Dış kulak evrimi için bir solungaç gen düzenleyici programının yeniden kullanılması için yorumlar kapalıEvrim
Evrim sırasında yeni yapıların nasıl ortaya çıktığı biyologları uzun zamandır büyüledi. Dramatik bir örnek, memeli orta kulağının küçücük kemiklerinin ataların balık çene kemiklerinden nasıl ortaya çıktığıdır1. Buna karşılık, başka bir memeli yeniliği olan dış kulağın evrimsel kökeni, kısmen fosillerde nadiren elde edilen mineralize olmayan elastik kıkırdak tarafından desteklendiği için bir gizem olmaya devam ediyor. Dış kulağın de novo olarak mı yoksa ataların gelişim programlarının yeniden kullanılmasıyla mı ortaya çıktığı bilinmemektedir. Burada, dış kulağın hem ilk büyümesi hem de daha sonra elastik kıkırdak gelişimi için balıkların ve amfibilerin solungaçlarıyla gen düzenleyici programlarını paylaştığını gösteriyoruz. İnsan dış kulağının ve zebra balığı solungaçlarının karşılaştırmalı tek çekirdekli multiomikleri, ortak transkripsiyon faktörü bağlama motifleri için zenginleştirilmiş korunmuş gen ekspresyonunu ve varsayımsal arttırıcıları ortaya koymaktadır. Bu, solungaçlardaki insan dış kulak arttırıcılarının ve dış kulaktaki balık solungaç arttırıcılarının transgenik aktivitesi ile yansıtılır. Ayrıca, at nalı yengeçlerinin kıkırdaklı kitap solungaçlarının tek hücreli multiomikleri, zebra balığı solungaçlarında bir kitap solungaç distalless geliştirici yönlendirici ekspresyonu ile omurgalılarla paylaşılan bir DLX aracılı solunç programını ortaya koyuyor. Bir omurgasız solungaç programının unsurlarının omurgalılarda önce solungaçları ve ardından dış kulağı oluşturmak için yeniden kullanılmasını öneriyoruz.
Koş Lucy, Koş! İnsan Ataları Koşabilir Ama Çok Uzak veya Hızlı Değil için yorumlar kapalıBİLİM, Evrim
Australopithecus afarensis’in 3D modelleri, modern insanları daha iyi koşucular yapan kas adaptasyonlarına işaret ediyor.
Eski insan akrabaları, modern insanlar gibi iki ayak üzerinde koştu, ancak çok daha yavaş bir hızda, üç milyon yıldan daha uzun bir süre önce yaşamış küçük bir hominin olan Australopithecus afarensis’in 3D bilgisayar simülasyonlarını öneriyor.
Durham, Kuzey Carolina’daki Duke Üniversitesi’nde evrimsel antropolog olan Herman Pontzer, analizin homininin koşu hızının ve modern insanların uzun mesafeler koşmasını sağlayan kas adaptasyonlarının ayrıntılı bir anlık görüntüsünü sunduğunu söylüyor. “Bu çok kapsamlı bir yaklaşım,” diyor. Bulgular bu hafta Current Biology’de yayınlandı.
A. afarensis iki ayak üzerinde dik yürüdü ve fosillerini, iki ayaklılığın insan soyunda nasıl evrimleştiğini ortaya çıkarmak isteyen araştırmacılar için favori haline getirdi. Ancak İngiltere’deki Liverpool Üniversitesi’nde evrimsel biyomekanik araştırmacısı olan çalışmanın ortak yazarı Karl Bates, homininin çalışma yeteneğini araştırdığını, çünkü fosilleşmiş ayak izlerini ve kemikleri incelemekten daha fazlasını gerektirdiğini söylüyor.
YAVAŞ BIR MAYIN Bates ve meslektaşları, yarım yüzyıl önce Etiyopya’da keşfedilen neredeyse eksiksiz 3,2 milyon yıllık A. afarensis örneği olan ‘Lucy’ iskeletinin 3D dijital modelini yarattı. Eski hominin kas kütlesini tahmin etmek için modern maymunların kas özelliklerini ve Lucy’nin kemiklerinin yüzey alanını kullandılar. Araştırmacılar daha sonra Lucy modellerini ‘çalıştırmak’ için bir simülatör kullandılar ve performansını modern bir insanın dijital modeliyle karşılaştırdılar.
