We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ar gali tiksliai tos pačios rūšies augalų genomas skirtis nuo kitų tos pačios rūšies augalų, augančių netoliese arba kitoje vietoje/šalyje ir pan.?
Ar galima atsekti lapą iki konkretaus augalo, remiantis DNR, jei mums būtų suteikta lapo „tėvinio“ augalo DNR ir dviejų bandomųjų augalų DNR, kurios yra visiškai tos pačios rūšies?
Trumpas atsakymas: Taip!
Dabar ilgesnis atsakymas. Taip, apskritai jie turi skirtingus genus, bet tai, ką galite pamatyti kaip skirtingus augalus, kartais gali būti klonai. Pavyzdžiui, drebulių medžiai, kurie paprastai auga kloninėse kolonijose.
Jei turėtumėte didžiulę augalų genetinės medžiagos duomenų bazę, galėtumėte ją atsekti. Atlikdami atranką galbūt galėsite išsiaiškinti, kur geografiškai buvo mėginys.
Turime atskirti augalus, kurie dauginasi lytiniu būdu, nuo tų, kurie dauginasi nelytiškai.
Dėl didesnio rekombinacijos greičio lytinio dauginimosi metu turėtų būti nesunku rasti savo augalą, kurio lapas atitinka. Nes galite pamatyti daug vieno nukleotido polimorfizmų ir galbūt kitų DNR pokyčių, būdingų augalui, kurio lapą radote.
Jei jūsų augalų rūšys dauginasi vegetatyvinio dauginimosi būdu, gali būti sunkiau, nes nerandate daug DNR pokyčių, dėl kurių jūsų augalas būtų unikalus. Tačiau kadangi vegetatyviškai besidauginančių augalų DNR yra mutacijų (žr. čia ir čia), tikriausiai turėtumėte pabandyti jas rasti.
Ką reiškia faktas, kad 95 procentus savo genų dalijamės su šimpanze? Ir kaip buvo gautas šis skaičius?
Yra daug įrodymų, patvirtinančių mintį, kad šimpanzės yra artimiausias genetinis žmogaus giminaitis. Pirmiausia tai buvo nustatyta atliekant daugybę tyrimų, kai kurie iš jų naudojo genomo DNR hibridizaciją, kad nustatytų sekos neatitikimų lygį, taip pat atskirų baltymų molekulių analizę. Šie ankstyvieji atradimai leido manyti, kad šimpanzės ir žmonės paprastai gali turėti sekos, kurios viena nuo kitos skiriasi tik maždaug 1 procentu.
Dabar turime didelius šimpanzės genomo regionus, visiškai suskirstytus į seką ir galime juos palyginti su žmogaus sekomis. Dauguma tyrimų rodo, kad lyginant šimpanzių ir žmonių genominius regionus, jų sekų tapatumas yra apie 98,5 proc. Tikrasis ryšys priklauso nuo lyginamų sekų tipų ir palyginimo vieneto dydžio. 2002 m. žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences paskelbtoje ataskaitoje teigiama, kad esant griežčiausiam derinimui, bendras panašumas būtų tik 95 procentai. Tai atsirado dėl to, kad tyrėjai pokyčius, susijusius su nedideliais bazių įterpimais ir ištrynimais, traktavo kitaip nei ankstesni tyrėjai labai dideliame regione. Vis dar lieka keletas klausimų, ar šimpanzės genomo sekos duomenys šiuo metu yra pakankamai kokybiški, kad būtų galima patikimai palyginti. Tačiau bendra išvada yra tokia, kad dauguma genų turėtų apie 98,5 procento panašumo. Tikrosios šių genų koduojamos baltymų sekos paprastai būtų šiek tiek panašesnės viena į kitą, nes daugelis DNR mutacijų yra „tylios“ ir neatsispindi baltymų sekoje.
Atsižvelgiant į labai didelį šimpanzės ir žmogaus genomo panašumą, daugelis žmonių stebisi, kuo mes galime būti tokie skirtingi. Šiuo metu buvo tik keli pavieniai genų, kurie funkciškai yra šimpanzėse, bet ne žmonėms, ir atvirkščiai, pavyzdžiai. Taigi šimpanzės ir žmonės gali turėti net 99,9 procentus tų pačių genų, o daugumos tų genų sekos yra 99 procentais panašios. Chromosomos taip pat neturi didelių struktūrinių skirtumų. Nors yra keletas nedidelių chromosomų pokyčių, kurie keičia genų tvarką tų chromosomų regionuose, manoma, kad dauguma jų nepakeičia genų funkcijos. Atrodo, kad žmogaus ir šimpanzės fenotipų skirtumai labiau priklauso nuo subtilių reguliavimo pokyčių, o ne nuo skirtingų genų buvimo. Pavyzdžiui, gali būti, kad kai kuriuose genuose yra pakitimų, kurie keičia šio geno gaminamo baltymo kiekį skirtinguose šimpanzės, palyginti su žmogaus, vystymosi etapais. Arba gali atsirasti nedidelių baltymų struktūrų pakitimų (nuo 1 procento skirtumo), dėl kurių pasikeičia jų sąveika su kitais ląstelių komponentais ir todėl subtiliai keičiasi būdai, kuriuose jie dalyvauja. Šiuo metu mes nežinome, kokių tipų pokyčiai lemia santykinai didelius šimpanzių ir žmonių skirtumus.
Verta paminėti, kad individualūs žmonės paprastai genetiškai skiriasi apie 0,1 proc. Taigi šimpanzės nuo žmonių skiriasi vidutiniškai apie 15 kartų daugiau nei žmonės viena nuo kitos. 0,1 procento žmonių skirtumai neabejotinai lemia reikšmingus skirtingų žmonių fizinės išvaizdos ir savybių skirtumus. Todėl turbūt neturėtume taip stebėtis, kad šimpanzės 98,5 procento gali būti susijusios su žmonėmis. Palyginti nedideli genetiniai pokyčiai gali sukelti didelių fenotipinių pokyčių.
Tarptautinė genomo komanda iššifruoja genetines instrukcijas visam gyvūnui
BETHESDA, Md. - Nors keli iš jų tilps ant smeigtuko galvos, mažytis apvaliosios kirmėlės, žinomos moksliniu pavadinimu kaip Caenorhabditis elegantiškas, Žmogaus genomo projekto tyrėjai iš JAV ir Didžiosios Britanijos paskelbė, kad sekvenavo gyvūno 97 mln. bazinį genomą. Tai pirmas kartas, kai mokslininkai išdėstė nurodymus pilnaverčiui gyvūnui, kuris, kaip ir žmonės, turi nervų sistemą, virškina maistą ir turi lytinių santykių. Darbas, atliktas Vašingtono universiteto medicinos mokykloje Sent Luise ir Sangerio centre Kembridže, Anglijoje, paskelbtas žurnalo gruodžio 11 d. Mokslas.
„Tai nepaprastai džiuginanti akimirka ir labiau pradžia nei pabaiga“, – sakė Robertas Waterstonas, St. Louis grupės, dirbusios aštuonerius metus, kad užbaigtų šį darbą, lyderis. "Mes suteikėme biologams galingą naują įrankį eksperimentuoti ir sužinoti, kaip veikia genomai. Galėsime užduoti klausimus, apie kuriuos anksčiau net negalėjome pagalvoti, ir atsakyti į juos."
Johnas Sulstonas, vadovavęs Medicinos tyrimų tarybos grupei Sangerio centre, sakė: „Kai aš ir Bobas 1980-ųjų viduryje pradėjome studijuoti kirminų genetiką, tapo aišku, kad geriausias būdas rasti genus, kurių ieškome, yra Žinoma, tai, ką dabar radome tame genome, gerokai pranoksta tai, ką galėjome įsivaizduoti.
Nors dauguma žmonių niekada nėra girdėję apie trumpą kirminą ilgu pavadinimu – gyvūno ilgis nuo galo iki galo yra maždaug 1 milimetras, maždaug 40 iš jų apimtų žodžius. Caenorhabditis elegantiškas – jie kasdien gyvena po kojomis. C. elegans, kaip juos vadina mokslininkai, gyvena vidutinio klimato regionuose. Saujoje dirvožemio gali būti tūkstančiai kirminų, slystančių vandens lašeliais, įstrigusiais tarp dirvožemio dalelių. Kai kurie jo pusbroliai nematodai yra parazitai, bet nešvarūs C. elegans pirmenybę teikia gerybiniam egzistavimui tarp pūvančių augalų. Grįžę į laboratoriją, padarai gyvena Petri lėkštelėse ir nuolat maitinasi bakterija E. coli.
