Vem har ett kammarehjärta?
Strängt taget är hjärtkammaren som det bara i fåglar och däggdjur, inklusive människor. Detta beror på uppdelningen av dessa djurs cirkulationssystem i två cirklar av blodcirkulation. Den stora cirkeln av blodcirkulationen levererar blod direkt till kroppens organ, medan den lilla cirkeln tjänar till att mätta blodet med syre i lungorna. Krokodiler har ett villkorligt fjärdkammarhjärta, för även om det har en hjärtavskiljning i två ventriklar och två atria är denna separation ofullständig och om nödvändigt kan krokodillen skicka venös blodrik koldioxid till artärerna. Denna förmåga hjälper krokodilerna med matsmältning genom att stimulera produktionen av magsaft. Ännu mer konventionellt kan fyrkammaren betraktas som hjärtat av fisk, som förutom atrium och ventrikel har två små kamrar - venus sinus och aorta-konen.
Fyra kammare krokodilhjärta.
Krokodiler är den enda reptilen som har ett sådant hjärta.
Förresten, de har ett litet hål i septumet mellan magen och blodet blandar ganska ofta. Det är därför som krokodiler kan stanna under vatten under lång tid.
De säger också att grodor har ett kammarhjärta, men det verkar som om detta inte har bevisats (jag vet inte exakt).
Det fyrakammiga hjärtat har sådana levande varelser på jorden som: en normal person, en krokodil, fåglar, däggdjur, ett kammarhjärta har: ett vänster atrium och ett ventrikel, ett högt atrium och ett ventrikel.
I hjärtat fiskar är de tvåkammare, i amfibier och i de flesta reptiler, trekammare, men endast fåglar och däggdjur har fyra kammarm hjärtan. Den enda reptilen som har ett hjärta med 4 kameror är en krokodil. Men det är något sämre i det, eftersom atrierna inte är helt separerade av en interatriell septum.
Grodorna har tre kammare hjärtan, men det finns två ytterligare separata delar i dem, så det är bara villkorligt att man kan anse att dessa amfibiskamrar har bara tre.
Man tror att de allra första fyrakammarmärkena uppträdde vid tidens grymhet i dinosaurierna, och sedan gick denna egenskap i evolutionen vidare till sina direkta efterkommande.
Mannen, som är ett däggdjur, har också ett kammarehjärta.
Kammarhjärtat är i fåglar och däggdjur, inklusive människor.
Krokodilens reptil (reptil) har också ett sådant hjärta, men detta är villkorat, eftersom atrierna har ett budskap mellan dem.
De fyra kamrarna är två atria, separerade av en atriell septum och två ventriklar, också separerade av en septum (interventrikulär)
Atrierna kommunicerar med ventriklerna genom öppningarna där det finns en ventil på varje sida (det finns tre ventiler till höger, två till vänster, det kallas också mitralventilen).
Den vänstra halvan innehåller arteriellt blod, den högra venösa. Inget meddelande. Visst har fostret ett hål i det interatriella septumet, som normalt växer vid födseln eller på livets första mål. Om detta inte händer, utvecklas en hjärtfel.
Konstigt som det låter, har en person ett kammarhjärta.
Fåglar har samma hjärta - till exempel har en duva ett hjärta så.
Som redan nämnts har krokodillen blivit den glada ägare till denna viktiga kropp.
I själva verket oavsett vilket hjärta någon har - det viktigaste som det slår och fungerar.
Hjärtkammaren består av det högra atriumet, högra ventrikeln, vänster atrium och vänster ventrikel. Fåglar och däggdjur (inklusive människor) har sådana hjärtan.
Reptiler har ett kammarhjärta, men en av deras representanter, krokodillen, har redan ett kammarhjärta (även om det interatriella septumet fortfarande inte helt skiljer åt atriumet).
I allmänhet är hjärtkammarens hjärta, hos fåglar och däggdjur, inklusive människor. 4-kammarens hjärta innehåller vänster atrium och ventrikel och rätt atrium och ventrikel. Den enda amfibien med ett 4-kammarmusch är krokodillen.
Först av allt, naturligtvis, vi är med dig, det vill säga, människor har ett 4-kammare hjärta. Även 4-kammare hjärta har fåglar, däggdjur, reptiler. Strukturen i hjärtat av alla dessa individer är mycket likartad.
Hos människor är krokodiler, alla djur däggdjursklasser och många fler.
Vem har ett kammarehjärta?
Fyra kammare krokodilhjärta.
Krokodiler är den enda reptilen som har ett sådant hjärta.
Förresten, de har ett litet hål i septumet mellan magen och blodet blandar ganska ofta. Det är därför som krokodiler kan stanna under vatten under lång tid.
De säger också att grodor har ett kammarhjärta, men det verkar som om detta inte har bevisats (jag vet inte exakt).
Strängt taget är hjärtkammaren som det bara i fåglar och däggdjur, inklusive människor. Detta beror på uppdelningen av dessa djurs cirkulationssystem i två cirklar av blodcirkulation. Den stora cirkeln av blodcirkulationen levererar blod direkt till kroppens organ, medan den lilla cirkeln tjänar till att mätta blodet med syre i lungorna. Krokodiler har ett villkorligt fjärdkammarhjärta, för även om det har en hjärtavskiljning i två ventriklar och två atria är denna separation ofullständig och om nödvändigt kan krokodillen skicka venös blodrik koldioxid till artärerna. Denna förmåga hjälper krokodilerna med matsmältning genom att stimulera produktionen av magsaft. Ännu mer konventionellt kan fyrkammaren betraktas som hjärtat av fisk, som förutom atrium och ventrikel har två små kamrar - venus sinus och aorta-konen.
Gen och bildandet av ett kammarehjärta
Biologer har upptäckt en gen, vars förändringar ledde till en evolutionär övergång från ett kammarhjärta i amfibier och reptiler till en fyrkammare i fåglar och djur, vilket kommer att hjälpa till att riva upp hur de blev varmblodiga. Hjärtat av fåglar, däggdjur och krokodiler, som är uppdelade i två halvor, gör att två cirklar av blodcirkulation kan existera, "betjäna" respektive lungorna och organismen som helhet. Som ett resultat blandar inte arteriellt och venöst blod, som i amfibiens trekammarhjärta, och kroppen levereras mycket bättre med syre.
Bland reptilerna finns det olika varianter av hjärtat "design". I synnerhet har sköldpaddan i hjärtkammaren i deras trekammarhjärta en septum, som emellertid inte skiljer dem helt. "Hjärtat i reptiler var föremål för kontroverser - om det har en enda ventrikel eller två ventriklar som inte är helt separerade", skriver studien, en grupp forskare från USA, Kanada och Japan under ledning av Katsuko Koshiba-Takeuchi från University of California i San Francisco.
De utförde en jämförande studie av röda öronsköldpaddor (Trachemys scripta elegans) och iguaner - röda halsar (Anolis carolinensis) när det gäller genetiska faktorer som hör samman med hjärtutvecklingen i embryonala steg. Resultaten av observationer visade att i både sköldpaddor och iguanor i första steget manifesteras Tbx5-genen på hela ytan av den framtida ventrikeln, men i de senare skeden av sköldpaddorna fungerar denna gen endast i den vänstra halvan. I däggdjur och fåglar är denna gen associerad exakt med bildandet av vänster ventrikel.
Detta innebär att Tbx5-genen i takt med utvecklingen börjar att bilda strukturen i ett fyrkammarmärta. För att bekräfta denna hypotes utförde forskare ett experiment på möss som hade Tbx5-genen avstängd. Som ett resultat försvann partitionen mellan ventriklerna hos möss, ett trekammart hjärta som liknade hjärtan av reptiler bildades.
Vem har ett kammare, tvåkammare, trekammare, fyrakammarehjärta?
Amfibier och reptiler har redan två cirklar av blodcirkulation och deras hjärta är trekammare (interatrialseptum visas). Den enda moderna reptilen som har en sämre (den interatriella septum skiljer sig inte helt åt atrierna), men redan är kammaren hjärtat en krokodil. Man tror att för första gången fanns det fyra kammarens hjärta i dinosaurier och primitiva däggdjur. I framtiden arvade de direkta efterkommarna av dinosaurier - fåglar och efterkommande av primitiva däggdjur - moderna däggdjur en arv av denna struktur av hjärtat.
Hjärtat i alla ackordater har nödvändigtvis en hjärtväska (perikardium), ventilapparat. Hjärtorna hos blötdjur kan också ha ventiler, ha ett perikardium, som i magsäcken täcker tarmarna. I insekter och andra leddjur kan organen i cirkulationssystemet i form av peristaltiska expansioner av de stora kärlen kallas hjärtan. I ackordat är hjärtat ett orört organ. I mollusker och artropoder kan mängden variera. Begreppet "hjärta" gäller inte maskar etc.
[redigera] Hjärtat av däggdjur och fåglar
Den molekylära mekanismen för omvandling av ett trekammart hjärta till ett kammarhjärta avkrympas.
Utseendet på hjärtkammarens hjärta hos fåglar och däggdjur var den viktigaste evolutionära händelsen, tack vare vilken dessa djur kunde bli varmblodiga. En detaljerad studie av hjärtans utveckling i ödla och sköldpaddaembryon och dess jämförelse med tillgängliga data på amfibier, fåglar och däggdjur visade att nyckelrollen för att omvandla ett trekammart hjärta till en fyrkammare var spelat av förändringar i Tbx5-regulatorgenen, som fungerar i den initiala enda ventrikeln. Om Tbx5 uttrycks (fungerar) jämnt i hela bakterien, är hjärtat trekammare, om än på vänster sida - fyrkammare.
Framväxten av ryggradsdjur på land var associerad med utvecklingen av lungrespiration, vilket krävde en radikal omstrukturering av cirkulationssystemet. I fisk-andningsgyllor, en cirkel av blodcirkulation, respektive hjärtat, tvåkammare (består av ett atrium och ett ventrikel). I terrestriska vertebrater finns det ett tre- eller fyrakammarhjärta och två cirklar av blodcirkulation. En av dem (små) driver blod genom lungorna, där det är mättat med syre; då återvänder blodet till hjärtat och går in i vänstra atriumet. Den stora cirkeln leder syrsyre (arteriellt) blod till alla andra organ, där det ger upp syre och återvänder till hjärtat genom venerna till höger atrium.
Hos djur med trekammad hjärta går blod från båda atrierna in i en enda ventrikel, från vilken den sedan reser till lungorna och till alla andra organ. Samtidigt blandas arteriellt blod i varierande grad med venöst blod. Hos djur med ett kammarhjärta under embryonal utveckling delas singelventrikeln initialt av ett septum i vänster och höger halvdel. Som ett resultat är de två cirklarna i cirkulationen helt separerade: venöst blod går in i den högra hjärtkammaren och går därifrån till lungorna, arteriellt blod går bara till vänster ventrikel och går därifrån till alla andra organ.
Bildandet av ett kammarhjärta och den fullständiga separationen av blodcirkulationscirklarna var en nödvändig förutsättning för utveckling av varmblodighet hos däggdjur och fåglar. Vävnaderna hos varmblodiga djur förbrukar mycket syre, så de behöver "rent" arteriellt blod, som är maximalt mättat med syre och inte blandat arteriellt venöst blod, vilka kallblodiga ryggradsdjur med ett trekammat hjärta är nöjda med (se: Phylogenesis of the circulatory chordus).
Ett trekammarmärta är karakteristiskt för amfibier och de flesta reptiler, även om de senare har en partiell separation av ventrikeln i två delar (en ofullständig intraventrikulär septum utvecklas). Det nuvarande hjärtkärnan utvecklades oberoende i tre evolutionära linjer: i krokodiler, fåglar och däggdjur. Detta anses vara ett av de mest framträdande exemplen på konvergerande (eller parallell) evolution (se: Aromorphoses och parallell evolution; Parallelism och homologiska variabilitet).
En stor grupp forskare från USA, Kanada och Japan, som publicerade sina resultat i det senaste numret av tidskriften Nature, satte fram för att ta reda på den molekylärgenetiska grunden för denna viktiga aromorfos.
Författarna studerade i detalj hjärtans utveckling i två reptilembryon - den röda öronskildpadden Trachemys scripta och anolyöven (Anolis carolinensis). Reptiler (utom krokodiler) är av särskilt intresse för att lösa problemet, eftersom deras hjärts struktur på många sätt är mellanliggande mellan trekammare (t.ex. amfibier) och verkliga fyrkammare, som krokodiler, fåglar och djur. Samtidigt har ingen i artiklarna 100 år på allvar studerat embryonal utveckling av reptilhjärtan.
Studier utförda på andra ryggradsdjur har fortfarande inte givit ett bestämt svar på frågan om vilka genetiska förändringar som orsakade bildandet av ett kammarhjärta under utvecklingens gång. Det noterades dock att Tbx5-regulatorgenen, det kodande proteinet, en transkriptionsregulator (se transkriptionsfaktorer), fungerar annorlunda (uttryckt) i utvecklingshjärtan hos amfibier och varmblodiga. I det förra uttrycks det enhetligt genom den framtida ventrikeln, i det senare uttrycket är maximal i vänstra delen av anlagen, från vilken vänster ventrikel bildas senare, och minimalt till höger. Det konstaterades också att en minskning av Tbx5-aktivitet leder till defekter i septumutvecklingen mellan ventriklerna. Dessa fakta tillät författarna att föreslå att förändringar i Tbx5-genaktiviteten skulle kunna spela en roll i utvecklingen av hjärtkammaren.
Under utvecklingen av hjärtat av en ödla utvecklas en muskelrulle i ventrikeln, som delvis skiljer det ventrikulära utloppet från huvudhålan. Denna rulle tolkades av vissa författare som en struktur homolog med den intergastriska partitionen hos ryggradsdjur med ett kammarhjärta. Författarna till artikeln som diskuteras, på grundval av att studera valsens tillväxt och dess fina struktur, avvisar denna tolkning. De uppmärksammar det faktum att samma kudde visas kort under utveckling av hjärtat av ett kycklingembryo - tillsammans med den verkliga septumen.
Uppgifterna som erhållits av författarna tyder på att inga strukturer som är homologa med den aktuella interventrikulära septum tycks bilda sig i ödlan. Sköldpaddan bildar tvärtom en ofullständig partition (tillsammans med en mindre utvecklad muskelrulle). Bildandet av denna partition i sköldpaddan börjar mycket senare än i kycklingen. Ändå visar det sig att hjärtat av en ödla är mer "primitiv" än en sköldpadds. Sköldpaddans hjärta är mellanliggande typiska trekammare (som amfibier och ödlor) och fyrkammare, såsom krokodiler och varmblodiga. Detta strider mot allmänt accepterade idéer om reptilernas utveckling och klassificering. På grundval av sköldpaddornas anatomiska egenskaper betraktades det traditionellt som den mest primitiva (basala) gruppen bland moderna reptiler. En jämförande analys av DNA som utförs av ett antal forskare påpekade emellertid en gång om gång närheten av sköldpaddor till archosaurs (en grupp krokodiler, dinosaurier och fåglar) och en mer grundläggande position av skalar (ödlor och ormar). Hjärtans struktur bekräftar detta nya evolutionära system (se figur).
Författarna studerade uttrycket av flera regulatoriska gener i utvecklingshjärtat hos en sköldpadda och ödla, inklusive Tbx5-genen. Hos fåglar och däggdjur, redan vid mycket tidiga faser av embryogenesen, bildas en kraftig gradient av uttrycket av denna gen i ventrikulärknoppen (uttrycket minskar snabbt från vänster till höger). Det visade sig att i början av ödlan och sköldpaddan uttrycks Tbx5-genen på samma sätt som i grodan, det vill säga jämnt i framtida ventrikeln. I en ödla fortsätter denna situation fram till slutet av embryogenesen, och i sköldens sena skeden bildas en expressionsgradient - väsentligen densamma som i kycklingen, men endast mindre uttalad. Med andra ord, i den högra delen av ventrikeln minskar genaktiviteten gradvis, medan den i den vänstra delen är hög. Således, enligt uttrycksmönstret för Tbx5-genen, upptar sköldpaddan också ett mellanläge mellan ödlan och kycklingen.
Det är känt att proteinet som kodas av Tbx5-genen är reglerande - det reglerar aktiviteten hos många andra gener. På grundval av de erhållna uppgifterna var det naturligt att anta att utvecklingen av ventriklerna och interventrikulär septum styrdes av Tbx5-genen. Det har tidigare visats att en minskning av Tbx5-aktivitet i musembryon leder till defekter i utvecklingen av ventriklerna. Detta var emellertid inte tillräckligt för att överväga den "ledande" rollen som Tbx5 i bildandet av ett kammarhjärta.
För mer övertygande bevis använde författarna flera rader av genetiskt modifierade möss, under vilka embryonal utveckling kunde Tbx5-genen slås av i en eller annan del av hjärtkimen på experterens begäran.
Det visade sig att om du stänger av genen i hela ventrikulärknoppen, börjar inte groden förstöra sig i två halvor: en enda ventrikel utvecklas från den utan några spår av interventrikulär septum. Karakteristiska morfologiska särdrag, genom vilka den högra kammaren kan särskiljas från vänster, oavsett närvaron av en septum, bildas inte heller. Med andra ord erhålls musembryon med ett trekammarm hjärta! Sådana embryon dör på den 12: e dagen av embryonisk utveckling.
Nästa experiment var att Tbx5-genen avstängdes endast på höger sida av ventrikulärknoppen. Således förskjuts koncentrationsgradienten för det regulatoriska protein som kodas av denna gen skarpt till vänster. I princip var det möjligt att förvänta sig att i en sådan situation börjar ingreppsseptumet bildas mer till vänster än det borde vara. Men detta hände inte: partitionen började inte bilda alls, men det var en delning av rudimentet i vänster och höger delar enligt andra morfologiska egenskaper. Detta innebär att gradienten av Tbx5-uttryck inte är den enda faktorn som styr utvecklingen av fyrakammarens hjärta.
I ett annat experiment lyckades författarna se till att Tbx5-genen uttryckte sig jämnt i mönstret av musembrytets ventriklar, ungefär som i en groda eller ödla. Detta ledde igen till utvecklingen av musembryon med ett trekammart hjärta.
De erhållna resultaten visar att förändringar i Tbx5-reguleringsgenens verk verkligen kan spela en viktig roll i utvecklingen av hjärtkammarens hjärta, och dessa förändringar uppträdde parallellt och oberoende av däggdjur och archaurs (krokodiler och fåglar). Således bekräftade studien återigen att förändringar i generens aktivitet - reglerare för individuell utveckling spelar en nyckelroll i utvecklingen av djur.
Naturligtvis skulle det vara ännu mer intressant att utforma sådana genetiskt modifierade ödlor eller sköldpaddor, där Tbx5 skulle uttrycka som hos möss och kycklingar, det vill säga på vänster sida av ventrikeln starkt och på höger sida är det svagt och se om det inte gör det hjärtat mer som en fyrkammare. Men detta är fortfarande inte tekniskt möjligt: reptilgenetik har inte utvecklats hittills.
Vem har ett kammarehjärta
I fisk är hjärtat tvåkammare, består av ett atrium och ett ventrikel. En cirkel av blodcirkulation: venetiskt blod från hjärtat går till gallen, där det blir arteriellt, går till alla organ i kroppen, blir venöst och återvänder till hjärtat.
I amfibier (grodor och nyter) är hjärtat trekammare och består av en ventrikel och två atria. Två cirklar av blodcirkulation:
- Stor cirkel: Från ventrikelblandat blod går till alla organ i kroppen, blir venöst, återgår till höger atrium.
- Liten cirkel: från ventrikeln går det blandade blodet till lungorna, blir arteriellt, återgår till vänsteratrium.
- Från atria blod går in i ventrikeln, det blandar upp.
I reptiler (ödlor, ormar, sköldpaddor) är cirkulationssystemet detsamma som hos amfibier, en ofullständig septum uppträder i ventrikeln, som delvis delar blod: lungorna får det mest venösa blodet, hjärnan som är mest artär och alla andra organ är blandade. Krokodiler har ett kammarehjärta, blandning av blod inträffar i artärerna.
I däggdjur och fåglar är cirkulationssystemet detsamma som hos människor.
tester
26-01. Fyra kammarhjärta
A) alligator
B) sköldpaddor
C) ormar
D) ödlor
2,26. Hos djur, vilken systematiska grupp har ett tvärkammarehjärta?
A) insekter
B) Flatworms
C) amfibier
D) Fisk
3,26. Vilket tecken karaktäriserar cirkulationssystemet i fisk?
A) hjärtat fylls bara med venöst blod
B) Det finns två cirklar av blodcirkulation.
C) trekammarhjärta
D) omvandlingen av arteriellt blod till venös inträffar i ryggmärgskärlet
4,26. Bildandet av amfibier i utvecklingen av ett trekammars hjärta ledde till det faktum att cellerna i deras kropp började levereras med blod.
A) venös
B) arteriell
B) blandad
D) rik på syre
5,26. Framväxten av det trekammiga hjärtat i amfibier bidrog
A) deras landfall
B) Andning av huden
B) öka kroppens storlek
D) Utveckling av deras larver i vatten
26-06. Har representanter för vilka av ovanstående klasser av ackordat en blodcirkulation?
A) fåglar
B) fisk
C) däggdjur
D) reptiler
7,26. I utvecklingsprocessen ledde utseendet på en andra cirkel av blodcirkulationen i djur till framväxten
A) Gillandning
B) lungrespiration
B) trakeal andning
D) Andning genom hela kroppen
8,26. Är domarna om fiskens cirkulationssystem korrekt?
1. Fisken har ett tvärkammare hjärta, det innehåller venöst blod.
2. I fiskens gyllor berikas venös blod med syre och omvandlas till arteriellt blod.
A) endast 1 är sant
B) endast 2 är sant
C) båda domar är sanna
D) båda domar är felaktiga
9,26. Är domarna om cirkulationssystemet av amfibier korrekta?
1. Amfibiernas hjärta består av två kamrar.
2. Venös blod från organ och vävnader samlas i venerna och går in i högra atrium och sedan in i ventrikeln.
A) endast 1 är sant
B) endast 2 är sant
C) båda domar är sanna
D) båda domar är felaktiga
Vilka djur har ett kammarehjärta
Som ett resultat av evolutionen förbättrades alla levande varelser, inklusive cirkulationssystemet. Hjärtat är huvudorganet i systemet som ansvarar för blodflödet genom blodkärlen.
De enklaste varelserna och organismerna har inte detta organ. Det mest primitiva hjärtat uppträder i borstmaskar, som representeras av bara en ventrikel. Det tvåkammiga hjärtat utvecklas för första gången i fisk och lamellattransplantation.
Utseendet på ett trekammarmärke underlättades av framväxten av varelser på land. Det har mycket fler fördelar än de tidigare, men ändå inte perfekta. Orgeln består av ett ventrikel och två atria. Dessutom har djur med trekammarhjärta 2 cirklar av blodcirkulation.
Vem är ägaren till ett kammarehjärta?
- amfibier eller amfibier (grodor, paddor, grodor, salamandrar);
- reptiler (ormar, sköldpaddor, ödlor, krokodiler).
Vi bör också överväga krokodilhjärtans struktur. Ventrikelns septum är ihålig och bildar därigenom ett kammarhjärta. Men eftersom det finns ett hål i mitten i partitionen är krokodilens hjärta inte en full fyrkammare, som i fåglar, däggdjur och människor.
Hur trekammarens hjärta blev fyrkammare
Framväxten av ryggradsdjur på land var associerad med utvecklingen av lungrespiration, vilket krävde en radikal omstrukturering av cirkulationssystemet. I fisk-andningsgyllor, en cirkel av blodcirkulation, respektive hjärtat, tvåkammare (består av ett atrium och ett ventrikel). I terrestriska vertebrater finns det ett tre- eller fyrakammarhjärta och två cirklar av blodcirkulation. En av dem (små) driver blod genom lungorna, där det är mättat med syre. Då återvänder blodet till hjärtat och går in i vänstra atriumet. Den stora cirkeln leder syrsyre (arteriellt) blod till alla andra organ, där det ger upp syre och återvänder till hjärtat genom venerna till höger atrium.
Hos djur med trekammad hjärta går blod från båda atrierna in i en enda ventrikel, från vilken den sedan reser till lungorna och till alla andra organ. Samtidigt blandas arteriellt blod med venöst blod. I djur med ett kammarhjärta, under utveckling, divideras en enda ventrikel initialt av en septum i vänster och höger halvdel. Som ett resultat är de två cirklarna av blodcirkulationen helt åtskilda: syrgasfattigt blod går in från det högra atriumet i den högra kammaren och går därifrån till lungorna, mättad med syre från vänstra atriumet bara i vänstra kammaren och går därifrån till alla andra organ.
Bildandet av ett kammarhjärta var en nödvändig förutsättning för utveckling av varmblodighet hos däggdjur och fåglar. Varmblodiga vävnader förbrukar mycket syre, så de behöver "rent" arteriellt blod, den mest mättade med syre. Ett blandat arteriellt venöst blod kan vara nöjd med kallblodiga ryggradsdjur med ett kammarhjärta. Ett trekammarmärta är karakteristiskt för amfibier och de flesta reptiler, även om de senare har en partiell separation av ventrikeln i två delar (en ofullständig intraventrikulär septum utvecklas). Det nuvarande hjärtkärnan utvecklades oberoende i tre evolutionära linjer: i krokodiler, fåglar och däggdjur. Detta är ett levande exempel på parallellutveckling.
Biologer från USA, Kanada och Japan lyckades delvis avkoda den molekylärgenetiska grunden för denna stora evolutionära händelse (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Huvudrollen i den spelades av förändringar i Tbx5-genen. Denna gen som kodar för ett reglerande protein uttrycks annorlunda i det utvecklande hjärtat i amfibier (Xenopus spur-like frog) och varmblodiga (kyckling och mus) hjärtan. I det förra uttrycks det enhetligt genom den framtida ventrikeln, i det senare uttrycket är maximal i vänster del av anlage (i framtida vänster ventrikel) och minimalt till höger. Och vad sägs om reptiler?
Det konstaterades att i reptiler - ödlor och sköldpaddor - i tidiga embryonala stadier uttrycks Tbx5-genen på samma sätt som i en groda, det vill säga jämnt i framtida ventrikeln. I ödla är allt kvar till slutet av utvecklingen. Som en groda bildar ödla inte något som liknar en septum (åtminstone delvis) mellan ventriklarna.
När det gäller sköldpaddan bildas en expressionsgradient i sina sena steg - samma som i kycklingen, bara mindre uttalad. Med andra ord, i den högra delen av ventrikeln minskar genaktiviteten gradvis, medan den i den vänstra delen är hög. På grund av Tbx5-uttryckets karaktär är således sköldpaddan mellanliggande mellan ödlan och kycklingen. Detsamma kan sägas om hjärtets struktur. Sköldpaddan bildar en ofullständig skiljevägg mellan ventriklerna, men i senare steg än i kycklingen. Turtlens hjärta är mellanliggande mellan den typiska trekammaren (som i amfibier och ödlor) och fyra kammare, som i krokodiler och varmblodiga.
För att bekräfta huvudrollen hos Tbx5-genen i hjärtans utveckling utfördes experiment med modifierade möss. I dessa möss var det möjligt att på begäran av försökspersonen stänga av Tbx5-genen i en eller annan del av hjärtkimen. Det visade sig att om du stänger av genen i hela ventrikulärknoppen, börjar bakterien inte ens delas in i två halvor: en enda ventrikel utvecklas från den utan några spår av septum. Få musembryon med ett kammarehjärta! Sådana embryon dör på den 12: e dagen av embryonisk utveckling.
I ett annat experiment lyckades författarna att se till att Tbx5-genen uttrycks jämnt i mönstret av musembrygans ventriklar - precis som i grodan och ödlan. Detta ledde igen till utvecklingen av musembryon med ett trekammart hjärta.
Naturligtvis skulle det vara ännu mer intressant att konstruera sådana genetiskt modifierade ödlor eller sköldpaddor, i vilka Tbx5 skulle uttrycka som hos möss och kycklingar, dvs starkt i vänster sida av ventrikeln, svagt på höger sida och se om från detta hjärta är mer som en fyrkammare. Men detta är ännu inte möjligt: reptilgenetik har inte utvecklats hittills.
Det är uppenbart att evolutionen skapar en varmblodighet och allt som ger denna omvandling (hjärta, cirkulationssystem, integument, utsöndringssystem etc.) använde enkla verktyg: Ju mindre inställningar som behövs desto bättre. Och om ett trekammarm hjärta kan omvandlas till en fyrkammare i ett steg, så finns det ingen anledning att inte utnyttja den.
Gen duplicering
MULTIFUNCTIONELLA GENER - GRUNDLÄGGANDE AV EVOLUTIONÄRA INNOVATIONER.
Tanken att gendubbling är den viktigaste källan till evolutionära innovationer uttrycktes redan i 1930-talet av en enastående biolog John Haldane (Haldane, 1933). Idag är det ingen tvekan om det. Tanken är enkel. Utseendet på en "extra" kopia av en gen i genomet öppnar frihet för evolutionärt experiment. Mutationer som förekommer i en av de två kopiorna och försvagar genens ursprungliga funktion kommer inte att elimineras genom val, eftersom det finns en andra kopia som fortfarande har samma funktionalitet. Urval eliminerar endast de mutationer som minskar kroppens kondition, och för detta är det nödvändigt att båda kopiorna av genen förstörs på en gång. Därför kommer en av kopiorna sannolikt att förbli mer eller mindre oförändrade, medan den andra kommer att börja ackumulera slumpmässiga mutationer. Mest sannolikt kommer denna växlande kopia att vara hopplöst skadad eller helt förlorad. Det finns dock en chans att en del mutation kommer att lägga till en ny användbar egenskap till en ändrings kopia. Det räcker att den här egenskapen ursprungligen uttrycktes i mycket minsta grad. Urvalet kommer att "gripa" den fördel som har uppstått och kommer att börja optimera genen för den nya funktionen.
Detta sätt att utveckla innovation kallas neofunctionalization. En av kopiorna av den dubbla genen förblir under rensningsvalets verkan, ändras inte och behåller den gamla funktionen medan den andra kopian förvärvar en ny. Naturligtvis kommer den nya funktionen i de flesta fall att relateras till den ursprungliga: det kommer att vara en viss variation på det gamla temat (kom ihåg, vi pratade i kapitel 1 om övergångsproblemet från en elevation av träningslandskapet till ett annat?)
Det händer ofta att ett protein som optimeras genom val för en enda funktion kan också utföra andra funktioner som är sekundära eller helt onödiga för kroppen med låg effektivitet, helt enkelt som en bieffekt. Till exempel kan de flesta enzymer specialiserade på att arbeta med ett enda substrat arbeta lite med andra molekyler som liknar huvudsubstratet. Man kan säga om sådana enzymer att de är anpassade till förvärvet av en ny funktion. Om förhållandena förändras på ett sådant sätt att den här ytterligare funktionen är användbar, kan proteinet specialisera sig i det - förvandla sin hobby till ett huvudjobb (Conant, Wolfe, 2008). Dessutom kommer det att vara särskilt lätt att göra om proteinsgenen oavsiktligt genomgår en dubbelarbete. I själva verket kan en av genernas kopior behålla den gamla specialiseringen, och den andra kan optimeras för att utföra den nya funktionen. Detta kallas subfunktionalisering, eller helt enkelt separation av funktioner.
Tja, om proteins huvudfunktion fortfarande är användbar, är den extra funktionen ("hobby") också användbar, och separeringen av funktioner uppstår inte eftersom genen inte dupliceras? I detta fall kommer valet att optimera proteinet för att utföra båda funktionerna samtidigt. Det här är den vanligaste saken: många gener utför faktiskt inte en, men flera användbara funktioner i kroppen (för enkelhet kommer vi att tala om fallet när det finns två funktioner). En sådan gen är i ett tillstånd av adaptiv konflikt. Om en mutation inträffar i den som förbättrar prestanda för en av funktionerna, kommer den endast att vara användbar om den andra funktionen inte lider av detta. Som ett resultat utgör genen balans mellan de två optimeringsriktningarna och dess struktur en kompromiss mellan motstridiga urvalskrav. Det är uppenbart att i en sådan situation kan ingen av de två funktionerna bli fullbordad. För sådana gener kan dubbelarbete bli en "efterlängtad befrielse" från intern konflikt. Om den multifunktionella genen äntligen dupliceras, kommer de resulterande kopiorna sannolikt att dela upp funktionerna mellan sig och snabbt optimeras i olika riktningar. Sådan är mönstret för att undvika adaptiv konflikt.
Klassiska exempel på framväxten av nya gener genom dubbelarbete
Kristalliner är proteiner från ögonlinsen. Vattenlöslighet, transparens och stabilitet (lång "hållbarhet") - nästan de enda obligatoriska kraven för urval av proteiner till kristallin. Det är förmodligen av denna anledning att olika typer av kristalliner i djur gjordes upprepade gånger från det mest olika "improviserade materialet". Exempelvis uppträdde deltakristaller av fåglar och reptiler genom duplicering och subfunktionalisering från enzymet argininosuccinat-lyas, tau-kristalliner från enolas, SIII-kristalliner från glutation-S-transferas, zeta-kristallin från kinonoxidoreduktas. Vissa kristalliner behöll även sin enzymatiska aktivitet: Sådana proteiner kan fungera som kristalliner i linsen och i andra vävnader som enzymer eller chaperoner [70]. Således är epsilonkristallin hos fåglar samtidigt ett enzymlaktatdehydrogenas (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Gen duplikationer och subfunctionalization frigör dem ofta från en sådan kombination. Exempelvis kombinerar kristallin alfa-B kristallin och chaperon i människa medan den motsvarande genen dupliceras i människa, med en kopia (alfa-B1) som fokuserar på den optiska funktionen i den kristallina linsen och den andra (alfa B2) på funktionen av chaperonen i andra vävnader (Smith et al., 2006).
Särskilt ofta bildas kristalliner från glykolysenzymer - en biokemisk process under vilken cellen lagrar energi, splittrar glukos utan att använda syre. Faktum är att vid embryonal utveckling bildas linsen från celler som inte kan ge syrgas respiration: dessa celler kan extrahera energi endast genom glykolys. Därför är de direkt fyllda med glykolytiska enzymer. Men naturligt urval är en stor opportunist och opportunist, han skapar anpassningar inte från det som är bättre, men från det som kommer först.
Att locka chaperoner för kristallins roll är ungefär samma - opportunistiska. Chaperoner ansvarar för stabiliteten i strukturen hos andra proteiner och släpper effekterna av stressfaktorer, det vill säga mutationer eller temperaturfluktuationer. Linsen är utformad i en viss bemärkelse i "stressfulla" förhållanden (utan syreandning) och dess innehåll måste vara mycket motståndskraftigt mot eventuell stress. Linsen måste behålla sin transparens och ljusbrytningsegenskaper under hela livets livslängd under starkt ljus utan hjälp från utsidan, utan blodkärl, utan nerver. Därför är närvaron av chaperoner i formningslinsen en anpassning ganska logisk. Tja, eftersom de redan finns där, vad är inte material för utvecklingen av nya kristalliner?
Protein antifreezes av Antarktis fisk. Nototeny fisk är den mest varierande och massgruppen av fisk i de kalla Antarktis haven. Framgången med nototeny är associerad med närvaron i deras blod av fantastiska frostskyddsproteiner. Dessa proteiner sammanfogar kristallkristallerna och tillåter dem inte att växa, vilket gör att de kan leva vid extremt låga temperaturer (salt havsvatten fryser vid -1,9 ° C och blodet av vanlig havsfisk vid -0,7... -0,1 ° C). Överraskande, antifreeze nototenyh härrör från protein, vars funktion inte har något att göra med skydd mot frysning. Deras förfader var trypsin, ett enzym i bukspottkörteln som bryter ner proteiner i mag-tarmkanalen. Alla antifrostgener (det finns flera av dem) är mycket lika varandra och uppenbarligen uppträdde genom successiva duplikeringar från en enda stamfragment, som i sin tur bildades från en duplikat av genen som kodar för trypsinogen (proteinet från vilket enzymet trypsin produceras sedan). I början och slutet av antifrostgenerna förblev det samma som trypsingenen, och i mitten var ett repetitivt (amplifierat) nukleotidfragment från den centrala delen av trypsingenen som kodar för tre aminosyror: treonin-alanin-alanin. Denna repetitiva aminosyramotiv bildar ryggraden i frostskyddsmolekylen. Att döma av indikationerna på molekylärklockan, duplicering av den ursprungliga trypsingenen och utseendet av den första antifrostnämnden inträffade för 5-14 miljoner år sedan. Detta sammanfaller ungefär med tiden för en skarp kylning i Antarktis (10-14 Ma), liksom med början av snabb adaptiv strålning av nototeniumfisk (Chen et al., 1997).
En representant för nototenia, den antarktiska tandfiskdissostichus mawsoni, påvisade ett protein mellanprodukt mellan trypsinogen och typiskt frostskyddsmedel: fragment av den ursprungliga trypsinogenen kvarstod i den, som förlorades av de återstående antifreeerna. Detta protein är en verklig molekylär "övergångsform".
Några arktiska fiskar i samband med anpassning till livet i det isiga vattnet uppträdde också frostskyddsproteiner, men andra. Antifreeze torsk liknar i sin struktur frostskyddsmedel nototenivyh, men har inget gemensamt med trypsinogen. Ursprunget av torskskyddsmedel har ännu inte klargjorts, det är bara klart att det var ett självständigt förvärv. Andra arktiska fiskar har egna unika frostskyddsmedel som bildas av andra proteiner - lektiner och apolipoproteiner (True, Carroll, 2002).
Utseendet av specialiserat ribonukleas (ett enzym som bryter ner RNA) hos apor som matar på löv. I Kolobins - Old World-apor som matar sig på grovfoderplanterad mat - har en speciell del av magen utvecklats, där symbiotiska bakterier smälter den oätliga djurmassan [71]. Apen själv sänder faktiskt på dessa bakterier, och i dem, som i någon snabbt växande bakteriepopulation, finns det mycket RNA.
För att smälta bakteriell RNA behöver kolobiner ett enzym - RNas, som kan arbeta i en sur miljö. Förfäderna av kolobin hade inget sådant enzym. Men de, som alla apor, hade ett annat RNase (RNase1), som arbetar i ett alkaliskt medium och kapabel att klyva dubbelsträngat RNA. Detta är ett av mekanismerna för antiviralt skydd, inte relaterat till matsmältning.
I samband med övergången till näring av symbiotiska bakterier har kolobin utvecklat ett nytt RNase, RNase1B. Det produceras i bukspottkörteln och går in i tunntarmen. I tarmarna av colobiner är i motsats till andra apor miljön sur och inte alkalisk. Det nya enzymet smälter perfekt bakteriellt RNA, men kan inte neutralisera dubbelsträngad viral RNA.
Rnase1B-genen uppträdde som ett resultat av duplicering av den ursprungliga RNase1-genen. Efter duplicering behöll en av kopiorna den gamla funktionen, medan den andra förvärvade en ny. Samtidigt agerades den första kopian av ett reningsval och den andra var positiv, vilket ledde till konsolideringen av nio signifikanta substitutioner. Experiment har visat att var och en av dessa nio substitutioner minskar effektiviteten att utföra den ursprungliga funktionen - splittring av dubbelsträngad RNA. Följaktligen var dubblering nödvändig för utvecklingen av en ny funktion: om Kolobin inte hade en "reserv" kopia av genen som fortsatte att utföra den gamla funktionen, skulle valet knappast kunna reparera dessa nio mutationer (Zhang et al., 2002).
Mjölkproteiner av kackerlacken Diploptera punctata. Dessa viviparösa kackerlackor matar sina unga avkommor med speciella proteiner som har inträffat genom duplicering och neofunktionalisering från lipokalin - extracellulära proteiner som är ansvariga för transporter av små hydrofoba molekyler (lipider, steroider, retinoider etc.) (Williford et al., 2004). Tydligen, från samma förfaderliga lipokalin i en annan kackerlacka, Leucophaea maderae, fanns det ett afrodisiakulärt protein, med vilket män lockar kvinnor (Korchi et al., 1999).
Är det möjligt i praktiken att skilja neofunctionalisering från att undvika adaptiv konflikt? I teorin borde det inte vara så svårt. I det första fallet utsätts en kopia av genen för att rena (negativt) urval och fortsätter att utföra den ursprungliga funktionen och den andra kopian utsätts för positivt urval. Vi diskuterade hur man bestämmer vilken typ av urval som gjordes på genen i kapitel 2. I det andra fallet är båda kopiorna föremål för positivt urval och effektiviteten i att utföra båda funktionerna ökar.
För att testa sådana teorier i praktiken har biologer lärt sig bara nyligen. Till exempel tillämpade genetiken från Duke University (USA) 2008 dessa kriterier på en duplicerad enzymgen i ipomoea, ett släkt av växter från familjen convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzymet kallas dihydroflavonol-4-reduktas (DFR). Det återställer olika flavonoider, vilket gör dem till röda, lila och blåa antocyaninpigment. Detta är den ursprungliga funktionen av detta enzym, som det utför i nästan alla blommande växter. Dessutom katalyserar enzymet några andra kemiska reaktioner, och hela dess kapacitet har ännu inte fastställts.
I Ipomoea och flera av sina nära släktingar är DFR-genen närvarande i form av tre kopior som ligger nära varandra (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Andra genkonvolvater har bara en kopia. Alla convolvulaceae med triple DFR-gen bildar en klade, d.v.s. en grupp som härrör från en gemensam förfader och inkluderar alla dess efterkommande. Vid de inledande stadierna av utvecklingen av denna grupp genomgick genen två successiva tandem-duplikationer. Först uppträdde två kopior, varav en blev DFR-B-genen och den andra duplicerades igen och omvandlades till DFR-A och DFR-C.
När det gäller förhållandet mellan synonyma och signifikanta substitutioner fann upphovsmännen att genen som senare splittrade sig i DFR-A och DFR-C efter den första dupliceringen var under inverkan av positivt urval. Det registrerade snabbt signifikanta substitutioner, dvs en adaptiv utveckling ägde rum. När det gäller DRF-B-genen verkar fixeringshastigheten för signifikanta substitutioner i den efter dubbelarbete inte ha ökat. Detta verkar argumentera för neofunktionalisering, det vill säga att DRF-B-gen behöll den ursprungliga funktionen, och DFR-A och DFR-C förvärvade en ny. Det är emellertid fortfarande tidigt att dra slutsatser i det här skedet, eftersom viktiga adaptiva förändringar kan bero på ett mycket litet antal betydande substitutioner. I princip kan även en enda aminosyrasubstitution ändra egenskaperna hos ett protein.
För att exakt kunna bestämma huruvida den adaptiva utvecklingen av DFR-B-genen ägde rum efter duplicering var det nödvändigt att experimentellt undersöka egenskaperna hos proteinet som kodas av det. Detta är precis vad författarna har gjort. De studerade den katalytiska aktiviteten hos DFR-A-, DFR-B- och DFR-C-ipomoeaproteinerna, liksom den ursprungliga versionen av DFR-proteinet från andra fängelser. Alla proteiner testades för förmågan att återställa fem olika substrat (substanser från gruppen av flavonoider).
Det visade sig att Ipomoea DFR-B-proteinet fungerar effektivt med alla fem substraten. Det ursprungliga proteinet DFR klarar alla av dem mycket sämre. Slutligen uppvisar DFR-A och DFR-C inte någon katalytisk aktivitet mot dessa fem substrat alls.
Således har DFR-B-proteinet efter dubbelarbete blivit bättre i stand att klara av sin huvudsakliga funktion - restaureringen av flavonoider - än före duplicering. Och detta är trots det faktum att efter dubbelarbete var det få meningsfulla substitutioner. Som det visade sig ökade en enda ersättning i en nyckelposition dramatiskt enzymets effektivitet. Historien blev ganska detektiv.
Majoriteten av blommande växter i position 133 i DFR-proteinet är aminosyra-asparagin (Asn133), som spelar en viktig roll i "inställningen" av dess substrat av enzymet. DFR-proteiner med Asn133 regenererar effektivt flavonoider. Men i de avlägsna förfäderna av krypande kryp (i den gemensamma förfaderen till Passel-färgen och Gentian) ersattes denna mycket viktiga asparagin av asparaginsyra (Asp133). Detta har lett till en försämring av enzymets "flavonoid" -funktion. Varför var en sådan skadlig mutation inte utsökt genom val? Uppenbarligen uppträdde DFR-proteinet i denna evolutionära linje (dvs. förfäderna av fröblomningen och gentianen) vid den tiden en ny ytterligare funktion. Urvalet började optimera proteinet i två riktningar samtidigt, och ersättningen av asparagin med asparaginsyra i 133: e positionen var resultatet av en kompromiss - ett direkt resultat av en adaptiv konflikt. Vad är den här extrafunktionen, tyvärr, kunde inte räkna ut. Men förändringen skedde inom proteinområdet, som är ansvarig för att binda substratet, vilket innebär att det handlar om att arbeta med några nya substrat.
Sedan dess hade de flesta fröblommorna och gentianerna att vara nöjda med "kompromiss" -varianten av DFR-proteinet. Men bland förfäderna i Ipomoea har DFR-genen fördubblats, det finns en unik möjlighet att fly från den adaptiva konflikten och att dela upp funktioner mellan proteiner. Och Ipomoeas förfäder missade inte denna möjlighet. Efter duplicering återhämtade DFR-B-protein asparagin i 133: e positionen. Detta ökade dramatiskt den katalytiska aktiviteten mot flavonoider. Effektiviteten hos enzymet har återigen blivit hög, som i avlägsna förfäder, i vilka enzymet ännu inte har någon ytterligare funktion. För detta var en enda aminosyrasubstitution tillräcklig (det var därför inte analysen av förhållandet mellan signifikanta och synonyma substitutioner visade några spår av positivt urval i DFR-B-genen).
Vad hände med DFR-A och DFR-C-generna? Självklart övergav de helt den gamla funktionen (arbetar med flavonoider) och ägnade sig åt genomförandet av den nya. Om man ersätter asparagin med asparaginsyra var en kompromisslösning som på något sätt kombinerar båda funktionerna i samma protein, kan det antas att asparaginsyra ersätts med DFR-A och DFR-C istället för något annat, men inte asparagin. Detta är vad som hände. I olika typer av ipomei i DFR-A-protein upptas 133-ställningen av olika aminosyror, medan det i DFR-C-proteinet alltid finns isoleucin, vilket berövar proteinet av dess förmåga att arbeta med flavonoider.
Även om ett irriterande "hål" kvarstod i denna studie - det var inte möjligt att ta reda på vad den nya funktionen av DRF-proteiner är, men resultaten visar emellertid att det bara var avvikelsen från den adaptiva konflikten och inte den neofunktionalisering som ägde rum. DRF-genen blev bifunktionell långt före duplicering. Dubblaveringen gjorde det möjligt att dela upp funktionerna mellan kopior, ta bort den adaptiva konflikten och optimera varje gen för att utföra en enda funktion.
I slutet av artikeln gör författarna en viktig kommentar. De påpekar att i händelse av utträde ur adaptiv konflikt jämfört med neofunktsionalizatsiey mer benägna att spara "extra" kopior av genduplikationer efter. Om en duplicerad gen utförde två funktioner, till och med före duplicering, kan processen med separering av funktioner initieras av många olika mutationer i endera av två kopior. Slumpmässiga mutationer är mer benägna att öka något av proteinets befintliga funktioner än att skapa en helt ny.
Från dessa positioner är det lättare att förstå resultaten från andra studier, inklusive data om två dubbelgenomplikationer som inträffade vid gryning av utvecklingen av ryggradsdjur.
Encyklopedi av medicinska missuppfattningar
Dispelling populära missuppfattningar av modern man.
Hjärtat
Vissa människor tror att storleken på en persons hjärta kan bestämmas av storleken på näven - de säger att de sammanfaller. Faktum är att hjärtat är mycket större knytnäve.
Om vi mäter med nävar, så blir storleken ungefär två och en halv nävar. Det tar hjärtat ungefär en tredjedel av bröstet.
Information
För små organismer finns det inget problem med leverans av näringsämnen och avlägsnande av metaboliska produkter från kroppen (diffusionshastigheten är tillräcklig). Men eftersom storleken ökar är det nödvändigt att säkerställa kroppens ständigt ökande behov i processerna för att erhålla energi och mat och att ta bort konsumeras. Som ett resultat har primitiva organismer redan så kallade "hjärtan" som ger de nödvändiga funktionerna. Vidare, såsom för alla homologa (liknande) av kropparna, det finns en minskning till två uppsättningar av fack (i människor, till exempel, två för varje cirkulation).
Paleontologiska fynd tillåter oss att säga att primitiva ackordater redan har ett slags hjärta. En fullständig kropp noteras dock i fisk. Det finns ett tvärkammarehjärta, en ventilapparat och en hjärtväska.
Amfibier och reptiler har redan två cirklar av blodcirkulation och deras hjärta är trekammare (interatrialseptum visas). Den enda moderna reptilen som har en sämre (den interatriella septum skiljer sig inte helt åt atrierna), men redan är kammaren hjärtat en krokodil. Man tror att för första gången fanns det fyra kammarens hjärta i dinosaurier och primitiva däggdjur. Därefter arvade dinosaurs direkta efterkommande denna struktur av hjärtfåglar och efterkommande av primitiva däggdjur - det här är moderna däggdjur.
Hjärtat i alla ackordater har nödvändigtvis en hjärtväska (perikardium), ventilapparat. Hjärtorna hos blötdjur kan också ha ventiler, ha ett perikardium, som i magsäcken täcker tarmarna. I insekter och andra leddjur kan organen i cirkulationssystemet i form av peristaltiska expansioner av de stora kärlen kallas hjärtan. I ackordat är hjärtat ett orört organ. I mollusker och artropoder kan mängden variera. Begreppet "hjärta" gäller inte maskar etc.
Biologer har funderat på hur hjärtfel bildas hos människor
Biologer lyckades hitta ett nyckelprotein som förvandlar hjärtat av ett embryo från en trekammare till en fyrkammare. Enligt forskare kommer deras upptäckter att hjälpa människor att förhindra utvecklingen av många hjärtafvikelser.
Varför behöver en man ett kammarehjärta
Endast i fåglar och däggdjur, inklusive människor, består hjärtat av fyra kamrar - vänster och höger atrium, samt två ventriklar. En sådan struktur tillhandahåller separation av syresatt arteriellt och syrefattigt venöst blod. En ström, med venöst blod, skickas till lungorna, och den andra - med arteriella förnödenheter till hela kroppen. Från en energisk synvinkel är sådan cirkulation så fördelaktig som möjligt. Därför, enligt forskarna, tack vare hjärtkammarens hjärta, lärde djuren att upprätthålla en konstant kroppstemperatur. Till skillnad från varmblodiga i kallblodiga, till exempel amfibier är hjärtat trekammare. Med reptiler är situationen mer komplicerad. De är en speciell grupp. Faktum är att deras ventriklar separeras av en septum, men det finns ett hål i det. Gilla ett kammarhjärta, men inte riktigt. En sak saknas: en filmavdelning som skulle täcka den ingreppsöppnade öppningen och skapa fullständig isolering av vänster och höger ventrikel. En sådan filmpartition uppträdde i fåglar och däggdjur mycket senare.
Hur partitionen bildas
När denna partition uppstod, upptäckte en stor grupp amerikanska, kanadensiska och japanska forskare, ledd av Dr Benoit G. Bruneau från Gladstone Institute for Cardiovascular Diseases. Författarna fann att partitionen börjar bilda om antalet transkriptionsfaktorer av Tbx5-proteiner, som binder DNA och triggar transkription av gener som är ansvariga för kardiomyocytsyntes, är ojämnt fördelade i båda ventriklerna. Där antalet Tbx5 börjar minska och partitionen bildas.
Hjärtat av sköldpaddan och ödla
Dr Bruno och hans kollegor studerade utvecklingen av hjärtat i embryon av den röda öronskildpadden (Trachemus scripa elegans) och Carolines Anolis ödla (Anolis carolinensis). "Det var viktigt för oss att se hur det ingripande septumet bildas i embryon av denna och en annan art. I en sköldpadda, där ett fyrkammarmärta just börjar bilda, och i en ödla med ett trekammarmärta, förklarar forskarna.
Det visade sig att Tbx5-proteinet är ojämnt fördelat i en sköldpadda. Koncentrationen av detta protein minskade, om än mycket gradvis, från vänster till höger om ventrikeln. Och i ödlor var Tbx5-innehållet i allmänhet detsamma genom hela ventrikeln, så det var inte nödvändigt att utse en septum. "På grundval av detta bestämde vi att förekomsten av interventrikulär septum är associerad med olika koncentrationer av Tbx5", säger forskare.
Möss med en kallsköldpadda
Experimentet lyckades. Det var bara att förstå huruvida koncentrationen av Tbx5 verkligen är orsaken, och utseendet hos en septum är en följd, eller är det bara en slump. Dr Bruno och hans kollegor modifierade musens DNA så att nivån av Tbx5 i dem sammanföll med nivån av Tbx5 i sköldpaddan. Så möss föddes med ett trekammar sköldpaddahjärta - utan en film som täckte interventrikuläröppningen. Tyvärr dog alla möss nästan omedelbart efter födseln. Men tack vare denna erfarenhet kunde forskare förstå att fördelningen av transkriptionsfaktorns nivå verkligen leder till bildandet av en septum som täcker ventrikulär öppning.
Hjärtablandningar kan behandlas med Tbx5
"Vad vi kunde upptäcka är ett viktigt steg för att förstå hjärtans utveckling. Att förstå hur den ingreppande septumen bildades kommer att tillåta oss att gå ännu längre. Och för att ta reda på hur medfödda defekter uppträder hos människor, varför utgör ett interventionssjukdom inte några embryon, och hur denna process kan påverkas, säger författarna.
Mer detaljer om forskarnas arbete finns i det senaste numret av tidskriften Nature.