Phép lạ trong lông • Sergey Glagolev • Các nhiệm vụ khoa học phổ biến về “Yếu tố” • Sinh học

Phép lạ trong lông vũ

Trong sự phát triển của phôi động vật, cảm ứng phôi đóng một vai trò quan trọng – một mô hoặc cơ quan “ra lệnh” hàng xóm của nó phát triển theo một hướng nhất định. Nếu không có thứ tự này, sự phát triển dừng lại hoặc đi theo cách khác. Tại phôi của các nhà phôi học – phôi gà – nó đã chỉ ra rằng mesryyme phôi (tương lai da, tức là lớp sâu của da) gây ra sự phát triển của các dẫn xuất sừng của lớp biểu bì (lớp ngoài da) – đặc biệt là lông.

Điều này đã giúp hiểu các thí nghiệm về cấy ghép lớp hạ bì từ các bộ phận khác nhau của cơ thể dưới lớp biểu bì của cánh. Kết quả của các thí nghiệm như vậy được thể hiện trong hình. 1.

Hình 1. Kết quả cấy ghép phôi của phôi gà. Lớp hạ bì, lấy từ các khu vực khác nhau (cánh, đùi hoặc ngón tay), gây ra sự phát triển của các cấu trúc khác nhau trong lớp biểu bì của cánh. Ảnh từ ncbi.nlm.nih.gov

Ghép tương tự là có thể giữa phôi của các loài khác nhau và thậm chí các lớp khác nhau của động vật có xương sống (sau khi tất cả, phôi vẫn không có hệ thống miễn dịch, và các mô của phôi khác nhau phát triển với nhau).

Nhiệm vụ

1. Cái gì thế cấu trúc sẽ cung cấp cho lớp biểu bì với các kết hợp sau đây của mô mầm (trong mọi trường hợp, lớp hạ bì được lấy từ lưng của phôi thai):
a) biểu bì thằn lằn – gà derma;
b) biểu bì chuột – derma gà;
c) biểu bì của gà – thằn lằn derma;
d) biểu bì của gà – derma chuột?
Từ loại nào điều kiện bổ sung có thể phụ thuộc vào kết quả của việc chuyển giao đó?

2. Loại nào Một vấn đề tiến hóa thú vị có thể được giải quyết bằng cách cấy lớp hạ bì của phôi gà dưới lớp biểu bì của một mầm bệnh sấu?


Mẹo 1

Để giải quyết vấn đề, điều quan trọng là phải biết mối quan hệ của các nhóm được mô tả trong đó. Các nhóm này được thể hiện dưới đây trong hai cây phát sinh loài (Hình 2 và Hình 3), cần được so sánh.

Hình 2 Cây phát sinh loài cây tetrapod. Hình ảnh từ blogs.scientificamerican.com

Hình 3 Phylogenetic cây tetrapod-2. Hình ảnh từ www.quora.com


Mẹo 2

Theo S. Gilbert, người phát hiện cảm ứng phôi thai, Hans Spemann, đã mô tả một trong những trường hợp tương tác cảm ứng giữa lớp biểu bì và lớp hạ bì: "Tử cung nói với người cảm ứng:" Tôi có thể tự làm, và tôi sẽ làm nó. "


Giải pháp

Trả lời cho tác vụ 1

Hãy bắt đầu với câu hỏi về các điều kiện bổ sung. Đầu tiên, tuổi phôi có thể là quan trọng. Tại một số điểm, lớp biểu bì đã được cam kết – tức là, nó đã nhận được các tín hiệu cần thiết để phát triển theo một hướng cụ thể.Sau đó, với việc cấy ghép lớp hạ bì, không có gì thay đổi: lớp biểu bì sẽ phát triển theo cùng một cách như bình thường.

Một điểm khác cần được xem xét là phần lưng của lưng, từ đó lớp hạ bì được lấy từ thịt gà. Hầu như tất cả các loài chim hiện đại trên cơ thể đều có những khu vực có lông vũ (lông) và không có chúng (apterias). Nó không chắc rằng lớp hạ bì lấy từ apterium sẽ gây ra sự hình thành của bất kỳ cấu trúc nào trong lớp biểu bì.

Với một số cấy ghép, có thể quan trọng để xem con thằn lằn, từ đó chúng tôi đã lấy lớp biểu bì hoặc lớp hạ bì (xem phần kết luận). Điều này thường bị bỏ qua bởi các nhà thử nghiệm, những người cảm thấy thoải mái hơn với một bộ nhỏ các đối tượng mô hình.