Simülasyonlar, modern insanlarda koşuya dayanıklılığa fayda sağladığı düşünülen uzun Aşil tendonu ve kısaltılmış kas liflerinden yoksun olmasına rağmen Lucy’nin iki ayak üzerinde koşabileceğini gösterdi. Ancak hız Lucy’nin gücü değildi: araştırmacılar onu insan kaslarıyla yeniden şekillendirdikten sonra bile saniyede sadece beş metreye ulaşabiliyordu. Buna karşılık, insan modeli saniyede yaklaşık 8 metrede koştu. Araştırmacılar modellemelerinden vücut boyutunu kaldırdıklarında bile, Lucy’nin koşusu hala modern insanların gerisinde kaldı ve bu da fiziksel oranlarının ana suçlu olduğunu düşündürdü. Bates, “Tüm kasları toplasanız bile, yine de daha yavaştı,” diyor.
Daha sonra, araştırmacılar koşu sırasında belirli kasların enerji harcamasında bir rolü olup olmadığını değerlendirdiler. Lucy modeline insan benzeri ayak bileği kasları eklediklerinde, enerji maliyeti benzer büyüklükteki diğer hayvanlarınkiyle karşılaştırılabilirdi. Ancak ekip insan ayak bileği kaslarını maymun kaslarıyla değiştirdiğinde koşmak Lucy için daha yorucu hale geldi. Bu, Aşil tendonundaki ve çevresindeki kaslardaki adaptasyonların modern insanların uzun süre koşmasını sağladığını göstermektedir.
Bates ve meslektaşları şimdi yorgunluğun ve kemik gerginliği de Lucy’nin koşusunu etkileyip etkilemediğini araştırmayı planlıyorlar.
Yaşam evrimleşir. Mineraller de öyle. Peki ya diğer her şey? için yorumlar kapalıBİLİM, BİYOLOJİ, Evrim
Evrimi genişleten önerilen “doğal yasa” destek buldu
Carnegie Bilim Enstitüsü’nde mineralog olan Robert Hazen’a göre Charles Darwin yeterince büyük düşünmemişti. Pencereye bakın, diyor. “Çiçekleri görüyorsunuz. Ağaçları görüyorsunuz. Tüm binaları, inşa ettiğimiz tüm şeyleri, inşa ettiğimiz dili görüyorsunuz.” Zamanla, Dünya’daki her şeyin—sadece canlılar değil—neden giderek daha zengin ve karmaşık göründüğünü ne açıklayabilir?
Geçtiğimiz yıl, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde yayınlanan bir makalede , Hazen ve Carnegie’de bir astrobiyolog olan Michael Wong liderliğindeki bir ekip bir cevap önerdi . Evrim kavramını genişleten, yalnızca yaşamın değil, mineraloji, kimya ve yıldızların iç işleyişindeki sistemlerin karmaşıklığını artıran eksik bir “doğal yasa” olduğunu söylüyorlar. Geçtiğimiz hafta Wong ve Hazen, mikrobiyolojiden sinirbilime kadar çeşitli 100 bilim insanını, karmaşıklığın nasıl ortaya çıktığı ve evrimleştiği üzerine bir çalıştay için ağırladılar. Ayrıca, Wong’un bir konuşmasında söylediğine göre, “biyoloji dahil ancak bununla sınırlı olmamak üzere, büyük ölçekte fiziksel sistemlerin evrimi için açıklayıcı bir çerçeve” olan cüretkar önerileri için bir referandumdu.
Basitçe ifade etmek gerekirse, makale, çeşitli etkileşimli bileşenlerden oluşan sistemlerin, bazı yapılandırmaların diğerlerinden daha iyi devam etmesine izin veren ortamlara yerleştirildiğinde, kaçınılmaz olarak “artan işlevsel bilgi” durumlarına doğru nasıl ilerleyeceğini açıklıyor. Yani, zaman geçtikçe, bir sistem daha çeşitli ve karmaşık hale gelecek, bir tür doğal seçilim yoluyla hayatta kalmak için gereken işlevlerle zenginleşecektir. DNA mutasyonlarının üreme ve doğal seçilim yoluyla devam eden yapılandırmaları yarattığı biyolojik evrim, bu daha geniş yasanın yalnızca bir alt kümesi olacaktır
.Georgia Teknoloji Enstitüsü’nde yaşamın kökenini inceleyen ve çalıştaya katılan biyokimyacı Loren Williams, bunun çekici bir fikir olduğunu söylüyor. “Bana göre biyolojinin dışında da evrimin olduğu çok açık.” Tüm amino asitlerin omurgasını oluşturan molekül zinciri olan polipeptit omurgasını ele alalım diyor. “[Biyolojik] evrim buna dokunmuyor, değil mi? Canlı olan her şeyde aynıdır. Her zaman böyle olmuştur. Ama bunun bir evrim ürünü olduğuna ikna oldum.” Sadece evrimin yaşam başlamadan önce gerçekleştiğini söylüyor. Ve bu yüzden Hazen ve ortak yazarları kapsamlı teorilerini önerdiklerinde, “bu bende yankı buldu” diyor.
