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Haben Grünalgen einen genetischen Hinweis auf die Herkunft der Geschlechter?

Der Ursprung dessen, wie wir zu Männern und Frauen wurden - wie sich Arten entwickelt haben, um körperlich unterschiedliche Männchen und Weibchen zu haben - kann entmystifiziert werden, sagen Pflanzenbiologen, nachdem sie ein Hauptgen zur Kontrolle von Geschlecht und Paarung unter Grünalgen identifiziert haben.


Das Gen, das in der Volvox carteri-Alge entdeckt wurde, ist für die unterschiedlichen physikalischen Unterschiede zwischen den Männchen und Weibchen in den vielzelligen Arten verantwortlich.

Das Gen entdeckt in der Volvox Carteri Algen wurden für die unterschiedlichen physischen Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen in den vielzelligen Arten verantwortlich gemacht.

Dies könnte auch "einen möglichen Entwurf dafür liefern, wie Geschlechter in anderen vielzelligen Organismen wie Pflanzen und Tieren entstanden sein könnten", sagen die Forscher.

Der Kontrast zwischen den beiden Arten von Fortpflanzungszellen (von Biologen bekannt als die Gameten, die während der Befruchtung verschmelzen) ist offensichtlich: Es ist der Unterschied zwischen Sperma und Eiern.

"Allerdings", so die Forscher, "sind die evolutionären Ursprünge von männlichen und weiblichen Geschlechtern unklar, weil die entfernten einzelligen Verwandten von Pflanzen, Tieren und anderen mehrzelligen Arten im Allgemeinen keine unterschiedlichen Geschlechter haben, sondern Paarungstypen haben - ein System, in dem Gameten eines Paarungstyps können nur mit denen eines anderen Paarungstyps fusionieren, aber die Zellen jedes Paarungstyps sind in Größe und Morphologie voneinander nicht unterscheidbar. "

Das Gen ist aus einzelligen Arten entstanden

Die Autoren haben die Ergebnisse ihrer Arbeiten veröffentlicht Volvox im Open-Access-Journal PLOS Biologie.

Es wurde gefunden, dass die Geschlechter dieser mehrzelligen Alge von den Paarungstypen ihres einzelligen Verwandten, einer Spezies, die als bekannt ist, abgeleitet sind Chlamydomonas reinhardtii.

Ein Gen war von zentraler Bedeutung für die Bestimmung von Spermien im Vergleich zu Ei - die Laborarbeit klärte frühere theoretische Arbeiten, um herauszufinden, dass sich "ein einziges genetisches Gen für anzügliche Genpaarungen, MID, aus seiner Rolle bei der Bestimmung des Paarungstyps entwickelt hat C. reinhardtii um entweder Spermatogenese oder Oogenese zu bestimmen V. Carteri."

Wie beziehen sich die Befunde auf komplexere Wesen? Die Autoren geben an, dass die Algen ein "ausgezeichnetes Modell für die Untersuchung der Evolution des Sexualdimorphismus" bieten, da sie "den Übergang von einzelligen zu mehrzelligen Formen mit zunehmender Größe und Zelltypspezialisierung" zeigen.

Geschlechtsumwandlung

Die Ergebnisse der Biologen sind hochwissenschaftlich und beinhalten akribische Laborarbeit, aber im Wesentlichen haben sie die Algen durch genetische Manipulation ausgetauscht.

Das Team - unter der Leitung von Dr. James Umen, assoziiertes Mitglied des Instituts für erneuerbare Brennstoffe am Danforth Plant Science Center in St. Louis, MO - "konnte in der Vergangenheit Eizellen in Pakete funktioneller Samenzellen umwandeln" genetisch weiblich Volvox.

Umgekehrt zwang das Team die genetischen Männchen dazu, sich mit funktionellen Eiern anstelle ihrer Spermapakete zu entwickeln.

Dies alles wurde durch die Manipulation eines einzelnen Gens, genannt MID, erreicht, das das Team als das "Hauptregulationsgen für Geschlechter und Paarungstypen" in dieser Gruppe von Grünalgen identifiziert.

Die Ergebnisse der Arbeit "weisen darauf hin, dass ein ähnliches evolutionäres Szenario der Entstehung von Geschlechtern in Tieren, Pflanzen und anderen multizellulären Linien zugrunde liegen könnte", sagen die Pflanzenwissenschaftler.

Neben dem Beitrag zur Evolutionstheorie könnten die Ergebnisse praktische Hilfe für Wissenschaftler liefern, die an der Entwicklung von Biokraftstoffen und anderen biotechnologischen Anwendungen arbeiten, wo, so Dr. Umen, "die sexuelle Fortpflanzung bei den meisten Algenarten kaum verstanden wird".

"Bemerkenswerte" Ergebnisse

Der britische Medizin- und Molekulargenetiker Roland G. Roberts sagt in einem in der gleichen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlichten Leitartikel, dass die Forscher nicht nur in der Lage seien zu zeigen, dass der genetische Schalter ein männlich-weiblicher sei, sondern auch einer könnte Hermaphroditen bestimmen.

Mit einigen genetischen Details schreibt er: "Bemerkenswerterweise konnten die Autoren zeigen, dass dieser Mann / Frau - Schalter abstimmbar ist - wenn sie eine schwächere Version des Volvox Carteri MID RNAi Haarnadel, die partielle Depletion von Volvox Carteri MID führte zu Hermaphroditen, die sowohl pseudomale Spermienpakete als auch pseudo-weibliche Eier enthielten. "

Die beiden untersuchten Algenarten, die "durch 200 Millionen Jahre Evolution getrennt sind", fügt Dr. Roberts hinzu, "könnten unterschiedlicher nicht in ihrem Aussehen oder in ihren sexuellen Neigungen sein." Dennoch schreibt er, dass ein einzelnes Gen nicht nur die Geschlechter beider Spezies bestimmte, sondern auch den Dimorphismus zwischen den Geschlechtern und die "beträchtliche Divergenz" in der sexuellen Entwicklung der beiden Arten.

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