Nors jis užima palyginti tolimą evoliucinio medžio šaką, C. elegans vis dėlto turi daug panašumų su žmonėmis, todėl jis yra svarbus organizmas, kuriame galima atlikti tyrimus, lygiagrečius žmogaus biologijai. Skirtingai nuo iki šiol sekvenuotų daug mažesnių mikrobų, C. elegans pradeda gyvuoti kaip viena apvaisinta ląstelė ir išgyvena daugybę ląstelių dalijimosi, kai išauga į suaugusį gyvūną. Proceso metu susidaro sudėtingi audiniai ir organų sistemos. Pavyzdžiui, apie 300 iš 959 suaugusio kirmino ląstelių sudaro nervų sistemą, kuri gali aptikti kvapą, skonį ir reaguoti į temperatūrą bei prisilietimą. Virškinimo vamzdelis eina per visą kirmino kūną. Susirasti sekso partnerį niekada nėra problema, nes dauguma šios rūšies atstovų turi ir vyriškus, ir moteriškus lytinius organus ir apvaisina save. Kadangi gyvūnas tiesiogine prasme yra skaidrus, jo kūno įvykius galima stebėti mikroskopu.
Per savo gyvenimo trukmę nuo dviejų iki trijų savaičių, C. elegans vykdo daug tų pačių procesų, kaip ir žmonės: jie vystosi embrionuose, valgo, dauginasi, sensta ir miršta. Taigi mokslininkai nustatė, kad jie ypač naudingi ankstyvam vystymuisi, neurobiologijai ir senėjimui tirti. Tiesą sakant, kiekvienas kirmino nervų sistemos ryšys buvo pažymėtas, o kiekvienos suaugusio gyvūno kūno ląstelės kilmė buvo stebima nuo apvaisinimo momento. Slieko genetinė medžiaga yra supakuota į šešias chromosomas. Pagal Mokslas Ataskaitoje kirmino genomo analizė atskleidė 19 099 baltymus koduojančius genus – maždaug po vieną iš 5000 DNR bazių – ir maždaug 800 genų, kurie atlieka kitas funkcijas. Tai kelis kartus daugiau nei genų, numatytų klasikiniais genetikos eksperimentais. Apie 40 procentų iš 19 099 genų atitinka kitų organizmų, įskaitant žmones, genus. Kiti 60 procentų reiškia naujas paslaptis, kurios laukia paaiškinimo.
Pačios chromosomos labiau primena žmogaus, o ne bakterijų ar mielių chromosomas. Juose yra daug pasikartojančios DNR, kuri nekoduoja baltymų, bet tikriausiai atlieka tam tikrą vaidmenį chromosomų funkcijoje arba genų organizavime ar jų aktyvumo reguliavime.
Beveik dešimtmetį komandos abiejose Atlanto pusėse iškirpo ir sekvenavo milijonus kirminų DNR bitų, įklijavo juos į ilgus dokumentuotos sekos ruožus ir įtraukė į viešą duomenų bazę. Lėtai ir iš pradžių buvo tik keli tyrėjai, o po maždaug 1993 m. projekto dydis, našumas ir finansavimas išaugo. Be kasdienių kontaktų el. paštu, visas laboratorijos personalas kasmet keliaudavo pirmyn ir atgal iš Sent Luiso į Kembridžą, kol jų skaičius išaugo. puiku. Grupės lyderiai Waterstonas ir Sulstonas vėliau pasitelkė įprastus sekmadienio telefono skambučius. – Laimei, – tarė Voterstonas, – Džonas yra naktinis.
„Mokslininkai turėtų būti vieniši žmonės, bet iš tikrųjų buvo smagu ir labai naudinga dirbti su talentingais žmonėmis, kuriuos turime abiejose Atlanto pusėse, – sakė Waterstonas, – tiesiog stebėti, kaip susilieja protas ir talentai. dirbti su šia problema“.
Abi komandos dalijosi informacija ne tik tarpusavyje, bet ir su bet kuriuo norinčiu mokslininku. „Šių grupių įsipareigojimas nuo pat pradžių pateikti savo sekos duomenis mokslininkų bendruomenei yra nuostabus“, – sakė Francisas Collinsas, Nacionalinio žmogaus genomo tyrimų instituto direktorius, pagrindinis Žmogaus genomo projekto dalyvis. „Tai būdinga Žmogaus genomo projekto dvasiai ir būtent taip mes planuojame vykdyti savo sekos nustatymo programą žmogaus genomui ir kitiems pavyzdiniams organizmams.
Pastaraisiais metais, kai kirminų sekvenuotojai pradėjo veikti, kelios dešimtys sekvenavimo aparatų dūzgia visą parą ir daugeliu savaitės dienų. Anot Waterstono, pirmoji pamaina į laboratoriją atvyko 5.30 val., kad iškrautų praėjusios nakties bėgimą. Paskutinė pamaina, kuri išėjo iš laboratorijos apie vidurnaktį, aparatai ūžė iki paryčių. Iš viso 2 milijonai „perskaitymų“ išrašė kirminų seką po 500 bazių vienu metu.
Žmogaus genomo projektui (HGP) kirmino genomo užbaigimas yra dar viena sėkmė daugelyje skubių etapų. Neseniai projektas paskelbė, kad paspartins pastangas užbaigti 3 milijardų bazinių porų žmogaus genomo seką dvejais metais anksčiau, iš dalies dėl to, kad kirminų sekvenatoriai sukūrė tokius sėkmingus sudėtingų genomų metodus. „Bob ir John darbas suteikė mums daug pasitikėjimo, kad galime atlikti žmonių seką greičiau nei planuota“, - sakė Collinsas. „Dabar kaip niekad norime gauti instrukcijų knygą žmogui.
Kirmėlių grupę Genomo sekos nustatymo centre Sent Luise finansuoja Nacionalinis žmogaus genomo tyrimų institutas, kuris yra Nacionalinių sveikatos institutų dalis – pagrindinė federalinės vyriausybės biomedicininių tyrimų institucija. Kirminų grupę Sanger centre finansuoja Didžiosios Britanijos medicinos tyrimų taryba.
"Nematodo C. elegans genomo seka: platforma biologijai tirti.„Genomo sekos nustatymo konsorciumas. Mokslas 282: 2012-2021, 1998.
Žmonių ir šimpanzių panašumai
Šimpanzės genetiškai yra labai artimos žmogui, o iš tikrųjų šimpanzės dalijasi apie 98,6% savo DNR. Mes dalijamės daugiau savo DNR su šimpanzėmis nei su beždžionėmis ar skirtingomis komandomis ir net su skirtingomis beždžionėmis!
Mes abu žaidžiame, turime sudėtingus jausmus ir intelektą bei tikrai susijusias fizines struktūras, kad galėtume nustatyti panašumus tarp žmonių ir šimpanzių.
Kadangi primatai yra susiję, jie yra genetiškai intensyviai susiję vienas su kitu. Žmogaus DNR paprastai yra 96% panaši į mūsų tolimiausių primatų DNR ir praktiškai 99% panaši į mūsų artimiausius giminaičius, šimpanzes ir bonobus.
Tuo tarpu genetinis skirtumas tarp konkrečių žmogaus teisių šiuo metu yra labai minimalus – apie 0,1 proc., o šimpanzės genomo identiškų bruožų tyrimas reiškia apie 1,2 proc.
Bonobo (Pan paniscus), kuris yra artimas šimpanzių (Pan troglodytes) pusbrolis, skiriasi nuo žmonių.
DNR seka, kuri gali būti tiesi priešingai tarp 2 genomų, yra 99 % panaši viena į kitą.
Kai atsižvelgiama į DNR intarpus ir ištrynimus, žmonės ir šimpanzės vis dėlto dalijasi 96% jų sekos. Kalbant apie baltymų proporciją, šimpanzėse ir žmonėse randama 29 % genų, koduojančių panašias amino sekas.