Bu fikrin kökleri, Hazen’in minerallerin evrimini belgelemek için harcadığı yaklaşık 20 yıla dayanır; kayaların kristal yapı taşlarıdır. Dünya tarihi boyunca, başlangıçta sadece birkaç düzineden günümüzde binlercesine evrilmişlerdir. Örneğin, Dünya’nın en erken kalsit formları, meteorların sulu değişimiyle gelişmiştir; mikroplar daha sonra 2,5 milyar yıl önce diğer kalsit yapılarını inşa etmeye başlamışken, salyangozlar ve istiridyeler sadece 100 milyon yıl önce yeni kombinasyonlar yaratmışlardır.
Hazen, 2008 yılında ilk kez bu fikri ortaya attığında meslektaşlarının şüpheci olduğunu söylüyor. “Bu, sadece öylesine bir hikaye gibiydi.” Ancak o zamandan beri, binlerce minerali jeolojik kayıtlarda ilk ortaya çıktıkları tarihlere bağlayan araştırmalar, bunların biyolojideki filogenetik ağaçlar gibi zamanla dallanan bir ağaç oluşturduğunu doğruladı. Disiplin artık belirli değerli veya kritik minerallerin nerede ve ne zaman ortaya çıktığını ve hangi kayalarda ortaya çıktığını belirlemeye başlıyor. Bu gerçek, madencilik endüstrisi tarafından fark edilmeden kalmadı diyor Hazen. “Eski bir deyiş vardır, altın onu bulduğun yerdir,” diyor. “Şimdi ise makine öğrenimi algoritmalarımızın altının nerede olacağını tahmin ettiğini söylüyoruz.”
Mineraller ayrıca Hazen ve Wong’un yeni yasası için en iyi geliştirilmiş vaka çalışmasıdır. Temmuz ayında PNAS Nexus’ta yayınlanan bir makalede , mineral evriminin birden fazla aşamasından geçerek olası mineral kimyasal yapılandırmalarının sayısını hesaplıyorlar ve zamanla, bu minerallerin sayısının durmaksızın arttığını gösteriyorlar – toplam işlevsel bilgilerinde bir büyüme.
Bazı bilim insanları Hazen ve Wong’un fikrini kabul ediyor ancak bunun mutlaka yeni bir doğa yasası haline gelip gelmeyeceğinden emin değiller. Viyana Üniversitesi’nde faaliyet biyolojisini inceleyen bir projeye liderlik eden sistem biyoloğu Johannes Jäger, “Fizikçileri kızdırmamak için buna yeni bir fizik yasası demezdim, ” diyor. Diğerleri ise bunun test edilecek hipotezleri kolayca üretmediğini söylüyor. Uygulamalı Moleküler Evrim Vakfı’nda astrobiyolog olan Elisa Biondi, “Henüz gerçekten kullanamıyoruz,” diyor ve bu fikri beğendiğini vurguluyor. “Kapsamaya çalıştıkları genellik için değil.”
Bununla birlikte, Hazen ve Wong diğer alanlarda taraftar kazanıyor gibi görünüyor. Montpellier Üniversitesi’nde tümör büyümesini inceleyen bir evrimsel biyolog olan Frédéric Thomas, “Makaleyi ilk gördüğümde iki gece uyuyamadım,” diyor. Onları oluşturan hücrelerin ve öldürdükleri hayvanların aksine, tümörler kendileri geleneksel Darwinci evrimi takip etmez: Bir tümör çoğalmaya çalışmaz veya tipik olarak bir organdaki diğer tümörlerle rekabet etmez. Thomas, “Ancak belirli tümörlerin evrimleştiğini ve daha karmaşık ve sofistike hale geldiğini biliyoruz,” diyor. Eylül ayında Evolution, Medicine, & Public Health’de yayınlanan bir çalışmada, Thomas ve meslektaşları tümör evrimini açıklamalarında Hazen ve Wong’dan ödünç alıyorlar .
İkilinin önerisi mikrobiyal ekolojide de benimsendi. Bu yılın başlarında EcoEvoRxiv’de yayınlanan bir ön baskıda, Northern Arizona Üniversitesi’nden Nancy Johnson ve Santo Tomas Üniversitesi’nden César Marín adlı iki mikorizal ekolojist, yerli bitkilerin ve köklerinin, bozulmaya karşı dayanıklılıklarını artırmak için yıldan yıla farklı toprak mikropları ve mantar kombinasyonlarını nasıl seçtiğini açıklamanın bir yolu olarak “işlevsel takım seçimi”ni önermek için fikri uyarladılar. Johnson, “Bu yasa gerçekten gerekli,” diyor. “Benim dünyamda, mikrobiyal ekolojide, çok yardımcı oluyor.”