Chúng tôi chuyển sang phần chính của câu hỏi. Từ những manh mối rõ ràng là kết quả của cấy ghép phải bằng cách nào đó liên quan đến quan hệ họ hàng của động vật có vú, chim và thằn lằn. Tất cả chúng đều có nguồn gốc từ loài bò sát cổ đại (mặc dù hiện nay, trong thời đại của các loài giáp xác, chúng không muốn gọi tổ tiên của động vật có vú, nhưng đối với chúng ta điều này không cần thiết). Da của những amniotes tổ tiên này có lẽ đã có thể tạo thành vảy. Chim có vảy trên chân, nhiều động vật có vú (ví dụ, chuột và chuột) có đuôi. Có thể giả thiết rằng những vảy này tương đồng với nhau, nghĩa là chúng được thừa kế từ tổ tiên "bò sát".Nếu điều này là như vậy, sau đó các loài chim và động vật có vú đã bảo quản các phân tử báo hiệu có trách nhiệm kích hoạt sự phát triển của vảy, và khả năng của lớp biểu bì phản ứng với chúng. Sau đó, dưới tác động của lớp hạ bì của thằn lằn, lớp biểu bì của gà và chuột sẽ tạo thành vảy. Vì vậy, nó xảy ra trong thực tế.

Người ta thường tin rằng lông của chim và lông của động vật có vú cũng được sửa đổi vảy bò sát (mặc dù điều này không rõ ràng như nó có vẻ, xem từ sau). Có thể giả định rằng chương trình phát triển của họ là cấu trúc thượng tầng phía trên chương trình phát triển quy mô cổ hơn, có thể được bảo tồn trong bộ gen của những con vật này.

Tổ tiên của thằn lằn không bao giờ có lông. Khi con gà derma ra lệnh cho lớp biểu bì thằn lằn làm lông, anh ta trả lời: "Bạn đã bảo tôi làm … một cái gì đó? Lông vũ? Tôi không biết một từ như vậy! Tôi hiểu rằng đây là một số dẫn xuất sừng, nhưng tôi không thể làm những người như bạn bạn muốn, tôi có thể làm cho vảy, và tôi sẽ làm cho họ! " Kết quả là, quy mô kém phát triển được hình thành, sắp xếp theo thứ tự hình lục giác, như lông vũ.

Tương tự như vậy, lớp biểu bì của chuột giải thích các tín hiệu từ derma gà: các vảy kém phát triển phát triển với sự sắp xếp đặc trưng của lông.Người đọc đã đoán rằng derma chuột gây ra sự hình thành của biểu bì hen của quy mô kém phát triển, giống như tóc sắp xếp.

Từ những kết quả này, nó theo sau vị trí của các dẫn xuất của lớp biểu bì và giai đoạn đầu của sự phát triển của chúng được kiểm soát bởi các gen bảo thủ và các con đường báo hiệu. Trong quá trình tiến hóa, chúng đã thay đổi rất ít đến mức lớp biểu bì của chuột hiểu được các lệnh của da gà, mặc dù tổ tiên chung của chúng sống cách đây hơn ba trăm triệu năm. Nhưng đối với sự phát triển đầy đủ của vảy, lông và tóc, rõ ràng, các tín hiệu cụ thể hơn là cần thiết, và chúng khác nhau ở chim, động vật có vú và thằn lằn. (Không chỉ “tài liệu dự án” là quan trọng, mà còn là vật liệu xây dựng: loài bò sát có họ beta keratin (xem thêm Beta-keratin) – protein tầng lớp, động vật có vú đã mất chúng, và ở chim, ngược lại, đặc biệt là “lông "beta keratins.)

Trả lời cho tác vụ 2

Chim và cá sấu là những đại diện duy nhất của các archaurs đã sống sót cho đến ngày nay. Thêm vào đó, nhóm loài bò sát này bao gồm các loài khủng long "phi gia cầm" tuyệt chủng (chim là đại diện hiện đại của khủng long) và loài thằn lằn, cũng như tổ tiên tuyệt chủng và họ hàng của cá sấu – giả thiếc (một trong những biến thể phát sinh của nhóm này được thể hiện trong hình 3).