Naujausios išvados apie šimpanzių elgesį ir prielaidas dar kartą įrodė, kad šie primatai gali būti vadinami žmonių „pusbroliais“.
Jie ne tik čiulba kaip mes, bet, be to, tylėdami šypsosi, jie yra gurmanai, žaidžia, suvokia tiesą, kurią jaučia ir gali atskirti tiesą nuo melo, be to, savo požiūrį į draugystės puoselėjimą.
1. Šimpanzės provokuoja muštynes
Iš visų pasaulio rūšių žmonės ir šimpanzės yra vieni iš tų, kurie dalyvauja grupėse, siekdami užpulti skirtingus savo rūšies narius. Skirtingomis frazėmis kiekviena rūšis gali sąmoningai išprovokuoti kovą.
O primatų atveju muštynės kyla ne dėl kišimosi su žmonėmis, kuris kurį laiką buvo klaidingai laikomas šių gyvūnų rodomų agresyvumo rodiklių priežastimi.
Smurtinius veiksmus jiems pribloškia adaptyvi technika, pirmiausia pagrįsta vertinimo procesu.
Agresyvumas didėja tankesnėse populiacijose ir tose, kuriose yra didesnė patinų įvairovė. O aukos dažnai būna konkuruojančių bendruomenių nariai.
2. Šimpanzės žino tiesą, kurią prisiima
Šimpanzės turi metapažinimą, tai reiškia, kad jos gali atkartoti savo pačių idėjas ir psichologinius procesus, kaip ne taip seniai įrodė mokslininkai.
Anot autorių, šie primatai suvokia, ką daro, ir neturi supratimo, o visų pirma tuo remdamiesi gali apytiksliai pasitikėti savo atsakymais ir atitinkamai elgtis, taip suteikdami jiems galimybę protingai pasirinkti.
3. Šimpanzės mieliau žaidžia
Vaikai nėra tie, kurie ištisas valandas praleidžia mėgaudamiesi ir linksmindamiesi. Šimpanzės vaikystėje ir „jaunystėje“ linksmai praleidžia daug valandų, kurias elgsenos mokslininkai apibūdino kaip bet kokį pratimą, kuris neduoda jokių aiškių ar greitų pranašumų.
Pizos koledžo (Italija) mokslininkai įrodė, kad socialiniai žaidimai, kurie nėra atliekami vieni su skirtingomis šimpanzėmis, padeda jiems užmegzti tvirtus socialinius santykius ir ugdyti bendradarbiavimo nuostatas.
Žmonėms augant primatams keičiasi sporto režimai ir žaidimo draugai. Be įvairių problemų, žaidimai yra labiau bendradarbiaujantys ankstyvoje vaikystėje ir tampa ypač agresyvūs, kai jaunesni primatai sensta.
4. Šimpanzės yra teisingos ir etiškos
Tiesiog sąžinė žmonėms nėra išskirtinė. Šimpanzės taip pat diskriminuoja nuspręsdamos, koks elgesys yra netinkamas, ypač kai jis paveikia jaunesnes ir vaikus šimpanzes.
Ciuricho koledže atliktame tyrime, kuris buvo išspausdintas žurnale „Human Nature“, paaiškėjo, kad jei šimpanzė pamato scenas, kaip vaiką žaloja ar nužudo vienas kitas jos asmeninės rūšies atstovas, ji reaguoja su pasipiktinimu. pyktis, vienas dalykas, kuris nepasitaiko smurto tarp suaugusių beždžionių aplinkybėmis.
Tyrimas rodo, kad šių primatų moralės būdas yra toks pat kaip ir žmonių.
Ypač šimpanzės yra linkusios duoti teisingą ir lygiavertį dovanojimą ir tenkina tik tokias savo draugų dovanas.
„Šimpanzėms, kurios yra labai linkusios bendradarbiauti laukinėje gamtoje, jautrumas vienodam atlygio paskirstymui yra evoliucinė nauda, nes bendradarbiavimas suteikia pranašumų“, – teigia analizės autoriai.
5. Šimpanzės prisijaukina draugystę
Jei kyla abejonių, tiesiog paklauskite Filippo Aureli, kuris, radikaliai ištyręs tų primatų elgesį,
padarė išvadą, kad jie gyvena apsupti gerų draugų, t.
Jie netgi guodžia vienas kitą ir mažina įvairių grupės narių stresą, kaip Aureli ir kolegos parodė PNAS išspausdintame tyrime.
Renkantis bičiulį, primatai yra selektyvūs. Remiantis Vienos koledžo atliktais tyrimais, tarp šimpanzių, turinčių tikrus asmenybės bruožus, užsimezga malonūs santykiai.
Ypač bendraujantys žmonės susitinka vienas su kitu, o skirtingos drovios šimpanzės ieško skirtingų vienodai nedrąsių žmonių, siekdamos bendrauti.
Tai panašu į „panašumo poveikį“ žmonėms, o tai yra tik polinkis, kad šios temos panašios į mus pačius.
6. Šimpanzės yra gurmanai
Kadangi šimpanzės neturi įėjimo į prekybos centrus ar maitinimosi vietas, jos yra pasirengusios keliauti į bet kokį atstumą, kad surastų mėgstamus elementus ir surengtų sultingą puotą.
Tokią išvadą ne taip seniai padarė mokslininkai iš Harvardo universiteto (JAV), be to, įrodydami, kad šimpanzės su žmonėmis dalijasi virti, o ne termiškai apdorotais patiekalais, be to, kad jos gali žinoti transformacijos procesus, vykstančius gaminant maistą.
Primatai nedvejodami renkasi tarp virtų ir žalių bulvių.
Mokslininkai teigia, kad vienas veiksnys, kurio jiems trūksta, kad jie galėtų galvoti apie virėjus, yra židinio valdymas. Bet jei jiems duodamas įkaitintas puodas ar keptuvė, eksperimentai rodo, kad jie išmokomi iš karto išmokti jį naudoti.
7. Šimpanzės turi skaitinį reminiscencijos intervalą
Jei manote, kad žmonės visomis pažinimo galimybėmis lenkia šimpanzes, esate klaidingi.
Kadangi tai įvyksta, jaunesnės (5 metų amžiaus) šimpanzės galia atsiminti skaičius, rodomus žymiai padidintoje platformoje, nei suaugusio žmogaus, atsižvelgiant į eksperimentą, atliktą Kioto universitete (Japonija) .
Mokslininkai tai priskiria lygiaverčiam eidetiniam ar fotografiniam prisiminimui, tai yra galia artimai prisiminti tai, ką matė ar girdėjo, kuri šiuo metu yra jaunuolių ir mažėja su amžiumi.
8. Jie žino, kaip išmokti šypsotis
Šie primatai gali tylėdami šypsotis, garsiai čiulbėti ar pratrūkti juoktis, skleisti ir prisitaikyti kalbėdami optimistinius jausmus, kurie iki šiol buvo laikomi nauja žmogaus funkcija.
Kiekviena smulkmena reiškia, kad veido išraiškos, susijusios su juoku, jau buvo mūsų protėvių primatų, kurios buvo ilgesnės anksčiau nei išsivystė žmogus.
Viena šypsena, kuri kol kas atrodo išskirtinė žmogui, yra vadinamoji Diušeno šypsena, spontaniška išraiška, atpažįstama iš nevalingo akiduobės raumens susitraukimo –
kuris supa akis – kurio susitraukimas pakelia skruostus ir formuojasi raukšlės arba „varnos pirštai“ per akis.
Tai tikra ir tikra šypsena ir yra susijusi su proto limbinės sistemos, kurioje generuojami jausmai, aktyvavimu, kaip praeityje įrodė prancūzų neurologas Guillaume'as Duchenne'as.
9. Šimpanzės naudoja instrumentus
Vienas iš būtiniausių daktarės Jane Goodall atradimų buvo tai, kad šimpanzės naudoja instrumentus. Nors negalėjome jų panaudoti skanių termitų, tokių kaip mūsų giminės primatų, ieškojimui, jie tikrai pravers beveik visoms kitoms dalims!
10. Šimpanzės smegenų dydis yra didesnis
Nors žmogaus smegenys yra didesnės, jos savo struktūra panašios į šimpanzės. Tai reiškia, kad šimpanzės sugeba samprotauti, abstrahuoti ir apibendrinti. Jie netgi pripažins save veidrodyje – dauguma skirtingų gyvūnų to negali!
