Naujienos apie Kambro pasaulį atviro priėjimo žurnaluose [PLoS Biology & Computational Biology]
19 views
Skip to first unread message
Andrej S
Oct 29, 2008, 3:07:23 PM10/29/08
to G-mokslai
Kambras unikalus laikotarpis žemės istorijoje. Jis dalina gyvybės istoriją fundamentine riba tarp Fanerozojaus (matomos gyvybės laikotarpis) ir Kriptozojaus (paslėptos gyvybės laikotarpis). Kambro periodas pasižymėjo tuo kad jo metu įvyko taip vadinamas "Kambro evoliucinis sprogimas", kurio metu atsirado visi dabartiniai (o tikriausiai ir visa eilė išmirusių) gyvūnų tipų (i.e. būdu kaip ontogenezės metu susidaryti gyvūnui). Toks sinchroninis, greitas ir unikalus super-netolygumas evoliucijoje, stebino gamtos mokslininkus dar nuo Roderiko Impio Murčisono laikų (anglų geologas, pirmasis diagnozavęs šį istorijos netolygumą). Kambro periode atsirado (de novo) ne tik gyvūnai, bet ir šiuolaikinio tipo ekosistemos su plėšrūnais (plačiąją prasme augalėdžiai, parazitai, gyvunėdžiai). Tam kad suprasti šį įvykį sukurta eilė hipotezių, kurių priežastingumą galima sugrupuoti į 3 kategorijas (pagal C. R. Marshall, 2006): geologinės (abiotinės aplinkos parametrų pasikeitimas), ekologinės (biotinės aplinkos parametrų pasikeitimas) ir vystymosi - genetiniai (vidinių veiksnių ypatybės). Veikiausiai visi šie veiksniai tam tikru laipsnių nulėmė "Biologinį Big Bang'ą". Apžvelgiamuose straipsniuose, publikuotuose PLoS Biology ir PLoS Computational Biology žurnaluose paliečiamos dvi problemos: pirma yra - kodėl kūno sandaros planų atsiradimas yra apribotas ankstyvąja evoliucija (?), antrame straipsnyje kalba eina apie kambro periodo ekosistemų sandaros ypatybes ir jų palyginimas su dabartinėmis.
Nuorodos:
"Explaining the Cambrian "Explosion" of Animals" Charles R. Marshall - Metinių apžvalgų žurnale žemės ir planetų mokslų srityje, Čarlzas Maršalas pateikia puikią "Kambro evoliucinio sprogimo" galimų priežasčių analizę. Kaip vedantįjį paaiškinimą, Č. Maršalas iškelia hipotezę kad sandaros planų įvairovės padidėjimas ir tolimesnis to kiekio nesikeitimas yra susijęs su adaptacinių landšaftų "šiurkštumo" padidėjimu, padidėjus optimizuojamų reikalavimu kiekiui.
Begalinių formų pabaiga - evoliucinės vystymosi biologijos paaiškinimas
PLoS Computational Biology žurnale pateiktas teorinis tyrimas kuriame Elhanan Borenstein ir David C. Krakauer Stenfordo universiteto ir Santa Fe instituto formų kintamumo evoliucinio suvaržymo priežastis. Skirtingi organizmai iš pirmo žvilgsnio pasižymi daugybe įvairiausių formų (Darvino žodžiais tariant "Endless forms most beautiful"), tačiau tai iš tikrųjų yra niekas, palyginus su totalia įmanomų formų aibe. Kodėl organizmai įgauna būtent tokias formas o ne kitokias ir kodėl vienos dažnesnės už kitas? Kas tai nulemia? Būtent šiuos klausymus bando suprasti evoliucinė biologija. Kaip rodo paleontologiniai ir vystymosi genetikos tyrimai - didelis morfologinis kintamumas yra būdingas ankstyvosiose grupių evoliucijos stadijose (anksti istorijoje). Kitas svarbus pastebėjimas yra tai kad sandaros planai yra netolygiai išsidėstę ir tolimai atskirti vieni nuo kitų "potencialių" fenotipų erdvėje. Ir trečias pastebėjimas yra tas kad sandaros įvairovė geriau nuspėjama atsižvelgiant į genų reguliacijos tinklų struktūrą nei struktūrinių genų buvimu ar nebuvimu.
Šiame tyrime autoriai sukūrė genų ekspresijos modelį kuriame galima užduoti tam tikrą genų tarpusavio sąsajos (epistazės) laipsnį. Vystymosi planas - tai būdas perteikti genotipą į fenotipą. Modelyje vystymosi planas apibrėžiamas kaip RxK eilės matrica, kurioje K yra genai o K fenai (fenotipiniai požymiai (ne prietaisai aišku :-) ). Kiekvienas įrašas matricoje turi vienodą tikimybę įgauti diskrečią būseną +1 arba -1 (tai atspindi signalo pobūdį, kai geno ekspresija vyksta arba nevykstą ). Imituojant evoliucija šioje matricoje, vieniems genams buvo priskiriama "reguliacinė" funkcija - t.y. jie buvo mažai kintami, kiti struktūriniai genai kito su didesniu dažniu. Modelis buvo "daugiasluoksnis", kai prieš tai pakitusios matricos rezultatas, buvo priimamas kaip kitos pradiniai duomenys. Šis modelis leido ištirti tokio pobūdžio genomo organizacijos tipo poveiki ilgalaikei fenotipinei evoliucijai. Kaip parodė tyrimai, jeigu pradžioje fenotipai (pradiniai sandaros planai) yra paskirstomi atsitiktinai teorinėje fenotipų erdvėje, vėlesnė jų evoliucija stipriai sulėtėja. Vidutinis tarp "tipinis" atstumas nežymiai padidėja. O viduj - tipinis "rūšių" fenotipinis atstumas sumažėja (giminingos rūšis tampa panašesnės viena į kitą)! [Šį kitimą galima pamatyti prisegtame grafike - Fenotipu_Skirtingumo_Kitimas_Tarp_Tipu_ir_Tipu_Viduje] T.y. ankstyvosios rūšis bendrais bruožais "išžvalgo" fenotipinę erdvę, o vėlesnės rūšis jau pasiskirsto aplinkui lokalius optimumus.
Šis genotipo - fenotipo modelis rodo kad vykstant evoliucijai, dėka reguliacinių mechanizmų stabilumo, fenotipai turi tendencija stipriai klasterizuotis o ne tolygiai pasiskleisti teorinėje morfoerdvėje. Tipų (klasterių) vidutinis skersmuo morfoerdvėje yra proporcingas turimų rūšių skaičiaus logaritmui o ne pačiam rūšių skaičiui. Tai dar karta parodo kad rūšinė įvairovė nėra vienintelis (arba geriausias) būdas biologiniam kintamumui arba grupės pasisekimui išmatuoti.
Pateiktas tyrimas yra vertingas tuo kad jis puikiai demonstruoja vystymosi procesų svarbą formuojant stambaus mastelio makroevoliucinius trendus.
Nuoroda:
Elhanan Borenstein, David C. Krakauer "An End to Endless Forms: Epistasis, Phenotype Distribution Bias, and Nonuniform Evolution", PLoS Computational Biology - vystymosi genetinis straipsnis aiškinantis fenotipinės evoliucijos pobūdį.
G-moksluose:
Trilobitai ir Evoliucijos procesų laikinė asimetrija (nauji dėsningumai)
Kambro periodo mitybiniai tinklai panašus į dabartinius iš pat pagrindų
"Paleo-mitybinių tinklų" mokslinių tyrimų grupė, dirbanti Santa Fe institute paskelbė straipsnį kuriame yra pateikti kambro periodo mitybinių tinklų analizės ir modeliavimo rezultatai. Šie tyrimai yra labai svarbus, nes Ediakaris ir Ankstyvasis Kambras buvo kaip autoriai vadina "de novo ekosistemų konstrukcijos" laikotarpis, kuris buvo pastūmėtas gyvūnų atsiradimo, kurie kūrė naujas ekologines nišas. Atlikti kambro periodo mitybinių tinklų analizės rezultatai buvo palyginti su įvairių dabartinių ekosistemų mitybinių tinklų analizės rezultatais. Kambro periodo ekosistemų analizei buvo pasirinkto dvi skirtingo amžiaus ekosistemos, kurios pasižymi geru išsisaugojimu paleontologiniame metraštyje (taip vadinami "išsisaugojimo Lagerštatai") - tai Čenjango skalūnų bendrija iš Kinijos ir žymioji Burgeso skalūnų ekosistema. Dėka savo unikalumo (minkštųjų audinių liekanos ir pan.) šios ekosistemos ištirtos geriau nei daugelis dabartinių, kas leido atlikti adekvačią topologinę tinklų analizę [Kambro_mitybiniai_tinklai].
Bendrai paėmus kambro periodo ekologiniai tinklai buvo labai panašus į dabartinius. Kaip pasirodo, kambro periodo mitybinių tinklų struktūra, kaip ir dabartinių, buvo stipriai priklausoma nuo rūšių kiekio ekologinėje sistemoje (tai yra priklausoma nuo mastelio). Šitoks tinklų topologijos pobūdis pakankamai gerai aproksimuojamas žinomu nišų modeliu. Bet kodėl konkrečiai egzistuoja priklausomybė nuo mastelio ir ji yra matoma nuo pat ekosistemų atsiradimo nėra visiškai aišku. Kaip manoma, čia gali veikti įvairios prigimties suvaržimai: termodinaminiai (juk mitybiniais tinklais iš principo yra perduodama energija), tinklų dinaminio stabilumo arba filogenetinio suvaržymo (galbūt ekologinius tinklus sudarantis organizmai negali kisti taip kad sukurtu kitaip veikiančius tinklus dėl savo įgytų (arba prarastų) evoliucijos eigoje požymių).
Be panašumų su dabartiniais tinklais, taip pat rasti ir žymus kai kurių parametrų skirtumai. Vėlesnė Burges šelo fauna turėjo didesnį trofinių ryšių kiekio kintamumą (daugiau rūšių su mažai ryšių ir daugiau rūšių su daug rūšių). Labiausiai skiriasi nuo dabartinių tinklų, kaip ir nuo Burgeso skalūnų faunos, seniausia Čenjango fauna. Joje yra aptinkama kur kas daugiau mitybinių ciklų - t.y. kai rūšis A valgoma B valgoma C valgoma A. Taip išeitu, kad pirmykščių tinklų hierarchiškumo lygis yra kur kas mažesnis nei vėlesnių. Hierarchiškumo lygio padidėjimas paaiškinamas tuo kad mažiau hierarchiški tinklai turi mažesnę tikimybę išlikti ilgais laiko masteliais dėl savo nestabilumo. Kaip rašo autoriai, nors bendri dėsningumai atsekami per visą Fanerozojaus eoną, kai kurie subtilus skirtumai gali egzistuoti. Šių skirtumų patikimas dokumentavimas padės suprasti ekosistemų atsiradimą.
Nuoroda:
Jennifer A. Dunne, Richard J. Williams, Neo D. Martinez, Rachel A. Wood, Douglas H. Erwin "Compilation and Network Analyses of Cambrian Food Webs", PLoS Biology - Straipsnis PLoS biology žurnale apie kambro ekologinių tinklų tyrimą.
Ancient Ecosystems Organized Much Like Our Own - populiari anksčiau minėto tyrimo apžvalga.
--
AS
Nuorodos:
"Explaining the Cambrian "Explosion" of Animals" Charles R. Marshall - Metinių apžvalgų žurnale žemės ir planetų mokslų srityje, Čarlzas Maršalas pateikia puikią "Kambro evoliucinio sprogimo" galimų priežasčių analizę. Kaip vedantįjį paaiškinimą, Č. Maršalas iškelia hipotezę kad sandaros planų įvairovės padidėjimas ir tolimesnis to kiekio nesikeitimas yra susijęs su adaptacinių landšaftų "šiurkštumo" padidėjimu, padidėjus optimizuojamų reikalavimu kiekiui.