Hình 4 Cây phát sinh loài archosaurs.Ảnh từ svpow.com

Như bạn đã biết, nhiều loài khủng long (bao gồm cả những con không bay) có lông hoặc lông mọc giống như lông vũ. Câu hỏi về thời gian và trong những hình thức lông xuất hiện lần đầu tiên trong quá trình tiến hóa được mở ra. Và những khám phá mới thúc đẩy sự kiện này ngày càng xa hơn trong nhiều thế kỷ. Có lẽ lông tơ giống như lông nguyên thủy được tìm thấy ở hầu hết các loài khủng long và có nguồn gốc từ tổ tiên chung của chúng (xem ví dụ, B. Switek, 2012. Sự trỗi dậy của những con khủng long có lông). Nhưng một số pterosaurs có sợi (bao gồm phân nhánh, tương tự như xuống). Có lẽ "protoperia" đã là một trong những tổ tiên chung của loài thằn lằn và khủng long. Cá sấu hiện đại không có sợi, nhưng thời gian có thể xảy ra của chúng gần giống với thời gian phân kỳ của các dòng cá sấu và chim tiến hóa (xem diễn biến của Feather). Vì vậy, có thể rằng các sợi là một trong những tổ tiên chung của tất cả các archosaurs.

Câu hỏi này có thể làm rõ việc cấy ghép lớp hạ bì của con gà dưới lớp biểu bì của phôi cá sấu: nếu các sợi mọc lên, điều này sẽ là một xác nhận tốt về sự hiện diện của chúng trong tổ tiên chung của archosaurs. Rõ ràng, chưa có ai thực hiện thí nghiệm như vậy (nhưng nhìn thấy lời bạt).


Lời nói

Kết quả cấy ghép, được phân tích trong quyết định, được mô tả một phần trong cuốn sách của R. Raff và T.Kofmena "Phôi, gien và sự tiến hóa" trong phần "Trên răng gà và lông của thằn lằn" (Hình 5).

Hình 5 Các cấu trúc hình thái được hình thành bởi sự kết hợp của biểu bì của thằn lằn, mà thường cho các hàng vảy nhỏ, với lớp hạ bì đại diện của các lớp khác của động vật có xương sống trong văn hóa các cơ quan. A. Với lớp da gà từ khu vực trêu chọc; vảy được hình thành, nằm ở phần đuôi của con gà. B. Với da gà lưng; không lông được hình thành, nhưng quy mô kém phát triển, được sắp xếp theo một mẫu hình lục giác điển hình cho lông vũ. V. Với lớp biểu bì lưng chuột; vảy được hình thành, vị trí tương ứng với vị trí của các nang tóc chính. G. Với lớp hạ bì chuột từ môi trên; các vảy lớn được hình thành, nằm theo sự sắp xếp điển hình của rung và bao quanh bởi những vảy nhỏ, nằm giống như các nang lông của vỏ len (Dhouailly, Sengel, 1973). Hình và chú thích nó từ cuốn sách Embryos, Genes and Evolution, hình. 5-10

Những thí nghiệm này được thực hiện vào đầu những năm 70 của thế kỷ trước. Khoảng thời gian đó, một phương pháp đã được phát minh để khắc phục một số sự mơ hồ của các kết quả liên quan đến các hiệu ứng trước đó trên các tế bào của lớp biểu bì.Hóa ra là biểu bì chorionic amniot nhanh chóng sừng trong không khí và dễ bị các tín hiệu da. Thông thường, không phải lông, tóc, cũng không vảy phát triển từ nó; Loại vải này thường được sử dụng để nghiên cứu tín hiệu cảm ứng.

Nhưng nó không phải là tình cờ mà quyết định nói rằng không chỉ giai đoạn phát triển của phôi và khu vực mà từ đó vải được chụp có thể ảnh hưởng đến kết quả. Kết quả có thể khác khi sử dụng các loại khác. Thực tế là sự tương đồng thực sự của lông, tóc và vảy không hoàn toàn rõ ràng. Có thể tóc và lông vũ không thay đổi quy mô nào cả, nhưng những đổi mới tiến hóa đã phát sinh độc lập với quy mô (mặc dù chúng tương tự như chúng theo nhiều cách). Một quan điểm như vậy, ví dụ, được bảo vệ bởi Daniel Douailly (Danielle Dhouailly) – tác giả của các thí nghiệm được mô tả trong hình. 5. Bằng chứng, đặc biệt, các thí nghiệm được đưa ra cho thấy rằng khi ảnh hưởng của protein BMP (protein hình thái xương) bị ức chế với sự trợ giúp của protein Noggin hoặc Shh (Sonic hedgehog), da có lông ở chim và lông ở động vật có vú phát triển từ tinh trùng amnion xem D. Dhouailly, 2009. Một kịch bản mới cho kiểu tóc, lông, và quy mô gia cầm), nhưng không phải với vảy hoặc tuyến. Douya kết luận rằng da được "lập trình di truyền" để sản xuất lông hoặc lông, và sự phát triển của vảy là thứ yếu – nó đòi hỏi một chương trình di truyền phức tạp hơn để ngăn chặn sự phát triển của lông vũ hoặc tóc.Điều này cũng được chỉ ra bởi các kết quả của đột biến – vì chúng, quy mô có thể dễ dàng biến thành lông vũ chính thức, và lông không bao giờ cung cấp cho quy mô đầy đủ. Hóa ra là bạn không nên tin vào mắt của mình: vảy chim không có vảy, nhưng lông vũ kém phát triển, và tổ tiên chung của loài chim có thể có đôi chân lông như những con khủng long bốn cánh nổi tiếng.