11. Šimpanzės turi aukštesnį jausmą
Šimpanzės mato ir patiria pasaulį daug, kaip ir mes. Jų regėjimas, kvapas, klausymasis ir kontaktas yra panašūs į mūsų asmeninius panašumus tarp žmonių ir šimpanzių.
12. Šimpanzės kutena
kutenant šimpanzės čirškia. Jūs liudijate Tango, Čimpungos prieglaudos šuo, kuris kutena Mambou pasiduoti.
13. Šimpanzės turi dalijimosi įpročius
Mes, jaunuoliai, mokome dalytis. Ar žinote, kad šimpanzės dalijasi maistu ir instrumentais?
14. Šimpanzės yra empatiškos
Šimpanzės ne tik kalba kaip žmogus, be to, jos demonstruoja didelius jausmus kartu su malonumu, nusivylimu, rūpesčiu ir net empatija.
Kitas rekomenduojamas skaitymas
15. Šimpanzės kaulai ir sistema yra identiški žmonių
Šimpanzės kūnas panašus į žmogaus. Dabar mes turime vienodus kaulus, raumenų grupes, nervų sistemas ir identišką rankų ir kojų pirštų įvairovę.
16. Šimpanzės yra komandinės medžioklės
Vienas iš daugelio ankstyviausių Jane Goodall atradimų buvo tai, kad šimpanzės medžioja mėsą. Panašiai kaip žmonės, jie tai daro komandose.
17. Šimpanzės yra socialios
Kaip ir mes, pirmieji 5 šimpanzės gyvenimo metai praleidžiami mėgaujantis, bendraujant ir kuriant stiprų kūdikio ir mamos ryšį.
18. Šimpanzės turi prasmingą kūno kalbą
Kaip ir žmonės, šimpanzės kalbėdami naudoja kūno kalbą. Jie bučiuojasi, apkabina, vėl paglostyti vienas kitą, prižiūri pirštus ir purto kumščius.
Tikiuosi, kad buvo verta perskaityti šį straipsnį apie žmonių ir šimpanzių panašumus.
Mokslo autoriai teigia, kad ryžiai, pirmasis pasėlių augalas, kurį reikia sekti, gali padėti kovoti su badu pasaulyje
Šio leidinio vertimai pateikiami japonų, kinų (supaprastinta) ir kinų (tradicine) kalbomis. Norint peržiūrėti vertimus, jums reikės Adobe Acrobat Reader 5.0 su azijietiško šrifto paketu. Šią versiją galite atsisiųsti iš „Adobe“ svetainės.
Kasdien nuo bado ir susijusių priežasčių miršta 24 000 žmonių, o 800 milijonų žmonių eina miegoti alkani. Didėjant žmonių skaičiui ir mažėjant dirbamoms žemėms, maisto trūkumas, kurį sukėlė sausra, politiniai neramumai, skurdas ar kitos sudėtingos priežastys, tikimasi, kad jis taps vis aštresnis.
Žurnalo vyriausiasis redaktorius Donaldas Kennedy sakė, kad genetinis kodas, esantis už ryžių, kurie yra būtini daugiau nei pusei pasaulio gyventojų, „paspartins mitybos kokybės, derliaus ir tvaraus žemės ūkio gerinimą, kad atitiktų augančius pasaulio poreikius“. Mokslas, paskelbtas Amerikos mokslo pažangos asociacijos (AAAS).
Keista, bet ryžiai gali būti daug sudėtingesni, nei kada nors spėjo mokslininkai, tankiai apgyvendinti daugybe mažų genų – galbūt net daugiau genų nei žmogaus genomas. Ryžių genomas taip pat gali būti nebrangus planas tiriant panašius javų pasėlius, tokius kaip kukurūzai, kviečiai ir miežiai.
Ryžiai, moksliškai žinomi kaip Oryza sativa („arba-EYE-za sah-TEE-va“), yra pagrindinis kalorijų šaltinis daugiau nei trečdaliui pasaulio gyventojų.
Ryžių atmaina, indica , kurią sekvenavo Jun Yu iš Pekino genomikos instituto ir Vašingtono universiteto genomo centro su kolegomis iš 11 Kinijos institucijų, yra pagrindinis porūšis Kinijoje ir kituose Azijos ir Ramiojo vandenyno regionuose. Kryžminant indica padermę su kita veisle, gaunamas superhibridas, kurio derlius iš hektaro yra 20–30 procentų didesnis nei kitų ryžių kultūrų.
Antroji komanda, vadovaujama Stepheno Goffo ir kolegų iš Syngenta, tyrinėjo japonikos arba Nipponbare porūšį, paplitusią sausringesniuose regionuose. Ryžiai, kuriuose yra daugiau vitaminų, gali atsirasti dėl Syngenta tyrimų, Goffas sakė: Japonica genomas turėtų atskleisti geną, atsakingą už beta karotino biosintezės kelius, kurie palengvina vitamino A gamybą. Jis pridūrė, kad genetinė informacija apie ryžius taip pat gali sudaryti sąlygas ištvermingesniems, atsparesniems kenkėjams pasėliams ir padėti pagerinti javų naudingumą plytų statybai, vandens filtravimui ir įvairiems kitiems tikslams.
Indica seka, pasiekiama GenBank, ir japonica seka, pasiekiama per Syngenta ir sąlyginio deponavimo sutartį su Science , padės mokslininkams tęsti genomikos tyrimus ir galiausiai pagerinti pasaulinį maisto tiekimą. Pagal naują AAAS susitarimą „Electronic Information for Libraries“ (EIFL) „Science“ paskelbta informacija bus laisvai prieinama regionams, kuriuose ji greičiausiai atneš daugiausiai naudos. Pagal EIFL susitarimą ne pelno organizacijos 41 skurdžiausioje pasaulio šalyje gaus nemokamą prieigą prie žurnale Science paskelbtų straipsnių.
Indica ryžių sekos juodraštyje, kurį pagamino Jun Yu ir jo kolegos, yra 466 milijonai bazinių porų – 3,7 karto didesnė nei vienintelio kito sekvenuoto augalo genomo, garstyčių augalo Arabidopsis, bet 6,7 karto mažesnė už žmogaus genomą.
Kaip ryžių genomas lyginamas su žmogaus genomu? Indica genome yra 45 000–56 000 genų, o vidutinis kiekvieno geno ilgis yra 4 500 bazinių porų. Dėl žmogaus genų skaičiaus vis dar diskutuojama, bet gali būti apie 30 000–40 000, o vidutinis genų ilgis yra 72 000 bazinių porų. Arabidopsis apima maždaug 25 498 genus, kurių vidutinis geno ilgis yra apie 2000 bazinių porų.
Genų ilgio skirtumai gali reikšti skirtingus baltymų įvairovės generavimo mechanizmus: Indica genomas (kaip ir Arabidopsis genomas) rodo plataus genų dubliavimosi požymius, kai dubliuojasi daugiau nei 70 % genų.
Yu komanda siūlo, kad mažesnių genų dubliavimasis gali sukelti baltymų įvairovę, reikalingą adaptacinei augalų evoliucijai. Stuburiniai gyvūnai, kaip ir žmonės, gali generuoti įvairius baltymus per procesus, tokius kaip genų sujungimas, kurie suskaido ir sujungia santykinai didesnius genus į naujus derinius.
Maždaug 1,7 procento indica genomo sudaro paprasti sekos pasikartojimai, o sudėtingi sekos pasikartojimai sudaro dar vieną procentą. Paprasti pakartojimai apima tik kelias bazių poras ir gali būti naudingi „žymekliai“ arba atskaitos taškai išilgai genomo.
Sudėtingi pasikartojimai arba „perkeliami elementai“ yra DNR sekos, kurios šokinėja aplink genomą. Nors dauguma žmogaus genomo transpozonų randami intronuose arba nekoduojančiose genų dalyse, dauguma dviejų augalų genomų transpozonų yra tarp genų, pažymėjo mokslininkai.
Norėdami sekti indikos genomą, Yu ir kolegos naudojo tą patį „viso genomo šautuvo metodą“, kuris anksčiau buvo naudojamas vaisinės muselės genomui sekti, o privatūs mokslininkai, nustatydami žmogaus genomo seką.