Google’da teknoloji ve toplum baş teknoloji sorumlusu Blaise Agüera y Arcas, yapay yaşam üzerine bilgisayar bilimi araştırmalarında bile bunun yankılarının olduğunu söylüyor. “Ben buna tamamen katılıyorum,” diyor. “Devam eden şey, var olur.”
Atölye sırasında Agüera y Arcas, ekibinin sanal bir çorbada rastgele bilgisayar talimatı dizileri oluşturmak için minimalist programlama dillerini kullanarak yaptığı çalışmayı sundu ve bu çalışma Ağustos ayında arXiv’de ön baskı olarak yayınlandı. Her turda, iki kod dizisi bir araya getirilir, yürütülür ve parçalanır. Hiçbir mutasyon eklenmez ve ortamda uygunluk baskısı yoktur. İlk başta sonuç hiçbir şey değildi, sadece birleştirilmiş kodlar çalıştırıldığında hatalar ortaya çıktı. Ancak milyonlarca tur boyunca karmaşık kodlar ortaya çıktı; sanki doğal bir evrim yasası iş başındaymış gibi.
Bu karmaşık döngü kod parçacıklarının ne yaptığını anlamak zordu, dedi. “Ama tabii ki yaptıkları şey çoğalmaktı.”
Hesaplama ve Kimyada Öz Organizasyon: Simya’ya Dönüş için yorumlar kapalı
Yaşam gibi karmaşık uyarlanabilir sistemler basit bileşen parçalarından nasıl ortaya çıkar? 1990’larda Walter Fontana ve Leo Buss, bu soruya, hesaplamanın resmi bir modeline dayanan yeni bir modelleme yaklaşımı önerdiler.λkalkülüs. Model, kombinasyonel olarak büyük bir olasılıklar alanına yerleştirilmiş basit kuralların, biyokimyasal reaksiyon ağlarını anımsatan karmaşık, dinamik olarak kararlı organizasyonlar üretebileceğini gösterdi. Burada, son otuz yıldır yeterince incelenmemiş olan AlChemy adlı bu klasik modeli yeniden ele alıyoruz. Orijinal sonuçları yeniden üretiyoruz ve bugün mevcut olan daha büyük bilgi işlem kaynaklarını kullanarak bu sonuçların sağlamlığını inceliyoruz. Analizimiz, sistemin beklenmedik birkaç özelliğini ortaya koyuyor ve dinamik sağlamlık ile kırılganlığın şaşırtıcı bir karışımını gösteriyor. Özellikle, karmaşık, kararlı organizasyonların daha önce beklenenden daha sık ortaya çıktığını, bu organizasyonların önemsiz sabit noktalara çökmeye karşı dayanıklı olduğunu, ancak bu kararlı organizasyonların daha yüksek mertebeden varlıklara kolayca birleştirilemediğini buluyoruz. Ayrıca, modelde kullanılan rastgele üreteçlerin oynadığı rolü inceliyoruz, iki rastgele ifade üreteci tarafından üretilen nesnelerin ilk dağıtımını ve sonuçlar üzerindeki sonuçlarını karakterize ediyoruz. Son olarak, yazılmış ifadelere dayalı modelin bir uzantısının nasıl olduğunu gösteren yapıcı bir kanıt sunuyoruz.λhesaplama, herhangi bir olası kimyasal reaksiyon ağındaki keyfi durumlar arasındaki geçişleri simüle edebilir ve böylece AlChemy ile kimyasal reaksiyon ağları arasında somut bir bağlantı olduğunu gösterir . AlChemy’nin modern programlama dillerinde kendi kendini örgütlemeye ve yaşamın kökenine yönelik nicel yaklaşımlara olası uygulamalarının tartışılmasıyla sonuca varıyoruz.
Bilimin Doğasını Anlamak: Evrim Eğitiminde Bir Önkoşul için yorumlar kapalı
Bilimde ilerleme doğal olayların nedenleri hakkında daha iyi açıklamaların geliştirilmesi ile olur. Yani bilimde ortaya konulan bir açıklamanın tam ve kesin olduğundan emin olmak zordur. Ancak pek çok bilimsel açıklama hakkında o kadar çok bilgi toplanmış ve bu açıklamalar o kadar çok testten geçmiştir ki bugün bu açıklamaların güvenilirliği çok yüksektir.