Dựa trên những dữ liệu này và các dữ liệu khác, Douya đề xuất kế hoạch của riêng mình cho sự tiến hóa của vảy, lông vũ và tóc (Hình 6).

Hình 6. Đề án về sự tiến hóa của vảy, lông và tóc. Hình ảnh từ bài viết: D. Dhouailly, 2009. Một vảy lông, và gia cầm

Theo kế hoạch này, quy mô của các nhóm amniotes hiện đại – thằn lằn, cá sấu và chim – xuất hiện độc lập, lông và lông không bắt nguồn từ vảy (vảy của động vật có vú không được thảo luận trong bài báo). Tóc có nguồn gốc từ nguyên sinh phổ biến với các tuyến, và lông – như neoplasms. Đồng thời, tóc và lông có một số đặc điểm chung – ví dụ, sự phát triển của chúng bắt đầu với sự hình thành của lớp biểu bì dày đặc (placode), và dưới chúng dày lên các tế bào của lớp hạ bì, sau đó biến thành nang – cấu trúc đảm bảo sự tăng trưởng dài hạn. Sự xuất hiện của nang lông và lông được coi là hội tụ.Xin lưu ý rằng cá sấu cũng có vị trí và độ dày, nơi mà sự hình thành da sau này được hình thành.

Đề án này bị tranh cãi bởi các nhà khoa học khác. Ví dụ, gần đây đã trở nên rõ ràng rằng các placode cũng được hình thành trong quá trình phát triển quy mô của các loài bò sát khác – thằn lằn và rắn (xem Tóc, lông và vảy: một câu chuyện tiến hóa).

Các tác giả của tác phẩm tin rằng họ đã chứng minh sự tương đồng về vảy, lông vũ và tóc. Trong thực tế, nó chỉ chứng minh rằng tổ tiên chung của chim, chuột và thằn lằn hiện đại đã có thứ gì đó như vảy, và sự phát triển của các dẫn xuất da là bảo thủ hơn chúng đã nghĩ trước đây. Đồng thời, tóc và lông cũng có thể phát sinh chứ không phải từ vảy, sử dụng một cơ chế phát triển tương tự (từ các placode, răng, tai và mắt cũng phát triển).

Nó đang thúc đẩy ngọn lửa mà không phải tất cả lông đều có thể tương đồng với nhau. Ví dụ, lông lông đặc biệt tạo nên bộ râu gà tây (Hình 7) mọc liên tục và không có nang lông.

Hình 7 Gà tây, và đôi khi gà tây, có râu. Nó bao gồm lông đặc biệt giống như lông – có thể không tương đồng với lông chim khác. Ảnh từ modernfarmer.com

Các tác giả của những quan sát này cho rằng những lông này tương đồng với các sợi giống phân nhánh của nhiều loài khủng long, nhưng không tương đồng với lông thực (xem R. H. Sawyer và cộng sự, 2003).Nguồn gốc của phụ lục integumentian integumentary là một keratins beta dạng lông).

Có những lý thuyết khác về sự xuất hiện của tóc (ngoại trừ thể hiện trong hình 7). Theo một trong số họ, tóc có nguồn gốc từ lông cơ khí trên vảy mà một số thằn lằn có (Hình 8).