Yu komanda sukūrė daug žinomo ilgio DNR fragmentų iš viso ryžių genomo. Fragmentų, išdėstytų pagal regionus, kuriuose jų DNR sekos sutampa, kiekio pakako, kad genomas apimtų maždaug keturis kartus. Tada mokslininkai nustatė kiekvieno fragmento bazinių porų seką ir naudojo kompiuterinę programą, kad surinktų juos į ilgesnius segmentus. Šie segmentai (vadinami „kontigais“, nes jie nurodo genominius regionus, kuriuose sutampa gretimos DNR sekos) buvo sutvarkyti ir surinkti į 103 044 didesnius komponentus, vadinamus „pastoliais“.
Tyrėjai ieškojo genų indica genome, tiesiogiai lygindami ryžių sekas su žinomomis genų sekomis, saugomomis viešose duomenų bazėse ir iš genų numatymo programinės įrangos. Jie taip pat naudojo programinę įrangą, kad klasifikuotų ryžių genus pagal bendrąsias funkcines kategorijas, tokias kaip metabolizmas, ląstelių ryšys ir ląstelių augimo reguliavimas.
Siekdama patvirtinti tikslumą, Yu grupė surinko visas viešai prieinamas ryžių genų sekas ir ryžių genų žymenis ir ieškojo tų sekų indica juodraštyje. Jų išvados rodo, kad indica genomo juodraštis apima 92 procentus viso ryžių genomo.
Antrame tyrimo etape komanda parengs išsamesnę seką, kuri bus integruota su fiziniais ir genetiniais ryžių genomo žemėlapiais. Išsamesnė seka turėtų atskleisti visas dabartinio projekto spragas, kuriose gali būti genų, ir suskirstyti visus genus į funkcines kategorijas.
LYGINIMAS RYŽIAI IR ARABIDOPSIS
Yu palyginus indica ir Arabidopsis genomus atskleidė tam tikrus panašumus tarp dviejų augalų genomų, palyginti su žmogaus genomu (pvz., genų dubliavimąsi). Tačiau analizė taip pat atskleidė įdomių skirtumų tarp šių dviejų augalų, atstovaujančių dviems pagrindiniams sėklas nešančių augalų tipams – vienaląsčiams ir dviskilčiams. Ryžiuose randama 80,6 procento Arabidopsis genų, tačiau tik 49,4 procento indica genų yra Arabidopsis.
Ši asimetrija gali reikšti, kad ryžių genomas yra Arabidopsis genomo „supersetas“, masinio genų dubliavimosi rezultatas, ir gali atskleisti, kaip vienaląsčiai ir dviskilčiai išsivystė ir išsiskyrė prieš maždaug 200 milijonų metų.
Stepheno A. Goffo ir kolegų parengtoje japonica juodraštinėje sekoje yra 389 iš jų apskaičiuotų 420 milijonų bazinių porų ryžių genomui. Programinės įrangos prognozavimo programos rodo, kad japonikos genome yra nuo 42 000 iki 63 000 genų. Grupės analizė neapima vidutinio geno ilgio, tačiau jie rodo, kad sekos, kurios greičiausiai yra genai, yra ilgesnės nei 500 bazinių porų.
Panašu, kad japonikos genome, kaip ir indikos genome, įvyko didelių dubliavimosi įvykių: maždaug 75 procentai nuspėjamų japonikos genomo genų gali būti pasikartojantys. Didžioji šio dubliavimosi dalis galėjo būti atlikta per santykinai mažus epizodus, o paskutinis dubliavimo įvykis gali būti visai ne toks neseniai, įvykęs prieš 40–50 milijonų metų, teigia Goffas ir kiti.
Mokslininkai nustatė daugiau nei 40 000 paprastų dviejų, trijų ir keturių bazinių porų pakartojimų. Kaip ir Indica paprastos sekos kartojimai, tai gali būti naudingi žymekliai veisimo ir populiacijos genetikos tyrimams.
Goffo grupė taip pat naudojo šautuvo metodą japonikos genomui sekti, galiausiai surinkusius sekvenuotus fragmentus į 38 357 kontigus. Although the researchers used some publicly funded rice genome data as markers to guide the assembly, no public rice genome data was incorporated into their draft.After translating the predicted genes into proteins, the researchers used another software program to sort them into functional categories. The results indicate that the majority of classified japonica genes are involved in cell communications and metabolism. The analysis also identified specialized phosphate transporter genes, critical for plants' uptake of this important nutrient from the soil.
More than 95 percent of publicly available rice gene sequences, and 99 percent of a proprietary collection of over 100,000 rice cDNA sequences, are also contained within the japonica draft genome, Goff said.
As with indica , researchers said their draft is incomplete, but "provides a solid foundation for completing a high-accuracy sequence, enabling gene identification and facilitating physical and genetic mapping."
The rice genome may also aid researchers working on the genomes of other important cereal crops such as maize and wheat. Goff and colleagues were able to match 98 percent of publicly available maize, wheat and barley protein sequences to sequences within the japonica genome. Analysis also confirms that rice shows extensive "synteny" with these cereals--or, conservation of gene order and orientation between comparable chromosomes. The considerable overlap in genomes may make it easier to search for genes of interest, and to identify key regulatory regions across the genomes of these important crops.
COMPARING RICE AND ARABIDOPSIS
Goff's comparison of the japonica and Arabidopsis genomes revealed similarities in genes related to disease resistance, and in some flowering time genes. Like the indica draft, the japonica draft contains roughly double the number of genes in the Arabidopsis genome, and around 88 percent of Arabidopsis ' genes can be found in the rice genome.
The japonica team searched for signs of any lateral transfer of genes between the rice and human genomes, a topic of recent interest, with the advent of genetically modified foods. Although rice and humans do share some sequence data, "there was no evidence to indicate that these genes or any genetic material had been laterally transferred to humans or human ancestors," suggesting that gene transfer from genetically modified rice would be unlikely, according to Goff's team.
The American Association for the Advancement of Science (AAAS) is the world's largest general scientific organization, and publisher of Science . Founded in 1848, the AAAS serves 134,000 members, as well as 273 affiliated organizations, representing 10 million individual scientists.
For additional information on this research, or to obtain artwork, please contact the AAAS News and Information Office at (202) 326-6440, or [email protected]. Registered journalists may find information on the EurekAlert! web site, http://www. eurekalert. org.
(World hunger statistics, cited above, were developed by the United Nations World Food Programme.)
Atsisakymas: AAAS ir EurekAlert! nėra atsakingi už naujienų pranešimų, paskelbtų EurekAlert, tikslumą! prisidedančios institucijos arba už bet kokios informacijos naudojimą per EurekAlert sistemą.
Space aliens are breeding with humans, university instructor says. Scientists say otherwise.
Maybe you've never seen any space aliens, but recent polls indicate that up to 6 percent of Americans claim to have been abducted by them. The experience doesn't sound pleasant. The extraterrestrials are often said to take their captives to their saucers, lay them out on a table and extract sperm from the men and impregnate the women.
If you're familiar with UFO lore, you know there are a couple of common explanations for these breeding experiments. One is that the aliens are in a reproductive bind on their home world: They can no longer successfully procreate and so have come to Earth to use humans as incubators to spawn alien offspring. The other is that the aliens are producing hybrid beings that will somehow help them take over our planet.
Scientists, of course, are dubious of such claims. After all, there's never been any good evidence that the abductions are taking place. No one ever seems to bring along a cellphone to take photos or to pocket an artifact from the saucers.
But an instructor at the University of Oxford in England believes the abductions are real. Young-hae Chi, who teaches Korean at the university, also claims to know what the aliens have in mind. In lectures given at the university, he says they're creating alien-human hybrids as a hedge against climate change. To support his unorthodox theory, Chi notes that for several decades the number of reported alien abductions has risen. He bases this statement on the work of David Jacobs, a retired Temple University historian who has published several books on ufology and who runs the International Center for Abduction Research.
Jacobs has interviewed more than a thousand people who claim to have been abducted, using hypnotic regression that apparently allows them to recall their unearthly encounters with aliens. (Mind you, this too is controversial, and Jacobs himself admits that people should be skeptical of these recollections.)
