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War die Häufigkeit von Mutationen während der primitiven Erde mehr auf Radioaktivität zurückzuführen?

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Die primitive Erde war radioaktiver (oder war es das wirklich?) Laut der radiometrischen Analyse von C14, die plötzlich vor 4250 Millionen Jahren im Hadeon-Äon auftauchte. Ist es möglich, dass alte hohe Radioaktivitätswerte die Mutationsrate früher Organismen beeinflussen könnten? Beschleunigt die Mutationsfrequenz den Evolutionsprozess und/oder die Artbildung?


Abstrakt

Bei der Explosion im Kernkraftwerk Tschernobyl am 26. April 1986 wurden auf einer Fläche von 200.000 km 2 in Ost- und Mitteleuropa riesige Mengen radioaktiven Materials freigesetzt, das alle lebenden Organismen betraf. Die biologischen Auswirkungen einschließlich der Naturschutzfolgen dieses Ereignisses sind auch 25 Jahre nach der Katastrophe noch wenig bekannt. Hier bewerten wir die Auswirkungen dieser Umweltkatastrophe für den Naturschutz, indem wir uns auf zwei miteinander verbundene Fragen konzentrieren, die sich mit den kurzfristigen ökologischen und den langfristigen evolutionären Konsequenzen befassen: Erstens stellen wir die Frage, ob seltene Arten stärker von Strahlung betroffen sind als gewöhnliche Arten? Zweitens, was sind die Konservierungsfolgen erhöhter Mutationsraten aufgrund der mutagenen Wirkung von Radionukliden aus Tschernobyl? Darüber hinaus bewerten wir, inwieweit ökologische und evolutionäre Aspekte zusammenwirken. Wir haben drei Jahre lang Brutvögel an 731 Zählpunkten in der Ukraine und Weißrussland gezählt, um die Beziehung zwischen der Häufigkeit verschiedener Arten und der Strahlung zu beurteilen. Die meisten Vogelarten mieden kontaminierte Standorte und die Individuen konzentrierten sich auf relativ unbelastete Standorte. Während häufige Arten in einem breiten Strahlungsspektrum erfasst wurden, beschränkten sich seltene Arten auf die am wenigsten belasteten Standorte und auf Standorte mit hoher Biodiversität. Somit waren seltene Arten überproportional von dem Unfall betroffen. Durch die Freisetzung von Radionukliden aus Tschernobyl haben sich die Mutationsraten von Pflanzen und Tieren um bis zu Faktor 20 erhöht. Da erwartet wird, dass jede leicht schädliche Mutation zu einem selektiven genetischen Tod führt und dass eine durchschnittliche Fruchtfliege unter normalen Bedingungen bis zu 80 Mutationen tragen kann, beträgt die Anzahl der Mutationen bei Tieren und Pflanzen rund um Tschernobyl und damit die Anzahl der selektiven Todesfälle dürfte viel höher sein. Es gibt empirische Beweise für stark erhöhte Sterblichkeitsraten und dramatisch erhöhte Raten von Reproduktionsversagen in kontaminierten Gebieten, die mit der erwarteten hohen Häufigkeit selektiver Todesfälle aufgrund von Mutationen übereinstimmen. Die durchschnittliche leicht schädliche Mutation besteht für 33–167 Generationen in DrosophilaWenn also diese Schätzungen bei anderen Organismen qualitativ ähnlich sind, können wir erwarten, dass sich Mutanten außerhalb kontaminierter Gebiete ausbreiten werden, was zur Ausbreitung von Mutationen weit über die Reichweite einer Kontamination mit Radionukliden hinaus führt. Daher sollte es möglich sein, die allmähliche Ausbreitung von Mutationen aus Tschernobyl zu dokumentieren. Wir sind der Ansicht, dass die Katastrophe von Tschernobyl und andere Freisetzungen von Kernwaffen aufgrund der großen Zahl selektiver Todesfälle erhebliche Auswirkungen auf die Populationsgröße und die Lebensfähigkeit vieler Arten haben können. Diese Effekte müssen noch untersucht werden. Schließlich zeigten vergleichende Analysen von Vögeln, dass Arten mit hohen mitochondrialen DNA-Substitutionsraten kurze Ausbreitungsdistanzen aufwiesen, was darauf hindeutet, dass sich Mutationen relativ kurze Distanzen ausbreiten, wenn sie häufig sind, aber größere Distanzen bei Arten ausbreiten, wenn sie selten sind.

Höhepunkte

► Die Fülle seltener Arten wurde durch den Unfall von Tschernobyl negativ beeinflusst. ► Mutationsraten um bis zu Faktor 20 erhöht. ► Die Katastrophe von Tschernobyl kann erhebliche Folgen für die Bevölkerungsgröße haben. ► Vögel mit hohen mitochondrialen DNA-Substitutionsraten verteilten sich über kurze Distanzen. ► Mutationen breiten sich, wenn sie häufig vorkommen, über relativ kurze Distanzen aus.


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  • Darwin-Konzept
  • Die evolutionäre Synthese
  • Ursprung des Lebens
  • Evolutionsgeschichte

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Sachin Chavan ist Ph.D.-Stipendiat bei CSIR NET JRF AIR 21, GATE, MH-SET Online-Content-Autor und Gründer von Sachin's Biology und Biologywala.com

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War die Häufigkeit der Mutationen während der primitiven Erde mehr auf Radioaktivität zurückzuführen? - Biologie

Große Idee 1: Der Evolutionsprozess treibt die Vielfalt und Einheit des Lebens an

Evolution ist eine Veränderung der genetischen Ausstattung einer Population im Laufe der Zeit, wobei die natürliche Selektion ihr wichtigster Antriebsmechanismus ist. Darwins Theorie, die durch Beweise aus vielen wissenschaftlichen Disziplinen gestützt wird, besagt, dass vererbbare Variationen bei Individuen in einer Population vorkommen. Aufgrund des Wettbewerbs um begrenzte Ressourcen, Individuen mit günstigeren Variationen oder Phänotypen überleben und produzieren mehr Nachkommen, wodurch Merkmale an zukünftige Generationen weitergegeben werden.

Neben dem Prozess der natürliche Auslese , natürlich vorkommende katastrophale und vom Menschen verursachte Ereignisse sowie zufällige Umweltveränderungen können zu Veränderungen in den Genpools von Populationen führen. Kleine Populationen reagieren besonders empfindlich auf diese Kräfte. Ein vielfältiges gen Pool ist für das Überleben der Arten von entscheidender Bedeutung, da sich die Umweltbedingungen ändern. Mutationen in DNA und Rekombinationen während Meiose sind Variationsquellen. Vom Menschen gesteuerte Prozesse führen auch zu neuen Genen und Kombinationen von Allele die neue Phänotypen verleihen. Mathematische Ansätze werden verwendet, um Änderungen in zu berechnen Allelfrequenz , die Beweise für das Auftreten von Evolution in einer Population liefert.

Wissenschaftliche Beweise unterstützen die Idee, dass beide Artbildung und Aussterben im Laufe der Erdgeschichte aufgetreten sind und dass sich das Leben in einer sich verändernden Umgebung weiter entwickelt, was die Vielfalt des Lebens erklärt. Neue Arten entstehen, wenn zwei Populationen von einem gemeinsamen Vorfahren abweichen und reproduktiv isoliert werden. Gemeinsame konservierte Kernprozesse und Genomanalysen unterstützen die Idee, dass alle Organismen – Archaea, Bakterien und Eukarya, sowohl existierende als auch ausgestorbene – durch Abstammungslinien von miteinander verbunden sind gemeinsame Abstammung . Elemente, die in allen drei Domänen konserviert sind, sind DNA und

RNA als Träger genetischer Informationen, a universeller genetischer Code und viele Stoffwechselwege. Phylogenetische Bäume modellieren grafisch die Evolutionsgeschichte und den „Abstieg mit Modifikation“. Einige Organismen und Viren sind jedoch in der Lage, genetische Informationen horizontal zu übertragen.

Der Evolutionsprozess erklärt die Vielfalt und Einheit des Lebens, aber eine Erklärung über die Ursprung des Lebens ist weniger klar. Experimentelle Modelle unterstützen die Idee, dass chemische und physikalische Prozesse auf der primitiven Erde komplexe Moleküle und sehr einfache Zellen erzeugt haben könnten. Unter Laborbedingungen können sich komplexe Polymere und sich selbst replizierende Moleküle spontan zusammensetzen, so dass das erste genetische Material möglicherweise nicht vorhanden war DNA , aber kurze Sequenzen selbstreplizierender RNA, die als Template für gedient haben könnten Polypeptidsynthese . Auf die protobionische Bildung folgte höchstwahrscheinlich die Evolution mehrerer primitiver Bakteriengruppen, die verschiedene Mittel zur Energiegewinnung nutzten. Es wird angenommen, dass gegenseitig vorteilhafte Assoziationen zwischen alten Bakterien zu eukaryotischen Zellen geführt haben.


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Methoden

Im Xenotransplantat-Experiment wurden sechs Wochen alte weibliche NOD/SCID-Mäuse verwendet, und alle Tierversuche wurden im Tierzentrum des SYSU gemäß den Richtlinien des Zentrums durchgeführt.

Die 10-stufigen Zellpopulationen

Ein DNA-Fragment mit HRAS V12 (Ref. 40), eine interne Ribosomen-Eintrittsstelle (IRES) und die kodierende Sequenz des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) wurde in den Vektor eingefügt pBABE-puro 41 zu bilden pBABE-puro-HRAS V12, dessen Sequenz dann durch Sanger-Sequenzierung verifiziert wurde. Dieses Konstrukt wurde in die immortalisierte menschliche Brustzelllinie MCF10A, die von ATCC bezogen wurde, unter Verwendung eines Retrovirus nach dem Standardprotokoll eingeführt. GFP-positive Zellen wurden durch Durchflusszytometrie selektiert, was zu dem MCF10A-HRAS Zellpopulation. Ungefähr 5 × 10 6 MCF10A-HRAS Zellen wurden in das Bauchbrustfettpolster von jeder von drei sechs Wochen alten weiblichen NOD/SCID-Mäusen injiziert. Eine Maus entwickelte etwa 2 Monate später einen Xenotransplantat-Tumor, der nach 2 Monaten bei einem Durchmesser von geerntet wurde

2 cm und als XT1 bezeichnet. Der Tumor wurde in kleine Stücke seziert und in vorgewärmter Aufschlusslösung suspendiert, die durch Zugabe von 0,1 mg ml –1 DNase I (Sigma DN25), 0,1 mg ml –1 HAse (Sigma H6254), 5 mg ml –1 Collagenase IV . hergestellt wurde (Sigma C5138) und 10 % FBS (Gibco C20270) bis DMEM-F12 (Gibco 11330-032). Nach einem 2-stündigen Verdau bei 37 °C wurde das Produkt mit PBS gewaschen und dann in DMEM-F12 mit 50 % FBS bei 37 °C in einem Inkubator mit 5 % CO . kultiviert2. Etwa 10 7 bis 10 8 adhärente Zellen wurden 2 Tage später geerntet. Wir verwendeten einen 40 μg ml –1 Biotin-markierten Anti-Maus-H-2K[d]-Antikörper (BD 553564), um kontaminierende Mauszellen zu markieren und diese anschließend mit Dynabeads Biotin Binder (Life Technology 11047) zu depletieren. Die resultierende XT1-Zellpopulation wurde für weiteres Xenografting, DNA- und RNA-Extraktion und Flüssigstickstoff-Stammpräparation verwendet. Die anderen XT-Zellpopulationen wurden durch ein ähnliches Verfahren erhalten.

Die unsterblich gemachten MCF10A und MCF10A-HRAS Zellen wurden in DMEM-F12 kultiviert, das 5% Pferdeserum (Gibco 16050-122) enthielt, und mit Ergänzungen von 20 ng ml -1 EGF (Gibco PHG0311), 0,5 mg ml -1 Hydrocortison (Sigma H0888), 100 ng ml -1 Cholera-Toxin (Sigma C8052) und 10 µg ml -1 Insulin (Sigma I1882). Da die meisten der obigen Ergänzungen für die transformierten XT-Zellen nicht mehr erforderlich waren, wurden alle XT-Zellen in DMEM-F12, das 10 % FBS enthielt, ohne die obigen Ergänzungen kultiviert. Diese Veränderung hat minimale Auswirkungen auf die Genexpression, wie die sehr ähnlichen Expressionsprofile von XT1-Zellpopulationen zeigen, die in den beiden Medien wachsen (Pearsons R=0.98, P <10 –16 Ergänzende Daten 7).

Vergleichende genomische Hybridisierung

Genomische DNA wurde extrahiert aus

5 × 10 6 Zellen mit dem DNeasy Kit (Qiagen 69504) und aufgeschlossen mit NspI (NEB R0602L) oder StyI (NEB R0500L). Für die PCR-Amplifikation wurden Adapter an die DNA-Fragmente ligiert. Die amplifizierte DNA wurde mit Biotin unter Verwendung des Affymetrix Genome-Wide Human SNP Nsp/Sty Assay Kit 6.0 (Affymetrix 901015) markiert. Die Hybridisierung wurde gemäß Affymetrix Genome-Wide Human SNP Nsp/Sty 6.0 User Guide (Affymetrix 702504) durchgeführt. Die Arrays wurden dann mit einem GeneChip Scanner 3000 (Affymetrix) gescannt. Der Genotyp und die Kopienzahl jeder Sonde oder jedes genomischen Segments wurden durch Genotyping Console Software 4.1 (Affymetrix) berechnet. Diese Daten sind in den Zusatzdaten 1 dargestellt.

Exom-Sequenzierung

Genomische DNA wurde extrahiert aus

5 × 10 6 Zellen mit dem DNeasy Kit (Qiagen 69504) und mit Covaris geschert. Fragmente zwischen 200 und 300 bp wurden für die Bibliothekskonstruktion gemäß dem TruSeq DNA Guide (Illumina) gesammelt. Die genomische DNA-Bibliothek wurde zur Exom-Anreicherung mit dem Human Exome 2.1M Array (Nimblegene 05-547-792-001) hybridisiert und dann einer Illumina GAII- oder HiSseq-Sequenzierung unterzogen. Für jede Probe wurden ungefähr 120 Millionen 90 bp-Reads generiert, was einer durchschnittlichen Sequenzierungstiefe von . entspricht

× 250 für das Exom. Die Lesevorgänge wurden von bowtie2 mit den Standardeinstellungen auf hg19 (UCSC) abgebildet, und doppelte Lesevorgänge wurden von Picard entfernt. Single-Nukleotid-Varianten (SNVs) und Indels wurden auf der GATK-Plattform mit Standardeinstellungen aufgerufen, und es wurden nur diejenigen verwendet, die alle GATK-Filter bestanden. Die resultierenden Daten waren sehr zuverlässig, was sich daran zeigt, dass die überwiegende Mehrheit der in einem bestimmten Stadium aufgerufenen Varianten auch in späteren Stadien gefunden wurde. Alle SNVs und Indels genotypisiert als 0/1 oder 1/1 in MCF10A oder MCF10A-HRAS wurden als Keimbahn-SNPs oder Indels betrachtet und von weiteren Analysen ausgeschlossen. Diese Daten sind in Supplementary Data 2 dargestellt. Die Rohdaten wurden bei GEO mit den Zugangsnummern GSE63630 und PRJNA268433 hinterlegt.

Poly(A) + RNA-Sequenzierung

Gesamt-RNA wurde extrahiert aus

3 × 10 6 Zellen mit dem RNeasy Kit (Qiagen 74134,79654), gefolgt von einer DNase I (Promega RQ1 RNase Free DNase) Behandlung, um eine DNA-Kontamination zu beseitigen. Es wurden Proben mit einer RNA-Integritätszahl (RIN) >9,5 (Agilent 2100 Bioanalyzer) verwendet. Poly(A) + mRNA wurde mit Dynabeads Oligo(dT) isoliert25 (Lebenstechnologie 61005). Bibliotheken wurden gemäß dem TruSeq RNA Guide (Illumina) erstellt und einer Illumina GAII- oder HiSseq-Sequenzierung unterzogen. Ungefähr 20 Millionen 75 bp-Reads wurden für jede Probe erzeugt. Die RNA-Seq-Reads wurden von Bowtie2 mit den Standardeinstellungen auf hg19 (UCSC) abgebildet. Reads mit einer Mapping-Qualität von mehr als 20, die auf Exon-Regionen (Ensemble 69) abgebildet wurden, wurden als Unique Hits angesehen. Für Gene mit alternativem Spleißen wurden nur Exons aus dem längsten Transkript berücksichtigt. Die RPKM eines Gens wurde ähnlich wie in einer früheren Studie berechnet 42 . Die effektive Länge eines Gens wurde als die Gesamtzahl der 75-mers in all seinen Exons definiert, die nirgendwo sonst im Genom trifft. Wir haben Gene mit einer effektiven Länge von <100 bp aus nachfolgenden Analysen ausgeschlossen. Diese Daten sind in den Zusatzdaten 3 dargestellt.

Trennung intratumoraler Subklone

Wir begannen mit den 8081 Substitutionsmutationen, die mit > × 30 Abdeckung in allen Proben sequenziert wurden. Wir haben 7.608 Stellen ausgeschlossen, die von GATK in allen XT-Proben als der gleiche Genotyp annotiert wurden, um das Verfahren der Subklontrennung zu vereinfachen. Die verbleibenden 473 Stellen wurden entsprechend ihrer mutierten Allelfrequenzen, die oft in verschiedenen Tumorstadien variierten, hierarchisch gruppiert. Wir beobachteten 72 Stellen, die Mutationen speziell in XT8_M1 zeigten, während wir unter den restlichen Mutationen vier Hauptgruppen identifizierten, die zusammen verschiedene Subklone repräsentieren. Es gab 15 Sites, die nicht zuverlässig gruppiert werden konnten. Die Beziehungen der Mutationsgruppen wurden durch Argumentation und weitere experimentelle Validierung aufgeklärt. Um eine Mutation zu definieren, die in einem bestimmten Stadium vorhanden ist, mussten wir eine Mutantenallelfrequenz von >1% haben. Wir haben kopienzahlneutrale Regionen ohne Verlust der Heterozygotie als frequenzinformative Regionen (FIRs) definiert. Die Zellhäufigkeit eines Subklons ist das Doppelte der durchschnittlichen Allelhäufigkeit der im Subklon gefundenen und an FIRs lokalisierten Mutationen.

Wir verwendeten eine serielle Verdünnung, um einzelne Zellen zu erhalten, die auf 96-Well-Platten ausgesät wurden. Die mikroskopische Beobachtung bestätigte die Vertiefungen, die nur eine Zelle enthielten. Bei einer sehr geringen Häufigkeit (<1%) erhielten wir kleine Kolonien, die jeweils aus mindestens einigen Dutzend Zellen in einer Vertiefung bestanden. Genomische DNA wurde aus solchen Kolonien extrahiert und dann zur Bewertung der intratumoralen Subklontrennung verwendet. Diese Daten sind in den Zusatzdaten 2 dargestellt.

Analyse von Mutationen in XT8 und den Metastasen

Für jede der vier Mutationen gab es einen benachbarten Keimbahn-Single-Nukleotid-Polymorphismus (SNP), der die beiden Allele des Locus identifiziert. High-Fidelity-Polymerase-Kettenreaktionen (PCR) gefolgt von TA-Klonierung und Sanger-Sequenzierung wurden in XT8_M1 bzw. XT8_M2 durchgeführt, um die Allelinformationen der Mutationen zu verfolgen. Diese Daten sind in der ergänzenden Abb. 3 dargestellt.

Erkennung positiver Selektion

Alle Mutationsdaten aus klinischen Krebsproben wurden von TCGA 43 und COSMIC 44 abgerufen. Das Mutationsspektrum von Brustkrebs wurde durch die Analyse von Substitutionsmutationen in Brustkrebs-Exomen, die durch TCGA sequenziert wurden, bestimmt, wobei nur vierfach degenerierte Stellen von Protein-kodierenden Genen berücksichtigt wurden. Unter Verwendung des Brustkrebs-Mutationsspektrums berechneten wir dann die Anzahl der nicht-synonymen (missense und nonsense) und synonymen Stellen der verschmolzenen kodierenden Sequenzen der 14 Mehrzelligkeits-bezogenen Gene, um ihre Dn und DS in den klinischen Brustkrebsproben. Wir untersuchten die Orte und benachbarten Basen für alle nicht-synonymen und unsinnigen Mutationen der 14 Gene, die in den Xenotransplantat-Tumoren und klinischen Proben beobachtet wurden, und bestätigten, dass die hohe Dn/DS Verhältnisse können nicht durch einige wenige extrem verzerrte Mutations-Hotspots oder bestimmte verzerrte Mutationsmotive erklärt werden. Diese Daten sind in den Zusatzdaten 4 dargestellt.

Identifizierung von mutmaßlichen Änderungen des Treiberausdrucks

Wir haben ein Gen mit einer deutlichen Expressionsänderung anhand von zwei Kriterien definiert: (1) es gab einen mehr als zweifachen Unterschied zwischen den maximalen und minimalen Expressionsniveaus der 12 Proben und (2) der Unterschied ist statistisch signifikant bei Q<0,001 (Bonferroni-Korrektur). Insgesamt 12.911 Gene zeigten deutliche Expressionsänderungen, mit

40% überwiegend herunterreguliert (Korrelationskoeffizient R<0) während der Tumorentwicklung. Um eine einseitige Expressionsdivergenz (oder mutmaßliche DEC) zu definieren, wurden zwei Analyserunden durchgeführt, jede mit 11 Zellproben (10 frühere Proben und eine der beiden Metastasen), sortiert nach ihrer zeitlichen Reihenfolge. Für ein Gen mit erhöhter (oder reduzierter) einseitiger Expressionsdivergenz mussten drei Kriterien erfüllt sein: (1) seine maximale Expression unter den 11 Proben erschien später (oder früher) als seine minimale Expression (2) für alle paarweisen Vergleiche, die die frühere Probe konnte nicht um >10% der Differenz zwischen den maximalen und minimalen Expressionsniveaus höher (oder niedriger) als die letztere Probe sein und (3) die obigen beiden Kriterien werden in beiden Analyserunden erfüllt, in denen eine andere Metastasenprobe untersucht wird. Von den 12.911 Genen mit deutlichen Expressionsänderungen erfüllten <6% (758) diese Kriterien. Fünfundfünfzig Gene wurden danach vollständig zum Schweigen gebracht HRAS Transfektion und wurden daher nicht berücksichtigt, da hier nur der stochastische Evolutionsprozess von Interesse war, die restlichen 703 Gene wurden weiteren Analysen unterzogen. Die Korrelationsanalyse ergab, dass

75 % dieser Gene waren herunterreguliert (erkennbar am negativen Korrelationskoeffizienten zwischen der Rangfolge der Evolutionsstadien und den Expressionsniveaus R<0) während der Tumorentwicklung. Diese Daten sind in Ergänzende Daten 3 dargestellt.

Den Ursprung der menschlichen Gene datieren

Unter Berücksichtigung früherer Berichte 7,45,46,47,48,49 über die Phylogenie haben wir 13 Hauptgruppen von einzelligen Organismen bis hin zu nicht-menschlichen Primaten eingeschlossen, um den Ursprung von 23.695 menschlichen Protein-kodierenden Genen zu verfolgen. Die orthologen Beziehungen zwischen den menschlichen Genen und den Genen von Organismen in den 13 Hauptgruppen wurden unter Verwendung von OrthoMCL mit Standardeinstellungen bestimmt. Für ein bestimmtes menschliches Gen haben wir zuerst die am weitesten entfernte Klade bestimmt, die die Orthologe des Gens enthält, und dann ihre Geburt dem neuesten gemeinsamen Zweig des Menschen und dieser Klade zugeordnet. Um eine potenzielle Altersinflation aufgrund eines horizontalen Gentransfers oder einer unzuverlässigen Orthologiezuordnung zu vermeiden, forderten wir, dass das Gen (oder seine Orthologe) in mindestens einer weiteren Klade zu finden sind, mit Ausnahme von Genen, die bei B12 geboren wurden. Fälle, die dieses Kriterium nicht erfüllten, wurden ausgeschlossen, so dass 21.352 menschliche Gene, darunter 488 Krebstreiber, mit einer zugewiesenen Geburtszeit verbleiben. Die Geburtenrate von Krebsfahrern in einem bestimmten Zweig wurde definiert als die Anzahl der Krebsfahrer, die in dem Zweig geboren wurden, geteilt durch die Gesamtzahl der menschlichen Gene, die in dem Zweig geboren wurden.

Da die Vollständigkeit der ausgewählten Genome in den 13 Kladen entscheidend ist, wurde dieser Parameter mit einer zuvor beschriebenen Methode bewertet 50 . Kurz gesagt, ein Satz von Genen, die für alle Eukaryoten grundlegend sind, wurde verwendet, um die ausgewählten Genome abzufragen, wobei die Beobachtung einer 100%igen Anwesenheit erwünscht war. Wir haben 36 Arten mit sequenzierten Genomen ausgewählt, um die 13 Kladen zu repräsentieren, mit einer minimalen Vollständigkeit von

96% bei der Klade Placozoa. Die Aufnahme von mehr Genomen verbesserte die Leistung nicht. Der Hauptpunkt dieser Analyse liegt in den drei Kladen (Placozoa, Porifera und Ctenophora), die frühe vielzellige Tiere darstellen. Um die potenzielle Verzerrung aufgrund der spärlichen Stichprobe der drei Kladen zu modellieren, führten wir 100 Simulationsrunden durch, indem wir zufällig 10 % der Gene der Genome in jeder der drei Kladen entfernten und stellten fest, dass die Überrepräsentation von Krebsgenen in der Filiale Nr. 3 bestehen blieb qualitativ unverändert (Ergänzende Abb. 9).

Um die Protein-Evolutionsrate in der Phylostratigraphie-Analyse zu kontrollieren, haben wir die 21.352 Gene nach ihrer Dn zwischen Mensch und Schimpanse (Die Ergebnisse waren im Wesentlichen die gleichen, wenn Dn Werte zwischen Mensch und Rhesusaffen verwendet.) und dann in 100 gleich große Bins unterteilt (die sich am schnellsten entwickelnde Bin hat 213+52=265 Gene). Wir haben zufällig ausgewählt n Gene aus einem Mülleimer, wo n ist die Anzahl der Krebsfahrer in der Tonne, um ein Pseudo-Krebs-Treiber-Set mit den 488 Genen zu bilden, wurde dann die Geburtenrate der Pseudo-Krebs-Treiber in jedem der 13 Filialen berechnet. Diese Simulation wurde 13.000 Mal wiederholt, um einen Test auf dem Signifikanzniveau von zu erreichen P= 0,01 nach Bonferroni-Korrektur. Die Arten- und Geninformationen sind in den Ergänzenden Daten 6 aufgeführt.

Neuartige Tumorsuppressoren durch die DT/DS Verhältnistest

Wir haben TCGA-Level-3-Daten zu Substitutionsmutationen vom TCGA-Datenportal heruntergeladen. Insgesamt wurden 776 BRCA-, 269 COAD-, 291 GBM-, 306 HNSC-, 422 KIRC-, 520 LUAD-, 178 LUSC-, 463 OV-, 116 READ-, 266 SKCM-, 245 STAD-, 406 THCA- und 248 UCEC-Tumoren berücksichtigt. Für jeden Krebstyp analysierten wir die Einzelbasen-Substitutionsmutationen an vierfach degenerierten Stellen proteinkodierender Gene, um das Mutationsspektrum dieses Krebses abzuleiten. Zusätzlich zu den sechs regulären Typen von Substitutionsmutationen wurden Mutationen von ApT->ApA, CpG->TpG und TpC->TpX (X: A, T und G) und TpCpG->TpTpG (die Kombination von TpC und CpG) separat betrachtet 22. Mit anderen Worten, wir haben die Mutationsrate berechnet U für jeden der 12 Mutationstypen in jedem Krebs, um das erwartete Verhältnis von Trunkierung zu synonymen (T/S)-Stellen eines Gens abzuschätzen. Für ein hypothetisches Gen mit zwei Codons, zum Beispiel TACTGC, gibt es 18 Mutationsmöglichkeiten: aACTGC, cACTGC, aACTGC, TtCTGC, TcCTGC, TgCTGC, TAaTGC, TAtTGC, TAgTGC, TACaGC, TACcGC, TACgGC, TACTaCACT, TACTCtC, TACTGa , TACTGt und TACTGg (aufgrund der geringen Mutationsrate werden nur einstufige Mutationen berücksichtigt). Für jede Mutationsmöglichkeit ist die erwartete Rate die U des entsprechenden Mutationstyps. Wir berechnen dann die summierte erwartete Rate (U) für abschneidende Mutationsmöglichkeiten (hier TAaTGC, TAgTGC und TACTGa) und synonyme Mutationsmöglichkeiten (hier TAtTGC und TACTGt) und das erwartete T/S-Stellenverhältnis ist ersteres dividiert durch letzteres. Die DT/DS ratio ist das beobachtete T/S-Mutationsverhältnis dividiert durch das erwartete T/S-Stellenverhältnis. Mehrfachtests wurden unter Verwendung der Methode von Storey 51 kontrolliert. Diese Daten sind in der ergänzenden Tabelle 3 dargestellt.

Software oder URLs. Bowtie2 (Ref. 52) für Short-Reads-Mapping Picard (http://picard.sourceforge.net) zum Entfernen duplizierter Short-Reads GATK 53 für SNVs und Indels Aufruf von Cluster 3.0 (Ref. 54) für Clustering-Analyse R-Paket affy 55 for Microarray-Datenverarbeitung BinGO 56 und GSEA für genontologische Analysen ENSEMBL http://asia.ensembl.org UCSC hg19 http://genome.ucsc.edu ENCODE http://genome.ucsc.edu/ENCODE/ Bodymap 2.0 http:/ /www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE30611 GO http://www.geneontology.org/TumorScape http://www.broadinstitute.org/tumorscape OrthoMCL http:// orthomcl.org/orthomcl/.


Kobalt-60

Cobalt-60 (60 Co) wurde für die Strahlentherapie von Krebs, die Bestrahlung von Lebensmitteln und für industrielle Anwendungen verwendet.

Während Kobalt-60 in ein stabiles Nickel-60-Isotop zerfällt, werden zwei Wellenlängen hochenergetischer Gammastrahlen emittiert (1,17 und 1,33 MeV – Mittelwert von 1,25 MeV verwendet).

Kobalt-60 wird seit über 60 Jahren in der Krebsbehandlung eingesetzt [1] , in einem Instrument, das als Gamma Knife bekannt ist. Das Gamma Knife wurde 1967 erfunden und wird zur Behandlung von Hirntumoren und Gefäßfehlbildungen eingesetzt. Die von Kobalt-60 emittierte Gammastrahlung wird vom Bestrahlungsgerät genutzt, das sehr effektiv eine hohe Strahlendosis in das Tumorgebiet einbringt und so das umliegende gesunde Gewebe erhält [2] .

Aufgrund der Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit/Wartung macht der Einsatz von Kobalt-60 in der Strahlentherapie immer noch etwa 70 % der weltweiten Krebsbestrahlungsfälle aus [3] .

Große Kobalt-60-Quellen werden bei der Sterilisation von Gewürzen und bestimmten Lebensmitteln durch ein Verfahren verwendet, das oft als „kalte Pasteurisierung“ bezeichnet wird. Die emittierte Gammastrahlung tötet Bakterien und andere Krankheitserreger ab, ohne das Lebensmittelprodukt zu verändern oder nach der Behandlung Radioaktivität zu behalten.

Cobalt-60 wird in gängigen Industrieanwendungen wie Nivelliergeräten und Dickenmessgeräten verwendet. Dieses Isotop wird insbesondere in der industriellen Radiographie verwendet, wo Strahlung zur zerstörungsfreien Detektion von Strukturfehlern in Metallteilen verwendet wird.


Wiedereinführung

Doug P. Armstrong, . Axel Moehrenschlager , in Encyclopedia of Ecology (Zweite Auflage) , 2019

Umfang der konservierenden Translokationen

Naturschutz-Translokationen wurden traditionell mit der Wiederansiedlung von Vögeln und Säugetieren in Verbindung gebracht. Die von der IUCN Reintroduction Specialist Group seit 2008 veröffentlichten Fallstudienbücher (verfügbar über die folgende Website) geben einen Überblick über die taxonomische Aufschlüsselung der jüngsten Translokationen. Von den 303 Tierarten, die in den ersten vier Büchern vorgestellt wurden, waren Säugetiere, Vögel und Reptilien im Vergleich zu ihrem Reichtum in der Natur überrepräsentiert, während Amphibien, Fische und insbesondere Wirbellose stark unterrepräsentiert waren ( Seddon et al. 2014 Abb. 1 ). Dennoch gab es bemerkenswerte Translokationen von Wirbellosen, wie die Wiedereinführung des großen Blauen (Maculinea arion) nach Großbritannien ( Tabelle 1 , Abb. 3 ). Die jüngsten Umsiedlungen zur Erhaltung sind vielfältiger geworden, die Zahl der Taxa ist zahlreicher geworden und ihr beabsichtigter Zweck hat sich diversifiziert.

Abb. 3 . Das große Blau (Maculinea arion) wurde im Vereinigten Königreich nach eingehender Untersuchung seiner Lebensraumansprüche, die eine parasitäre Beziehung mit der Ameise einschließt, wieder eingeführt Myrmica sabuleti deren Beständigkeit durch die Beweidung beeinträchtigt wird.

Bildnachweis: David Simcox Habitat Designs Ltd.

Abb. 4 . Jason Cummings veröffentlicht einen östlichen Bettong (Bettongia gaimardi) im Mulligans Flat Woodland Sanctuary in Canberra, Australien. Bettongs gelten als „Ökosystemingenieure“, daher ist ihre Wiedereinführung entscheidend für die Wiederherstellung der Ökosystemprozesse.

Bildnachweis: Woodlands and Wetlands Trust und Stephen Corey.

Translokationen von 279 Tierarten in Nordamerika von 1974–2013 bestanden hauptsächlich aus Wiederansiedlungen und Verstärkungen, wobei diese in ähnlicher Häufigkeit auftraten ( Brichieri-Colombi und Moehrenschlager, 2016 ). However, assisted colonizations were also documented for species such as the fringed darter (Etheostoma crossopterum), white sands pupfish (Cyprinodon tularosa), wood frog (Rana sylvatica), ornate box turtle (Terrapene ornate ornata), gopher tortoise (Gopherus polyphemus) and wild turkey (Meleagris gaallopavo). Ecological replacements also occurred, as the yellow crowned night heron (Nyctanassa violacea) was released to replace the extinct Bermuda night heron (Nyctanassa carcinocatactes), and releases of greater prairie-chicken (Tympanuchus cupido) were being contemplated to replace the extinct heath hen (Tympanuchus cupido cupido).

While assisted colonization, such as the introduction of kākāpō to offshore islands ( Table 1 ), has been used for over a century to protect species from inescapable threats such as invasive predators, it will be increasingly motivated by climate change. In the United States, the Torreya Guardians translocated seedlings of the Florida torreya (Torreya taxifolia) to areas beyond its current range to save the species from climate-induced threats. This translocation was originally conceived as a reintroduction to part of the species’ prehistoric range. However, it was subsequently interpreted as an assisted colonization in response to climate change, starting intensive debate on that topic ( McLachlan et al. 2007). Although strongly opposed by some people, assisted colonization appears to be an essential strategy for managing some long-lived tree species in the face of climate change, and is generally well accepted by foresters ( Williams and Dumroese 2013 ). It may be equally essential for long-lived slowly-dispersing animals. The 2016 translocations of the western swamp tortoise (Pseudemydura umbrina) south of its indigenous range in Western Australia constituted the first vertebrate assisted colonizations that were clearly motivated by climate change.

Fig. 5 . Mauritian Wildlife Foundation staff filling water troughs for Albabra giant tortoises (Aldrabrachelys gigantean) on Round Island, Mauritius. The species was introduced to the island as an ecological replacement for the extinct tortoise that formerly inhabited it.

Photo credit: Katie Macfarlane.

Increases in the frequency of conservation translocations are particularly evident for plants. In China alone 154 species, of which 78% were nationally listed as threatened and included 87 endemics, have been translocated for conservation purposes. Surprisingly 26% of the 154 species, have been moved beyond their indigenous range, primarily as assisted colonizations to escape human-imposed threats such as large-scale habitat destruction.

While reintroductions specifically, and conservation translocations generally, are primarily associated with terrestrial ecosystems, recent evidence also shows that an increasing diversity of species are being translocated in marine environments for conservation purposes ( Swan et al. 2016). Some iconic species translocated include the Hawaiian monk seal (Monachus schauinslandi) ( Table 1 ) and the Antillean manatee (Trichechus manatus manatus) in Brazil, while the Atlantic walrus (Odobenus rosmarus rosmarus) was recently proposed for reintroductions in eastern Canada. Over the last 39 years, at least 242 marine species were translocated for reintroductions, reinforcements, assisted colonizations, or ecological replacements ( Swan et al. 2016). Reinforcements were almost three times as frequent as reintroductions. Species consisted primarily of coastal invertebrates (44%) such as corals and sea fans as well as plants (30%) such as mangroves and sea grasses. Unlike most reintroductions of terrestrial fauna, 60% of conservation translocations in marine environments were aimed at restoring ecological functions within target ecosystems.

Fig. 6 . Connie Barlow planting a seedling of the Florida torreya (Torreya taxifolia) in North Carolina. This translocation was conceived as a reintroduction to part of the species’ prehistoric range, but has been widely interpreted as assisted colonization in response to climate change.

Photo credit: Torreya Guardians.


Misunderstandings about modern evolutionary biology

Although the modern synthesis is a major achievement of modern science, some aspects of it are often misunderstood. These misunderstandings have hindered acceptance of the modern synthesis, ⏂] ⏃] most notably in the United States. ⏄] Some of the most common misunderstandings are outlined in this section.

Distinctions between theory and fact

Some critics of evolution claim that it is merely a theory. For example, Ronald Reagan quiped during the 1980 presidential campaign, "Well, [evolution] is a theory--it is a scientific theory only, and it has in recent years been challenged in the world of science and is not yet believed in the scientific community to be as infallible as it was once believed." Cite error: Invalid <ref> tag invalid names, e.g. too many Cite error: Invalid <ref> tag invalid names, e.g. too many This criticism makes two claims: that evolution is a theory and therefore not a fact, and that theories are less established than facts (and less well supported than other beliefs). In other words, laypeople often use the word "theory" to signify "conjecture", "speculation", or "opinion". In science however, a theory is a model of the world (or some portion of it) that makes predictions that can be tested through controlled experiments.

A second linguistic confusion has arisen around the word "fact". Fact is often used by scientists to refer to empirical data, objective verifiable observations. But fact is also used in a wider sense to include any hypothesis for which there is overwhelming evidence. In this usage "the sun is at the center of the solar system" and "objects fall due to gravity" are considered to be facts.

Moreover the word evolution may refer to the observed fact, or it may refer to a theory which explains it. When "evolution" is used to describe a fact, it refers to the observations that populations of one species of organism do, over time, change into new, or several new, species. In this sense, evolution occurs whenever a new strain of bacterium evolves that is resistant to antibodies that had been lethal to prior strains. Another clear case of evolution as fact involves the hawthorn fly.

When "evolution" is used to describe a theory, it refers to an explanation zum warum and a model of wie Evolution auftritt. An example of evolution as theory is the modern synthesis of Darwin and Wallace's theory of natural selection and Mendel's principles of genetics. As with any scientific theory, the modern synthesis is constantly debated, tested, and refined by scientists. There is an overwhelming consensus in the scientific community that it remains the only robust model that accounts for the known facts concerning evolution.

Schwere Evolution
Things falling is an observation of the pull of bodies towards each other. Fruit flies changing generation to generation is an observation of generational organism change.
Bodies pulling towards each other is called gravity. Organisms changing generation to generation is called evolution.
Gravity is a "fact". Evolution is a "fact".
The "facts" of gravity require an explanation. The "facts" of evolution require an explanation.
Aristotle and Galileo created explanations of the "fact" of gravity. These are now obsolete explanations. Newton created an explanation which is substantially correct as far as it goes but turned out to require refinement. Lamarckism, Transmutationism and Orthogenesis were created as explanations of the "fact" of evolution. These are now obsolete explanations. Darwin created an explanation which is substantially correct as far as it goes, but turned out to require refinement.
Einstein's explanation is a refinement of Newton's explanation of gravity. Einstein's explanation is currently the most accepted explanation of the "fact" of gravity. The Neo-Darwinist explanation is a refinement of Darwin's explanation of evolution. Neo-Darwinism is currently the most accepted explanation of the "fact" of evolution.
Einstein's explanation of the "fact" of gravity is called the Theory of Gravity. The Neo-Darwinist explanation of the "fact" of evolution is called the Theory of Evolution.
Gravity is a "fact" and a "theory." Evolution is a "fact" and a "theory."

Evolution, complexity, and devolution

One of the most common misunderstandings about evolution is that one species can be "more highly evolved" than another that evolution is necessarily progressive and/or leads to greater "complexity", or that its converse is "devolution." ⏅] Evolution is a non-directional process in the sense that it does not proceed toward any ultimate goal. Rather, evolution acts to optimize organisms to the conditions of their environment, whatever they might be, through the process of natural selection. Thus, evolution provides no assurance that later generations will be more complex than earlier generations, a fact that applies equally to human complexity and intelligence as it does to all other organisms on Earth today and in the past. The claim that evolution results in directional progress is not part of modern evolutionary theory it derives from earlier belief systems which were held around the time when Darwin formulated his ideas.

In many cases evolution does proceed in the direction of increasing complexity. ⏆] The earliest organisms were maximally simple life forms. Evolution caused life to become more complex, since becoming simpler wasn't advantageous indeed it was likely impossible since organisms of any lower complexity would be too simple to carry out basic life functions. Virtually the only avenues open for evolution in the earliest epoch of life’s history were toward more complex and specialized forms. Since then, evolved complexity is a pattern that has occurred again and again in numerous lineages, since it produces more specialized forms that are capable of exploiting environmental niches more effectively than competitors. Indeed, specialization through increased complexity allows an organism to define its own niche and evolve to it, thus also increasing biodiversity.

But complexity is not an ultimate goal of evolutionary processes, and the evidence supporting this abounds. Bacterial forms have remained comparatively simple over 3.8 billion years of evolution even though numerous forms have evolved and specialized to a variety of environments using diverse metabolic pathways. In these cases, complexity was not selected for even though substantial evolutionary change occurred. Simple organisms that rapidly metabolize energy-rich nutrients available in the environment are optimal forms that dominate the biosphere and the cycling of elements in it. Among eukarya much greater levels of complexity have evolved, but these organisms represent the smaller portion of the biomass on earth. Thus, evolution toward complexity is the exception and not the norm.

There are numerous examples of organisms evolving towards simpler forms. Vestigial structures constitute one line of evidence of lessening complexity evolving among eukarya. Pythons have a vestigial pelvis that is detached from the vertebra, and essentially floats in the abdominal cavity. This structure is functionless, and it degenerated from a functioning pelvis in a previous ancestor with legs. The Mexican Tetra (Astyanax mexicanus) has evolved from a previous sighted ancestor into a blind form. While the animal retains a rudimentary eye, the nerves and retina are degenerate and functionless. ⏇] The human appendix is a degenerate form of the caecum found in a wide variety of herbivorous vertebrates. In these animals, the caecum is a significant organ that functions to digest cellulosic plant material. In humans and hominoid apes, changes in diet have favored its degeneration. In each instance, natural selection has acted to produce decreasing complexity over time because the maintenance of useless organs represents a drain on the organism’s energy resources and they are thus subjected to negative selective pressure. ⏈]

Similarly, horses evolved from morphologically more complex ancestors with five toes on their feet ⏉] . Over time, the fossil record shows a progression to reduced complexity that has produced the single toe (hoof) observed today. In the case of this animal, a simpler design is superior for the conditions under which it must survive. Many parasitic and symbiotic species have evolved to simpler forms from more complex forms to the point that they are incapable of existing outside the bodies of their hosts or symbionts. In these cases, reduced complexity offers a selective advantage but comes with the cost of surrendering independence.

There is no guarantee that any particular organism existing today will become more complex in the future. In fact, natural selection will only favor increasing complexity if it increases an organism’s chance of survival and ability to produce viable offspring that live long enough to reach sexual maturity. The same mechanism will also favor lower complexity in traits if that confers a selective advantage in the organism's environment. ⏊]

Spezies

The existence of several different, but related, finches on the Galápagos Islands is evidence of the occurrence of speciation.

It is sometimes claimed that speciation — the origin of new species — has never been directly observed, and thus evolution cannot be called sound science. ⏋] This is a misunderstanding of both science and evolution. First, scientific discovery does not occur solely through reproducible experiments the principle of uniformitarianism allows natural scientists to infer causes through their empirical effects. Moreover, since the publication of Zur Entstehung der Arten scientists have confirmed Darwin's hypothesis by data gathered from sources that did not exist in his day, such as DNA similarity among species and new fossil discoveries. Finally, speciation has actually been directly observed. ⏌] (See the hawthorn fly example.) Further, there are a number of examples of speciation in plants, ⏍] and differences in ectodysplasin alleles in stickleback fish speciation has developed as a supermodel for studying gene alterations and speciation. ⏎]

A variation of this assertion, that microevolution has been directly observed and macroevolution has not, is subject to the same counterarguments. However, it is generally accepted that macroevolution uses the same mechanisms of change as those already observed in microevolution.