Hình 7 Theo một lý thuyết, tóc có nguồn gốc từ lông vũ cơ học bò sát (Bhàng trên cùng). Hình từ bài viết: Ch. Chang và cộng sự, 2010. Mô hình quy mô bò sát: Evo-Devo, hình thành mô hình và tái sinh

Những sợi lông như vậy được tìm thấy trong các cực, tắc kè, cự đà và agamas. Trong cơ sở của họ thậm chí còn có một cái gì đó giống như nang. Không ai nghiên cứu chi tiết về sự phát triển của họ. Đó là lý do tại sao quyết định nói rằng kết quả của cấy ghép cũng có thể phụ thuộc vào loại. Nó không phải là không có khó khăn (nhờ SCI-hub!) Đó là có thể thiết lập rằng trong các thí nghiệm đáng chú ý được thực hiện bởi D. Duay, họ sử dụng lớp hạ bì của một con thằn lằn tường thông thường (Podacris muralis). Và nếu bạn cố cấy ghép lớp hạ bì của chuột dưới lớp biểu bì của agama thì sao? Có lẽ sau đó sẽ có một con thằn lằn lông? Nhưng chưa có ai thiết lập các thí nghiệm như vậy. Thật đáng tiếc – họ có thể cung cấp thông tin hữu ích về nguồn gốc của vảy và tóc ở đuôi chuột.

Nhưng hóa ra đã có những nỗ lực để có được cá sấu lông! Chỉ có họ đã làm nó không với sự giúp đỡ của cấy ghép, nhưng với sự giúp đỡ của các sửa đổi gen. Khi viết các điều kiện của vấn đề, tôi không biết về sự tồn tại của một tác phẩm gần đây (xem P. Wu et al., 2018.Nhiều mô-đun điều tiết được yêu cầu cho chuyển đổi tỷ lệ sang lông). Các tác giả của bài viết này đã xác định được một số gen mới chịu trách nhiệm cho sự phát triển lông ở chim và giới thiệu một số gen (cũng như gen betaenenin beta được biết đến lâu dài, xem Beta-catenin) trong da cá sấu được nuôi dưỡng. Nhiều cơ quan tin tức, tất nhiên, được báo cáo khi nhận được thông cáo báo chí rằng các nhà khoa học đã biến quy mô cá sấu thành lông vũ. Trên thực tế, những sợi lông nhỏ mọc lên (Hình 9).

Hình 9 Các sợi thu được trên da của một con cá sấu dưới tác động của các gen của chim. Ảnh từ bài viết: P. Wu và cộng sự, 2018. Nhiều mô-đun quy định được yêu cầu cho chuyển đổi từ quy mô sang lông

Nhưng điều này là rất nhiều! Có thể tạo ra một vùng phát triển cục bộ (giống như lông) của lớp biểu bì. Một số sợi lông, như trong bức ảnh, thậm chí còn có một cái gì đó giống như một nang lông. Vì vậy, "thấp thấp", nhưng "lông" vẫn phát triển.

Thí nghiệm này xác nhận kết quả của các công trình khác, nơi nó được thể hiện bằng các phương pháp genomics mà tổ tiên chung của Archosaurus đã có gần như tất cả các yếu tố điều tiết cần thiết và hầu như tất cả các protein cấu trúc cần thiết cho sự phát triển của lông; chỉ còn một chút "cấu hình lại" các mạng gen hiện có và thiết lập mối quan hệ giữa chúng để lông bắt đầu phát triển.

Mặt trái của "preadaptations phân tử" như vậy là lưu giữ lâu dài đáng ngạc nhiên của các đường phát triển của các cơ quan bị mất lâu (như răng của chim). Hóa ra những răng này, mất hàng chục triệu năm trước, không chỉ mọc trên mỏ của một con chim dưới tác động của lớp da của chuột, mà đôi khi phát sinh do đột biến tự phát (xem MP Harris và cộng sự, 2006. Sự phát triển của Archosaurian) Răng trong đột biến gà); đồng thời, gen gây ra sự xuất hiện của răng chịu trách nhiệm cho sự phát triển của … lông mi – bào quan tế bào chịu trách nhiệm, ví dụ, để loại bỏ chất nhầy ra khỏi đường hô hấp. Nó vẫn chỉ là một chút – để tìm hiểu làm thế nào bất thường trong công việc của lông mao được kết nối với sự xuất hiện của răng biến mất dài. Sớm hay muộn, các nhà khoa học, tất nhiên, sẽ có thể tìm ra nó.

Đột biến dẫn đến sự xuất hiện của răng trong phôi gà là gây chết người. Nhưng những trò lừa đảo như vậy không ngăn cản các nhà khoa học đầy tham vọng như Jack Horner, người hứa sẽ biến một con khủng long ra khỏi con gà (xem bài giảng của ông ấy bằng cách sử dụng các công cụ để tái tạo khủng long). Một số thành công trên con đường này đã đạt được, và các phương pháp sinh học phân tử đang phát triển rất nhanh đến mức một dự án như vậy dường như không thể thực hiện được. Tất nhiên, câu hỏi đặt ra: tại sao điều này lại cần thiết? Nhưng hãy để câu hỏi này để tự phản ánh.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: