tube size of slime molds&mdashas in, the giant, visible-to-the-naked eye tubes that compose the organism&mdashthat could be a memory repository. It is possible that memory formation in any given organism relies on several systems. Various life forms could rely on characteristic combinations of methods.

Or perhaps, as with the genetic code, there is one more or less unifying system. In 1962, Gelber wrote: &ldquoSimply stated, it is hypothesized that the memory engram must be coded in macromolecules&hellip. Possibly the biochemical and cellular physiological processes which encode new responses are continuous throughout the phyla (as genetic codes are) and therefore would be reasonably similar for a protozoan and a mammal."

Jennings, too, as early as the turn of the 20th century, sensed and believed that the behavioral workings of animals were often elaborations on systems already in place in unicellular life. A learning and memory system already present in our single-celled common ancestors could also help explain recent experiments that imply plants, too, can learn and remember.

An even more daring question arises: is there a system organizing the systems? Computational biologist Dennis Bray, in his 2009 book Wetware, speculates that a cell has neurons in the form of proteins and neural nets in the form of interlocking protein cascades sequential protein collisions alter their targets (which may be other proteins or even genes) in a network, communicating and processing information down biological wires or circuits. Cells may even have some sort of central processing unit (the subtitle of his book is &ldquoA computer in every living cell&rdquo).

In animals, he suggests this could reside in the centrosome, a place where an assessment of protein traffic carrying information about conditions inside and outside the cell could be integrated, assessed and acted upon to produce something like decisions. And the capacity to make decisions is the very thing mounting evidence seems to indicate single-celled Stentor is capable of.

Of course, much of this is still pretty out there, evidence-wise. As I write, biologists are dimly glimpsing the true, staggering complexity of cells (extrachromosomal DNA loops and the dark matter in DNA are but two further examples), and chattering excitedly from a ship at sea about the nature of the newly discovered continent. But really, we still just don&rsquot know.

Given the shocking (to me) lack of consensus on how Pavlovian conditioning operates even in animal brains (which also makes me feel that confident pronouncements that free will is an illusion border on reckless), I think it&rsquos time for us to throw preconceived notions of what cells are capable of out the window, rather than unexpected experimental results. Jennings and Gelber got more or less the same treatment because their critics had already decided their results were impossible. With the benefit of the molecular revolution, we now see that maybe their results aren&rsquot so far-fetched after all.

If it is true that sensitive plants can learn, slime molds can remember and Stentor can decide&mdashand certainly, extraordinary claims require extraordinary evidence&mdashone of the most exciting biological prospects of the coming years will be discovering exactly how they do it. We may be stunned to realize, as we have been before, they are not so different from us.


شاهد الفيديو: ما هو الكروموسوم - what is a chromosome (أغسطس 2022).