Entropy and life

It is claimed that evolution, by increasing complexity, violates the second law of thermodynamics. This law posits that in an idealised isolated system, entropy will tend to increase or stay the same. Entropy is a measure of the dispersal of energy in a physical system so that it is not available to do mechanical work. ⏏] The claim ignores the fact that biological systems are not isolated systems. Life inherently involves open systems, not isolated systems, as all organisms exchange energy and matter with their environment, and similarly the Earth receives energy from the Sun and emits energy back into space. Simple calculations ⏐] show that the Sun-Earth-space system does nicht violate the second law because the enormous increase in entropy due to the Sun and Earth radiating into space dwarfs the small decrease in entropy caused by the evolution of life.

Information

Some assert that evolution cannot create information, or that information can only be created by an intelligence. Physical information exists regardless of the presence of an intelligence, and evolution allows for new information whenever a novel mutation or gene duplication occurs and is kept. It does not need to be beneficial or visually apparent to be "information." However, even if those were requirements they would be satisfied with the appearance of nylon eating bacteria, ⏑] which required new enzymes to efficiently digest a material that never existed until the modern age. ⏒]

Japanese researchers demonstrated that nylon degrading ability can be obtained de novo in laboratory cultures of Pseudomonas aeruginosa strain POA, which initially had no enzymes capable of degrading nylon oligomers. This indicates that the ability of bacteria to digest nylon can evolve if proper artificial selection is applied. ⏓] Recently, the same group found X-ray crystal structure of the newly evolved nylon-digesting enzyme. ⏔] Using the structural results, the authors propose "that the amino acid replacements in the catalytic cleft of a preexisting esterase resulted in the evolution of the" nylon-digesting enzyme. This hypothesis still needs to be confirmed by detailed genetic studies.


Homologous and Analogous Traits

Wissenschaftler müssen genaue Informationen sammeln, die es ihnen ermöglichen, evolutionäre Verbindungen zwischen Organismen herzustellen. Ähnlich wie bei der Detektivarbeit müssen Wissenschaftler Beweise verwenden, um die Fakten aufzudecken. Im Fall der Phylogenie konzentrieren sich evolutionäre Untersuchungen auf zwei Arten von Beweisen: morphologische (Form und Funktion) und genetische. In general, organisms that share similar physical features and genomes tend to be more closely related than those that do not. Such features that overlap both morphologically (in form) and genetically are referred to as homologous structures they stem from developmental similarities that are based on evolution. For example, the bones in the wings of bats and birds have homologous structures (Figure 7).

Figure 7. Bat and bird wings are homologous structures, indicating that bats and birds share a common evolutionary past. (credit a: modification of work by Steve Hillebrand, USFWS credit b: modification of work by U.S. DOI BLM)

Notice it is not simply a single bone, but rather a grouping of several bones arranged in a similar way. The more complex the feature, the more likely any kind of overlap is due to a common evolutionary past. Imagine two people from different countries both inventing a car with all the same parts and in exactly the same arrangement without any previous or shared knowledge. That outcome would be highly improbable. However, if two people both invented a hammer, it would be reasonable to conclude that both could have the original idea without the help of the other. The same relationship between complexity and shared evolutionary history is true for homologous structures in organisms.

Misleading Appearances

Some organisms may be very closely related, even though a minor genetic change caused a major morphological difference to make them look quite different. Similarly, unrelated organisms may be distantly related, but appear very much alike. This usually happens because both organisms were in common adaptations that evolved within similar environmental conditions. When similar characteristics occur because of environmental constraints and not due to a close evolutionary relationship, it is called an analogy oder homoplasy. For example, insects use wings to fly like bats and birds, but the wing structure and embryonic origin is completely different. These are called analogous structures (Figure 8).

Similar traits can be either homologous or analogous. Homologous structures share a similar embryonic origin analogous organs have a similar function. For example, the bones in the front flipper of a whale are homologous to the bones in the human arm. These structures are not analogous. The wings of a butterfly and the wings of a bird are analogous but not homologous. Some structures are both analogous and homologous: the wings of a bird and the wings of a bat are both homologous and analogous. Scientists must determine which type of similarity a feature exhibits to decipher the phylogeny of the organisms being studied.

Figure 8. The (c) wing of a honeybee is similar in shape to a (b) bird wing and (a) bat wing, and it serves the same function. However, the honeybee wing is not composed of bones and has a distinctly different structure and embryonic origin. These wing types (insect versus bat and bird) illustrate an analogy—similar structures that do not share an evolutionary history. (credit a: modification of work by Steve Hillebrand, USFWS credit b: modification of work by U.S. DOI BLM credit c: modification of work by Jon Sullivan)

Molecular Comparisons

With the advancement of DNA technology, the area of molecular systematics, which describes the use of information on the molecular level including DNA analysis, has blossomed. New computer programs not only confirm many earlier classified organisms, but also uncover previously made errors. As with physical characteristics, even the DNA sequence can be tricky to read in some cases. For some situations, two very closely related organisms can appear unrelated if a mutation occurred that caused a shift in the genetic code. An insertion or deletion mutation would move each nucleotide base over one place, causing two similar codes to appear unrelated.

Sometimes two segments of DNA code in distantly related organisms randomly share a high percentage of bases in the same locations, causing these organisms to appear closely related when they are not. For both of these situations, computer technologies have been developed to help identify the actual relationships, and, ultimately, the coupled use of both morphologic and molecular information is more effective in determining phylogeny.


Alignment of the Concept Map with NGSS

The concept map is intended for use in middle school and high school and is based on the statement that “scientific knowledge assumes an order and consistency in natural systems” (NGSS Lead States, 2013). The map also aligns with seven life-sciences core ideas of the NGSS: interdependent relationships in ecosystems, inheritance and variation of traits, biodiversity, natural selection, adaptation, evidence of common ancestry, and fossils as evidence of the history of life. Figure 1 shows grades and standards that include those seven core ideas. The standards from first to fifth grades represent the prior knowledge that anchors the concept map. The map implicitly addresses crosscutting concepts such as patterns, cause and effect, systems and systems models, and stability and change.


Schau das Video: Radioaktiver Zerfall von Radon in einer Nebelkammer (Kann 2022).


Bemerkungen:

  1. Bralkis

    Mit purem Humor.



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