Begalinių formų pabaiga - evoliucinės vystymosi biologijos paaiškinimas
PLoS Computational Biology žurnale pateiktas teorinis tyrimas kuriame Elhanan Borenstein ir David C. Krakauer Stenfordo universiteto ir Santa Fe instituto formų kintamumo evoliucinio suvaržymo priežastis. Skirtingi organizmai iš pirmo žvilgsnio pasižymi daugybe įvairiausių formų (Darvino žodžiais tariant "Endless forms most beautiful"), tačiau tai iš tikrųjų yra niekas, palyginus su totalia įmanomų formų aibe. Kodėl organizmai įgauna būtent tokias formas o ne kitokias ir kodėl vienos dažnesnės už kitas? Kas tai nulemia? Būtent šiuos klausymus bando suprasti evoliucinė biologija. Kaip rodo paleontologiniai ir vystymosi genetikos tyrimai - didelis morfologinis kintamumas yra būdingas ankstyvosiose grupių evoliucijos stadijose (anksti istorijoje). Kitas svarbus pastebėjimas yra tai kad sandaros planai yra netolygiai išsidėstę ir tolimai atskirti vieni nuo kitų "potencialių" fenotipų erdvėje. Ir trečias pastebėjimas yra tas kad sandaros įvairovė geriau nuspėjama atsižvelgiant į genų reguliacijos tinklų struktūrą nei struktūrinių genų buvimu ar nebuvimu.
Šiame tyrime autoriai sukūrė genų ekspresijos modelį kuriame galima užduoti tam tikrą genų tarpusavio sąsajos (epistazės) laipsnį. Vystymosi planas - tai būdas perteikti genotipą į fenotipą. Modelyje vystymosi planas apibrėžiamas kaip RxK eilės matrica, kurioje K yra genai o K fenai (fenotipiniai požymiai (ne prietaisai aišku :-) ). Kiekvienas įrašas matricoje turi vienodą tikimybę įgauti diskrečią būseną +1 arba -1 (tai atspindi signalo pobūdį, kai geno ekspresija vyksta arba nevykstą ). Imituojant evoliucija šioje matricoje, vieniems genams buvo priskiriama "reguliacinė" funkcija - t.y. jie buvo mažai kintami, kiti struktūriniai genai kito su didesniu dažniu. Modelis buvo "daugiasluoksnis", kai prieš tai pakitusios matricos rezultatas, buvo priimamas kaip kitos pradiniai duomenys. Šis modelis leido ištirti tokio pobūdžio genomo organizacijos tipo poveiki ilgalaikei fenotipinei evoliucijai. Kaip parodė tyrimai, jeigu pradžioje fenotipai (pradiniai sandaros planai) yra paskirstomi atsitiktinai teorinėje fenotipų erdvėje, vėlesnė jų evoliucija stipriai sulėtėja. Vidutinis tarp "tipinis" atstumas nežymiai padidėja. O viduj - tipinis "rūšių" fenotipinis atstumas sumažėja (giminingos rūšis tampa panašesnės viena į kitą)! [Šį kitimą galima pamatyti prisegtame grafike - Fenotipu_Skirtingumo_Kitimas_Tarp_Tipu_ir_Tipu_Viduje] T.y. ankstyvosios rūšis bendrais bruožais "išžvalgo" fenotipinę erdvę, o vėlesnės rūšis jau pasiskirsto aplinkui lokalius optimumus.
Šis genotipo - fenotipo modelis rodo kad vykstant evoliucijai, dėka reguliacinių mechanizmų stabilumo, fenotipai turi tendencija stipriai klasterizuotis o ne tolygiai pasiskleisti teorinėje morfoerdvėje. Tipų (klasterių) vidutinis skersmuo morfoerdvėje yra proporcingas turimų rūšių skaičiaus logaritmui o ne pačiam rūšių skaičiui. Tai dar karta parodo kad rūšinė įvairovė nėra vienintelis (arba geriausias) būdas biologiniam kintamumui arba grupės pasisekimui išmatuoti.
Pateiktas tyrimas yra vertingas tuo kad jis puikiai demonstruoja vystymosi procesų svarbą formuojant stambaus mastelio makroevoliucinius trendus.
Nuoroda:
Elhanan Borenstein, David C. Krakauer "An End to Endless Forms: Epistasis, Phenotype Distribution Bias, and Nonuniform Evolution", PLoS Computational Biology - vystymosi genetinis straipsnis aiškinantis fenotipinės evoliucijos pobūdį.
G-moksluose:
Trilobitai ir Evoliucijos procesų laikinė asimetrija (nauji dėsningumai)
Kambro periodo mitybiniai tinklai panašus į dabartinius iš pat pagrindų
"Paleo-mitybinių tinklų" mokslinių tyrimų grupė, dirbanti Santa Fe institute paskelbė straipsnį kuriame yra pateikti kambro periodo mitybinių tinklų analizės ir modeliavimo rezultatai. Šie tyrimai yra labai svarbus, nes Ediakaris ir Ankstyvasis Kambras buvo kaip autoriai vadina "de novo ekosistemų konstrukcijos" laikotarpis, kuris buvo pastūmėtas gyvūnų atsiradimo, kurie kūrė naujas ekologines nišas. Atlikti kambro periodo mitybinių tinklų analizės rezultatai buvo palyginti su įvairių dabartinių ekosistemų mitybinių tinklų analizės rezultatais. Kambro periodo ekosistemų analizei buvo pasirinkto dvi skirtingo amžiaus ekosistemos, kurios pasižymi geru išsisaugojimu paleontologiniame metraštyje (taip vadinami "išsisaugojimo Lagerštatai") - tai Čenjango skalūnų bendrija iš Kinijos ir žymioji Burgeso skalūnų ekosistema. Dėka savo unikalumo (minkštųjų audinių liekanos ir pan.) šios ekosistemos ištirtos geriau nei daugelis dabartinių, kas leido atlikti adekvačią topologinę tinklų analizę [Kambro_mitybiniai_tinklai].
Bendrai paėmus kambro periodo ekologiniai tinklai buvo labai panašus į dabartinius. Kaip pasirodo, kambro periodo mitybinių tinklų struktūra, kaip ir dabartinių, buvo stipriai priklausoma nuo rūšių kiekio ekologinėje sistemoje (tai yra priklausoma nuo mastelio). Šitoks tinklų topologijos pobūdis pakankamai gerai aproksimuojamas žinomu nišų modeliu. Bet kodėl konkrečiai egzistuoja priklausomybė nuo mastelio ir ji yra matoma nuo pat ekosistemų atsiradimo nėra visiškai aišku. Kaip manoma, čia gali veikti įvairios prigimties suvaržimai: termodinaminiai (juk mitybiniais tinklais iš principo yra perduodama energija), tinklų dinaminio stabilumo arba filogenetinio suvaržymo (galbūt ekologinius tinklus sudarantis organizmai negali kisti taip kad sukurtu kitaip veikiančius tinklus dėl savo įgytų (arba prarastų) evoliucijos eigoje požymių).
Be panašumų su dabartiniais tinklais, taip pat rasti ir žymus kai kurių parametrų skirtumai. Vėlesnė Burges šelo fauna turėjo didesnį trofinių ryšių kiekio kintamumą (daugiau rūšių su mažai ryšių ir daugiau rūšių su daug rūšių). Labiausiai skiriasi nuo dabartinių tinklų, kaip ir nuo Burgeso skalūnų faunos, seniausia Čenjango fauna. Joje yra aptinkama kur kas daugiau mitybinių ciklų - t.y. kai rūšis A valgoma B valgoma C valgoma A. Taip išeitu, kad pirmykščių tinklų hierarchiškumo lygis yra kur kas mažesnis nei vėlesnių. Hierarchiškumo lygio padidėjimas paaiškinamas tuo kad mažiau hierarchiški tinklai turi mažesnę tikimybę išlikti ilgais laiko masteliais dėl savo nestabilumo. Kaip rašo autoriai, nors bendri dėsningumai atsekami per visą Fanerozojaus eoną, kai kurie subtilus skirtumai gali egzistuoti. Šių skirtumų patikimas dokumentavimas padės suprasti ekosistemų atsiradimą.
Nuoroda:
Jennifer A. Dunne, Richard J. Williams, Neo D. Martinez, Rachel A. Wood, Douglas H. Erwin "Compilation and Network Analyses of Cambrian Food Webs", PLoS Biology - Straipsnis PLoS biology žurnale apie kambro ekologinių tinklų tyrimą.
Ancient Ecosystems Organized Much Like Our Own - populiari anksčiau minėto tyrimo apžvalga.
--
AS
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages