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Kurzzeit-Lamarckismus bei asexuellen Einzeller

Kurzzeit-Lamarckismus bei asexuellen Einzeller


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Ich habe das Buch von Karr et al. (2012) Ganzzell-Rechenmodell. Eines der Dinge, die sie taten, war, in ihrem Modell Störungen einzelner Gene zu induzieren. Sie beobachteten, dass mehrere tödlich waren, aber:

In einigen Fällen (Fig. 6B, fünfte Spalte) war die Zeit, die erforderlich war, bis die Spiegel spezifischer Proteine ​​auf tödliche Spiegel fielen, länger als eine Generation (Fig. 6C und 6D).

Soweit ich weiß, liegt dies daran, dass bei der Teilung einer einzelnen Zelle die Töchter nicht nur eine Kopie der Mutter-DNA erhalten, sondern auch ihre anfänglichen Protein- und RNA-Werte auf die ihrer Mutter eingestellt haben (oder ähnlich, mit einigen statistischen Angaben). Fluktuation).

Für mich schreit das nach Lamarkismus: Wenn ein Organismus während seines Lebens mit einer Umgebung in Kontakt kam, die eine stärkere Expression eines Proteins verursachte als bei der Geburt, werden seine Kinder auch eine höhere anfängliche Expression desselben Proteins haben. Mit anderen Worten, das Merkmal "Spiegel dieses Proteins" scheint auf lamarksche Weise weitergegeben zu werden. Ist mein Verständnis richtig oder übersehe ich den Punkt?

Wenn mein Verständnis stimmt, dann Was sind einige Standardmethoden, um diesen kurzfristigen Lamarkismus in mathematischen Evolutionsmodellen zu erklären?


Anmerkungen

  • Ich bin in erster Linie Interesse an mathematischen (oder anderen formalen) Behandlungen von diesem. Ich habe einen Hintergrund in Mathematik und arbeite in mathematischer Modellierung für Populationsbiologie und evolutionäre Spieltheorie. Ich habe kein Hintergrund in Biochemie oder Mikrobiologie. Ich würde mich über Antworten oder Referenzen freuen, die diesem unangenehmen Hintergrund Rechnung tragen, aber ich bin nicht abgeneigt, sich durch einige Mikrobiom zu pflügen, wenn es um etwas Großartiges geht.

  • Ähnliche Teilargumente können für nicht-einzellige und sexuelle Organismen angeführt werden, wenn man die Hormonausdrücke der Mutter während der Schwangerschaft berücksichtigt, wie in dieser Antwort. Ich bin mit einer Erklärung für asexuelle einzellige Organismen zufrieden, aber Bonuspunkte, wenn sie auch etwas über nicht einzellige und/oder sexuelle Organismen aussagen kann.

  • Folgefrage zur Modellierung des Mechanismus dahinter: Makromolekülspiegel in Tochterzellen nach Spaltung


Dieses Phänomen ist bekannt und kann bei mehreren Arten beobachtet werden. Wenn Sie sich die Zeit ansehen, die E. coli braucht, um sein Transkriptionsprogramm zu ändern, um auf die Umgebung zu reagieren (Signal->Transkription->Übersetzung), werden Sie feststellen, dass es länger sein kann als seine Verdoppelung von ~20 Minuten Zeit. Man kann es sich tatsächlich als eine Form des Lamarckismus vorstellen. Es ist jedoch Teil eines Bereichs, der in den letzten ~10 Jahren boomt, bekannt als Epigenetik.

Epigenetik ist ein Forschungsgebiet, das sich mit Erbinformationen beschäftigt, die durch nicht-genetische Mechanismen, also nicht in der DNA-Sequenz, weitergegeben werden. Dazu gehören verschiedene Mechanismen, darunter die Weitergabe von Proteinen/RNA, chemische Modifikationen von DNA (Methylierung) und Chromatin (Histon-Modifikation). Es stellt sich heraus, dass epigenetische Effekte bei praktisch allen Arten (einschließlich des Menschen) beobachtet werden können und betroffene Phänotypen signifikant sein können (z. B. zu Krankheiten führen).

Dies ist ein sehr interessantes Forschungsgebiet und sehr breit gefächert, daher würde ich empfehlen, ein wenig zu lesen. Speziell in Bezug auf das Protein/RNA-Passing glaube ich, dass dies etwas weniger gründlich untersucht ist, möglicherweise aufgrund der Tatsache, dass der Effekt exponentiell abnimmt (aufgrund der Verdünnung), durch die Protein/RNA-Stabilität und einige Messschwierigkeiten begrenzt werden kann. Ich glaube jedoch, mich an die mathematische Behandlung dieser Frage im Buch von Prof. Uri Alon zu erinnern. Sie können seinen Systembiologiekurs auch online auf YouTube verfolgen, der meiner Meinung nach einige dieser Materialien berührt.


Ich würde sagen, nein, obwohl Sie gelegentlich Fälle finden, in denen es wichtig ist.

Lamarckismus könnte sicherlich auf einzellige Organismen angewendet werden, aber er würde immer noch mit DNA in Verbindung gebracht werden. Wie ursprünglich von Lamarck beschrieben, würden die genannten Merkmale während der gesamten Lebenszeit der Nachkommen erhalten bleiben und möglicherweise an spätere Generationen weitergegeben werden.

Die Halbwertszeiten von Proteinen variieren ziemlich, aber normalerweise betragen sie bei Bakterien etwa eine Stunde und können sich schneller ändern. Die dem Lamarckismus zugeschriebenen Veränderungen sollten zumindest ein Leben lang bestehen bleiben. Wenn dies Lamarckismus ist, dann haben alle embryonalen Stammzellen eine Larmarcksche Vererbung… zumindest für ein paar Stunden.

Auf der anderen Seite… Dies ist Lamarckismus in dem Sinne, dass Lamarck historisch gesehen manchmal eine physiologische Anpassung beobachtete. Eines seiner klassischen Beispiele war, wie die Muskeln eines Schmieds durch harte Arbeit groß werden. Auch die Kinder des Schmieds, die diese Arbeit verrichteten, wurden muskulös. Mit Vererbung hat das allerdings wenig zu tun.


Schau das Video: Lamarcks Theory (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Digami

    Natürlich. Ich stimme all dem zu. Lassen Sie uns dieses Problem diskutieren. Hier oder bei PM.

  2. Aramuro

    It is necessary to be optimistic.

  3. Leathlobhair

    Ganz recht! Ich denke das ist eine gute Idee.

  4. Dominik

    Ich trete bei. Also passiert. Wir können über dieses Thema kommunizieren.



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