Chi takes the claims at face value, and links the growing number of abductees cataloged by Jacobs to the increase in atmospheric greenhouse gases. He doesn't imply a cause and effect: The abduction experiment is not responsible for global warming. Rather, it's a reaction to it. The extraterrestrials are producing hybrids that can better withstand the rigors of a toastier planet. By producing a new model of Homo sapiens, this project would eliminate the need for difficult climate accords or elaborate geoengineering projects. It would also help the aliens themselves — who are said to be living among us — by preserving the part of their DNA that's carried by the temperature-tolerant hybrids.
Susijęs
Space 'Zoo hypothesis' may explain why we haven't seen any space aliens
Of course, human-alien hybrids, no matter how well adapted to a warmer world, don't address the crux of the climate change problem. Even unimproved humans can handle hotter temperatures after all, they already live in a plethora of steamy environments including the Congo, Amazonia and downtown Tucson. Rising sea levels could be dealt with too, by building dikes along the seaboards and writing off Miami Beach.
But it's the other inhabitants of the planet that are problematic — crops and critters that will either migrate toward the poles or disappear altogether. These, after all, are essential to both our environment and our food supply. Does the Oxford instructor presume that these other earthly residents are also being re-engineered by the aliens?
In addition, Chi's argument rests on the fact that two things have simultaneously increased in the past several decades: the number of reported abductions and the concentration of atmospheric carbon dioxide. Of course, many other things have risen during this time, too — including the price of bacon and the number of TV channels. It's a big jump from a coincidence in timing to an alien project to produce a climate-resistant species.
Eventually, this weird theory will be vindicated or vanquished by observation. Chi says the reason we don't see the aliens is that they are largely unrecognizable. "The first generation hybrids still have physical features distinctive to aliens'" he told NBC News MACH in an email. "But from the second generation . they have almost indistinguishable bodily features from those of humans, although they may still carry at least one fourth of alien genes."
The inability to discern anything odd about the appearance of the hybrids is both convenient and unconvincing. They live among us, but we don't notice. And meanwhile, the concentration of atmospheric carbon dioxide continues to climb. It seems unlikely that humanity will ultimately find this situation less threatening thanks to an alien re-build.
But still, you might want to check your 23andMe results. Maybe you're already a hybrid.
6 Traits Humans Inherited From Fish
What’s so fishy about human anatomy? A lot! Just look at these gifts from our aquatic ancestors.
1. Embryos
Look closely at any mammal, bird, or amphibian embryo—they all look the same. That’s because they all inherited genes from a common, fishy ancestor. During the middle stage of development—called the phylotypic period—a special combination of those genes becomes active, while some get turned off. Those active genes become the blueprints for your body.
2. Our Voice
Fish can’t talk, but they do have gills—and that’s where our voices come from. Just like fish, human embryos have gill arches (bony loops in the embryo’s neck). In fish, those arches become part of the gill apparatus. But in humans, our genes steer them in a different direction. Those gill arches become the bones of your lower jaw, middle ear, and voice box.
3. Sense of Hearing
How did gills become part of the ear? Just look at the fossil evidence. The ancient fish Eusthenopteronas lived about 370 million years ago. It had a problem, though: A small part of the jawbone—the hyomandibula—poked into its gills. A few million years later, that same pesky bone formed a cavity by the ear of Eusthenopteronas’s descendents. There, it started amplifying sound—travel down the fossil record even further, and you’ll see that the bone had become the stape, the part of the ear that helps us hear.
4. Hernias
Fish gonads sit near the heart. In human embryos, the gonads form deep in the chest—just like in fish. However, since we’re warm-blooded, these gonads need to go somewhere cool. After 12 weeks, they start to descend, and for men, they break through the body wall and form testicles. But breaking through the body wall leaves behind a weak spot, which is why it’s relatively easy for humans to get hernias.
5. Fingers
Fish don’t have fingers, but they do have the gene that makes fingers possible. In the 1980s, scientists discovered a special gene called “sonic hedgehog,” which helps animals form digits. When scientists mutated sonic hedgehog in various animals, the creatures all grew extra fins and fingers (people with polydactylism—that is, six fingers—suffer from a sonic hedgehog overload). A surge in sonic hedgehog helped ancient fish crawl onto land.
6. Our Faces
You know that groove above your upper lip, just below the nose? That’s the philtrum. It’s there because, as an embryo, your face looked kind of fishy. Your eyes started at the side of your head and your nostrils and lips grew at the top (you looked a little like an eel). After a couple of months, those features migrated: Your eyes squeezed inward while your lips and nose dropped. The transformation left behind a tiny divot above your upper lip, and gave men everywhere a place to grow terrible mustaches.
Do plants have distinctive DNA genomes from each other like humans do? – Biologija
SANTRAUKA
This action funds an NSF Postdoctoral Research Fellowship in Biology for FY 2015, Broadening Participation. The fellowship supports a research and training plan in a host laboratory for the Fellow and a plan to broaden participation of groups under-represented in science. The title of the research plan for this fellowship to Christopher A. Emerling is "The genetics of extreme adaptations in anteaters, armadillos, sloths and other mammals". The host institution for this fellowship is University of California, Berkeley, and the sponsoring scientist is Dr. Michael W. Nachman.
Anteaters, armadillos and sloths (xenarthrans) represent a group of mammals that evolved from a common ancestor 65 million years ago in South America. The group as a whole is characterized by a variety of extreme features, including a major reduction in dentition, an inability to discern colors and see in bright light, and an incredibly low metabolism. Individually the three subgroups have bizarre adaptations as well, such as strict ant- and termite-eating in anteaters and upside-down locomotion in tree sloths. While together these and other traits demonstrate the strangeness of xenarthrans, many of these features have independently evolved in various groups of mammals. The presence of such extreme traits in different mammals provides the opportunity to test for the genetic basis of the evolution of anatomical and physiological features. This research involves sequencing the genomes of eight xenarthrans and making comparisons with published genome sequences from mammals with similar adaptations. In addition to their value in studies of evolution, armadillos have been valuable in the study of leprosy and Chagas disease in humans. The xenarthrans as a group may also serve as model organisms for other health conditions such as those that affect the teeth (e.g., amelogenesis imperfecta) and vision (e.g., congenital achromatopsia). This research promises to identify candidate mutations that illuminate the evolutionary history but may also be used for diagnosis and/or treatment of these conditions.
Training goals include how to sequence and assemble genomes with cutting edge technology and other career advancement activities. To broaden participation of groups under-represented in biology, the Fellow is mentoring students in the UC Berkeley Biology Scholars Program, particularly those from disadvantaged backgrounds providing science career outreach at K-12 schools and community colleges with high enrollment of underrepresented minorities and low income students and providing evolution outreach to the public through blogging (https://evolutionforskeptics.wordpress.com) and oral presentations.
PUBLICATIONS PRODUCED AS A RESULT OF THIS RESEARCH
Pastaba: When clicking on a Digital Object Identifier (DOI) number, you will be taken to an external site maintained by the publisher. Some full text articles may not yet be available without a charge during the embargo (administrative interval). Some links on this page may take you to non-federal websites. Their policies may differ from this site.
PROJECT OUTCOMES REPORT
This Project Outcomes Report for the General Public is displayed verbatim as submitted by the Principal Investigator (PI) for this award. Any opinions, findings, and conclusions or recommendations expressed in this Report are those of the PI and do not necessarily reflect the views of the National Science Foundation NSF has not approved or endorsed its content.
Understanding how genomes can evolve and lead to major changes in anatomy and physiology is one of the major goals of biologists today. Thanks to the increasing cost-efficiency of DNA sequencing, assembling the genomes of rare and unusual species has become easier than ever. For my NSF Postdoctoral Fellowship: Broadening Participation in Biology, I sought to sequence and assemble the genomes of a group of organisms with particularly unusual traits: xenarthrans. Xenarthrans include the armored armadillos, the long-snouted ant-and-termite-eating specialist anteaters, and the slow, tree-dwelling, leaf-eating sloths. Scientists believe that these unusual mammals are each other's closest living relatives, with other mammals having independently evolved very similar adaptations, such as the ant-and-termite-eating pangolins and aardvarks, and the leaf-eating colobus monkeys and flying lemurs. So by studying changes in the DNA of xenarthrans and mammals that evolved similar (convergent) adaptations, we can understand how changes in genes can lead to radical differences in form.
I tackled this topic at the Museum of Vertebrate Zoology in the University of California, Berkeley, mentored by the Director, Michael Nachman. Through my work, partnering with Frédéric Delsuc at the Université de Montpellier, the Broad Institute at Harvard, and numerous other colleagues, we sequenced the genomes of 12 xenarthran genomes (and counting!) and discovered numerous examples of possible genomic adaptations in mammals, such as those related to the loss of teeth, the production of the sleep hormone melatonin, taste reception, digging burrows, nighttime vision and others.
One result that we are particularly excited about involves the digestion of insect prey. Insects have exoskeletons made of chitin, and research has shown that mammals like humans, mice and bats have a gene that makes an enzyme (chitinase) that can digest it. We found that there are actually up to five such genes in mammals, with insect-eaters having the most, including armadillos, anteaters, tarsiers and aardvarks, and meat- or plant-eaters having the fewest, including sloths, elephants, tigers, and polar bears. Furthermore, we found evidence that the ancestors of most mammals had five chitinase genes, pointing to an insect-based diet while these animals lived alongside the dinosaurs. But when dinosaurs went extinct 66 million years ago, many herbivorous and carnivorous mammal groups began to lose the genes, suggesting that they stopped eating insects when the dinosaurs disappeared. This conclusion has long been suggested by paleontologists, so we were excited to find that genomes tell the same story. In fact, carnivores and herbivores have remnants of chitinase genes in their genomes, pointing to their insect-eating past, and humans do too!
While in the Museum of Vertebrate Zoology, surrounded by an amazing collection of birds, reptiles and amphibians, and their associated experts, I was inspired to take advantage of the situation and extend my study of genomic adaptations to these animals. My favorite results include (1) genomic evidence that turtles, crocodilians and birds had ancestors with a third eye, similar to many kinds of lizards, (2) a genetic remnant of claws in the legless snakes, and (3) evidence from penguin, owl and kiwi genomes implicating a gene in the production of red feathers in many birds.
Not only did this fellowship train me as a scientist, but it also allowed me to mentor and perform outreach towards individuals from various groups of people underrepresented in biology. I mentored four such undergraduate students on projects, aimed at providing experience in scientific research, as well as advising them how to navigate a post-undergraduate world, including applying for graduate schools and deciding on scientific careers. I also volunteered in schools in Berkeley and Oakland, partnering with Community Resources for Science in the Be A Scientist program, which paired me with middle-school students to mentor them in a six-week science project, and the Bay Area Scientists In Schools program, which involved giving hands on lessons to 1st graders relating teeth shape to diets in mammals. This partnership also involved giving science demos for kids at Discovery Days in AT&T Park, plus Dinner with a Scientist, where I answered the questions of 4th-5h graders about being a scientist while showing museum specimens to teach about coloration in birds. My position at the Museum of Vertebrate Zoology also allowed me to lead tours of the museum to elementary through college students, including via the Program Your Future Academy and Scientists in the Classroom (National Center for Science Education). I also performed outreach to communities traditionally skeptical of evolution research, including by blogging for Understanding Evolution: Evo the News, presenting at Think Evolution VIII: A summer institute for science educators, and writing in my personal blog, Evolution for Skeptics (https://evolutionforskeptics.wordpress.com).
This fellowship provided the training of a young scientist for the workforce, produced numerous scientific publications and presentations, with more in the works, and allowed for the mentoring of and outreach to numerous people from groups underrepresented in biology.
Humans probably not alone in how we perceive melodic pitch
The specialized human ability to perceive the sound quality known as 'pitch' can no longer be listed as unique to humans. Researchers at Johns Hopkins report new behavioral evidence that marmosets, ancient monkeys, appear to use auditory cues similar to humans to distinguish between low and high notes. The discovery infers that aspects of pitch perception may have evolved more than 40 million years ago to enable vocal communication and songlike vocalizations.
A summary of the research will be published online in the journal Nacionalinės mokslų akademijos darbai on Dec. 28, 2015.
"Pitch perception is essential to our ability to communicate and make music," says Xiaoqin Wang, Ph.D., a professor of biomedical engineering at the Johns Hopkins University School of Medicine, "but until now, we didn't think any animal species, including monkeys, perceived it the way we do. Now we know that marmosets, and likely other primate ancestors, do."
Marmosets are small monkeys native to South America that are highly vocal and social. Wang, an auditory neuroscientist and biomedical engineer, has been studying their hearing and vocalizations for the past 20 years. A decade ago, he says, he and his team of researchers identified a region in the marmoset brain that appears to process pitch. Nerve cells in that region, on the edge of the primary auditory cortex, only 'fired' after marmosets were exposed to sounds with pitch, like the shifting in high and low notes associated with a melody, not those without, such as noise. Human brains show similar activity in that region, as other researchers have reported, he notes.
What was missing was behavioral evidence that the marmosets could perceive and respond to differences in pitch the way humans do, and Wang's laboratory group spent years developing behavioral tests and electrophysiological devices designed to monitor subtle changes in the monkeys' neural activity. Part of their work was to train a group of marmosets to lick a waterspout only after hearing a change in pitch.
Wang says that other animal species have been reported to show pitch perception, but none have shown the three specialized features of human pitch perception. First, people are better at distinguishing pitch differences at low frequencies than high. For example, people who hear tones of 100, 200, 300 and 400 hertz played simultaneously hear four separate sounds, but they hear only one sound when tones of 1,100, 1,200, 1,300 and 1,400 hertz are played together, even though the frequency intervals are the same in both cases.
Second, humans are able to pick up on subtle changes in the spread between pitches at low frequencies or hertz, so they notice if a series of tones is increasing by 100 hertz each time and then introduces a tone only 90 hertz higher.
And third, at high frequencies, peoples' ability to perceive pitch differences among tones played simultaneously is related to how sensitive they are to the rhythm, or timed fluctuations, of sound waves.
Through a series of hearing tests, with waterspout licks as a readout, Wang's team, led by graduate student Xindong Song, determined that marmosets share all three features with humans, suggesting that human components of pitch perception evolved much earlier than previously thought.
The American continent, with its marmosets in place, broke away from the African land mass approximately 40 million years ago, before humans appeared in Africa, so it's possible that this humanlike pitch perception evolved before that break and was maintained throughout primate evolution in Africa until it was inherited by modern humans. Another possibility is that only certain aspects of pitch perception were in place before the split, with the rest of the mechanisms evolving in parallel in Old and New World monkeys. According to Wang, more stringent tests are needed to determine whether existing Old World monkeys perceive pitch like humans do.
"In addition to the evolutionary implications of this discovery, I'm looking forward to what we will be able to learn about human pitch perception now that we have a primate relative we can study behaviorally and physiologically," says Wang. "Now we can explore questions about what goes wrong in people who are tone deaf and whether perfect pitch is an inherited or learned trait."
Genetic roadmap to building an entire organism from a single cell
Whether a worm, a human or a blue whale, all multicellular life begins as a single-celled egg.
From this solitary cell emerges the galaxy of others needed to build an organism, with each new cell developing in the right place at the right time to carry out a precise function in coordination with its neighbors.
This feat is one of the most remarkable in the natural world, and despite decades of study, a complete understanding of the process has eluded biologists.
Now, in three landmark studies published online April 26 in Mokslas, Harvard Medical School and Harvard University researchers report how they have systematically profiled every cell in developing zebrafish and frog embryos to establish a roadmap revealing how one cell builds an entire organism.
Using single-cell sequencing technology, the research teams traced the fates of individual cells over the first 24 hours of the life of an embryo. Their analyses reveal the comprehensive landscape of which genes are switched on or off, and when, as embryonic cells transition into new cell states and types.
Together, the findings represent a catalog of genetic "recipes" for generating different cell types in two important model species and provide an unprecedented resource for the study of developmental biology and disease.
"With single-cell sequencing, we can, in a day's work, recapitulate decades of painstaking research on the decisions cells make at the earliest stages of life," said Allon Klein, HMS assistant professor of systems biology and co-corresponding author of two of the three Mokslas studijos.
Biomedically, these baseline resources for how organisms develop are as important as having baseline resources for their genomes, the researchers said.
"With the approaches that we've developed, we're charting what we think the future of developmental biology will be as it transforms into a quantitative, 'big-data'-driven science," Klein said.
In addition to shedding new light on the early stages of life, the work could open the door to a new understanding of a host of diseases, said Alexander Schier, the Leo Erikson Life Sciences Professor of Molecular and Cellular Biology at Harvard, and a corresponding author of the third study.
"We foresee that any complex biological process in which cells change gene expression over time can be reconstructed using this approach," Schier said. "Not just the development of embryos but also the development of cancer or brain degeneration."
One at a time
Every cell in a developing embryo carries within it a copy of the organism's complete genome. Like construction workers using only the relevant portion of a blueprint when laying a building's foundation, cells must express the necessary genes at the appropriate time for the embryo to develop correctly.
In their studies, Klein collaborated with co-authors Marc Kirschner, the HMS John Franklin Enders University Professor of Systems Biology, Sean Megason, HMS associate professor of systems biology and colleagues to analyze this process in zebrafish and western claw-toed frog (Xenopus tropicalis) embryos, two of the most well-studied model species in biology.
The researchers leveraged the power of InDrops, a single-cell sequencing technology developed at HMS by Klein, Kirschner and colleagues, to capture gene expression data from each cell of the embryo, one cell at a time. The teams collectively profiled more than 200,000 cells at multiple time points over 24 hours for both species.
To map the lineage of essentially every cell as an embryo develops, along with the precise sequence of gene expression events that mark new cell states and types, the teams developed new experimental and computational techniques, including the introduction of artificial DNA bar codes to track the lineage relationships between cells, called TracerSeq.
"Understanding how an organism is made requires knowing which genes are turned on or off as cells make fate decisions, not just the static sequence of a genome," Megason said. "This is the first technological approach that has allowed us to systematically and quantitatively address this question."
In the study co-led by Schier, the research team used Drop-Seq -- a single-cell sequencing technology developed by researchers at HMS and the Broad Institute of MIT and Harvard -- to study zebrafish embryos over 12 hours at high time resolution. Teaming with Aviv Regev, core member at the Broad, Schier and colleagues reconstructed cell trajectories through a computational method they named URD, after the Norse mythological figure who decides all fates.
Schier and colleagues profiled more than 38,000 cells, and developed a cellular "family tree" that revealed how gene expression in 25 cell types changed as they specialize. By combining that data with spatial inference, the team was also able to reconstruct the spatial origins of the various cells types in the early zebrafish embryo.
Recipe for success
In both species, the teams' findings mirrored much of what was previously known about the progression of embryonic development, a result that underscored the power of the new approaches. But the analyses were unprecedented in revealing in comprehensive detail the cascades of events that take cells from early progenitor or "generalist" states to more specialized states with narrowly defined functions.
The teams identified otherwise difficult-to-detect details such as rare cell types and subtypes and linked new and highly specific gene expression patterns to different cell lineages. In several cases, they found cell types emerging far earlier than was previously thought.
For scientists striving to answer questions about human disease, these data could be powerfully illuminating. In regenerative medicine, for example, researchers have for decades aimed to manipulate stem cells toward specific fates with the goal of replacing defective cells, tissues or organs with functional ones. Newly gleaned details about the sequence of gene expression changes that precipitate the emergence of specific cell types can propel these efforts further.
"With these datasets, if someone wants to make a specific cell type, they now have the recipe for the steps that those cells took as they formed in the embryo," Klein said. "We've in some sense established a gold standard reference for how complex differentiation processes actually progress in embryos, and set an example for how to systematically reconstruct these types of processes."
When combined with one of the core concepts in biological inquiry -- the idea of disrupting a system to study what happens -- single-cell sequencing can yield insights difficult to attain before, Klein said.
As a proof of principle, Klein, Megason and colleagues used the CRISPR/Cas9 gene editing system to create zebrafish with a mutant form of chordin, a gene involved in determining the back-to-front orientation of a developing embryo. Schier and colleagues took a similar approach by profiling zebrafish with a mutation in a different patterning gene known as one-eyed pinhead.
When analyzed with single-cell sequencing, the teams confirmed previously known descriptions of chordin and one-eyed pinhead mutants, and could describe in detail or even predict the effects of these mutations on developing cells and nascent tissues across the whole embryo.
Unexpectedly, the groups independently found that at the single-cell level, gene expression was the same in mutants and wildtype, despite the loss of an essential signaling pathway. The proportions of different cell types, however, changed.
"This work only became possible through recent technologies that let us analyze gene expression in thousands of individual cells," Schier said. "Now the scale is much larger, so that we can reconstruct the trajectory of almost all cells and all genes during embryogenesis. It is almost like going from seeing a few stars to seeing the entire universe."
Rethinking definitions
The research teams also demonstrated how these data can be mined to answer long-standing fundamental questions in biology.
When Klein, Kirschner, Megason and colleagues compared cell-state landscapes between zebrafish and frog embryos, they observed mostly similarities. But their analyses revealed numerous surprises as well. One such observation was that genes marking cell states in one species were often poor gene markers for the same cell state in the other species. In several instances, they found that the DNA sequence of a gene -- and the structure of the protein it encodes -- could be nearly identical between species but have very different expression patterns.
"This really shocked us, because it goes against all the intuition we had about development and biology," Klein said. "It was a really uncomfortable observation. It directly challenges our idea of what it means to be a certain 'cell type.'"
The reason that these differences were not spotted before, the researchers hypothesize, is that computational analyses "pay attention" to data in a way fundamentally different from how humans do.
"I think this reflects some level of confirmation bias. When scientists find something conserved between species, they celebrate it as a marker," Megason said. "But often, all the other nonconserved features are ignored. Quantitative data helps us move past some of these biases."
In another striking finding, the teams observed that the process of cell differentiation into distinct cell types -- which is commonly thought to occur in a tree-like structure where different cell types branch off from a common ancestor cell -- can form "loops" as well as branches.
For example, the neural crest -- a group of cells that give rise to diverse tissue types including smooth muscle, certain neurons and craniofacial bone -- initially emerges from neural and skin precursors, but is well-known to generate cells that appear almost identical to bone and cartilage precursors.
The new results suggest that similar loops might occur in other situations. That cells in the same state can have very different developmental histories suggests that our hierarchical view of development as a "tree" is far too simplified, Klein said.
All three teams also identified certain cell populations that existed in a kind of intermediate "decision making" state. Schier and colleagues found that, at certain key developmental branch points, cells appeared to go down one developmental trajectory but then changed their fate to another trajectory.
Klein, Megason, Kirschner and colleagues made a related observation that, early in development, some cells activated two distinct developmental programs. Though those intermediate cells would eventually adopt a single identity, these discoveries add to the picture of how cells develop their eventual fate and hint that there may be factors beyond genes involved in directing cell fate.
"With multilineage cells, we have to start wondering if their final fate is being determined by some selective force or interaction with the environment, rather than just genetic programs," Kirschner said.
Future foundation
The newly generated data sets and the new tools and technologies developed as part of these studies lay the foundation for a wide spectrum of future exploration, according to the authors.
Developmental biologists can gather more and higher quality data on many species, follow embryos further in time and perform any number of perturbation experiments, all of which can help improve our understanding of the fundamental rules of biology and disease.
These resources can also serve as a focal point for collaboration and interaction since most labs do not have the depth of expertise needed to exploit all the data and information generated, the authors noted.
"I think these studies are creating a real sense of community, with researchers raising questions and interacting with each other in a way that harkens back to earlier times in the study of embryology," Kirschner said.
The three studies, Schier said, are an example of how the scientific community can work on complementary questions to answer important questions in biology.
"Instead of competing, our groups were in regular contact over the past two years and coordinated the publication of our studies," he said. "And it is great how complementary the three papers are -- each highlights different ways such complex data sets can be generated, analyzed and interpreted."
The next conceptual leap, the teams suggest, will be to better understand how cell-fate decisions are made.
"Right now, we have a roadmap, but it doesn't tell us what the signs are," Megason said. "What we need to do is figure out the signals that direct cells down certain roads, and what the internal mechanisms are that allow cells to make those decisions."
Whatever the future holds, these data sets will leave their mark.
"The beauty of working on an organism is that this is it," Klein said. "Ten, 20 years from now, we can still be sure zebrafish and frogs are going to develop according to the same patterns."
All three research teams have made their data sets and tools available as interactive, browsable online resources.