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眼睛和翅膀是進化最令人驚嘆的創新之一。值得注意的是,這些特徵在不同的動物譜系中多次演變。例如,在收斂進化的一個例子中,鳥類的鳥類祖先和蝙蝠的哺乳動物祖先都獨立發展。魷魚和人類的眼睛也發生了同樣的事情。確切地說,這種收斂進化的產生並不總是清楚。
在一項新研究中,發表在大自然科學報告研究人員發現,儘管屬於完全不同的譜系,但人類和魷魚還是通過調整到同一基因演變而來的。
眼睛是獎品
像所有器官一樣,眼睛是許多基因一起工作的產物。這些基因中的大多數提供了有關如何使眼睛一部分的信息。例如,一個基因提供了構建光敏色素的信息。另一個基因提供了製作鏡頭的信息。
使眼睛讀取的大多數基因像零件清單一樣讀取 - 該基因使它成為此基因,並且該基因使它成為現實。但是有些基因策劃了眼睛的結構。這些基因沒有提供指示來製作眼睛的一部分,而是提供有關何時何地構建和組裝零件的信息。為了保持其在控制眼睛形成過程中的作用,這些基因稱為“主控制基因”。
牽涉到眼睛的主要控制基因中最重要的是稱為PAX6。祖先PAX6Gene可能精心策劃了非常簡單的眼睛的形成 - 僅僅是一系列光感應細胞共同起作用,以告知原始生物,即何時在黑暗中或在陰影中露出何時在開放式中。
今天,那個早期的遺產PAX6吉恩(Gene)以令人難以置信的生物多樣性生活,從鳥類和蜜蜂到貝類和鯨魚,從魷魚到我和我。這意味著PAX6基因早於這些譜系的進化多樣化 - 在寒武紀時期,大約500m年前。
這PAX6Gene現在指導了眼睛類型的驚人多樣性的形成。除了簡單的眼睛之外,它還負責昆蟲的複合眼,該複合眼使用了許多光感應部分來構建完整的圖像。它還負責我們與脊椎動物親戚共享的眼睛類型:相機眼,帶有虹膜和鏡頭,液體內部和圖像感應視網膜的封閉結構。
為了創建這種精心製作的結構,活動PAX6受控變得更加複雜。為了適應這一點,進化增加了由單個的指令數量PAX6基因。
進行切割
像所有基因一樣PAX6基因是用DNA代碼編寫的指令。為了使代碼工作,需要讀取DNA,然後復制為另一種代碼。其他代碼稱為RNA。
RNA代碼很有趣,因為它可以編輯。一種稱為拼接的編輯將一塊從代碼的中間取出,並將兩端縫合在一起。剪接的奇蹟是,它可用於從同一片段的RNA代碼中生成兩種不同的說明。由PAX6可以以這種方式剪接。結果,可以從同一指令生成兩種不同的說明PAX6RNA。
在新研究,在納加馬山(Nagahama)生物科學與技術研究所和同事的Atsushi Ogura發現PAX6RNA剪接已用於在令人驚訝的譜系中創建相機眼。它發生在包括魷魚,墨菲魚和章魚的血統中。
頭足類動物具有與脊椎動物相機眼相同的相機眼。重要的是,頭足動物的眼睛完全獨立於我們的眼睛。頭足動物和脊椎動物的最後一個共同祖先存在於5億年前。
PAX6cepahlopods中的RNA剪接是一個很好的證明,表明如何通過完全不同的路線進行演化時尚等效溶液。使用類似的結構,進化可以提供非凡的創新。
馬爾科姆·坎貝爾(Malcolm Campbell)獲得了加拿大自然科學和工程研究委員會以及加拿大基因組的資助。
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