View
38
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
1/89
PRINCIPIMOLEKULARNEIFENOTIPSKEEVOLUCIJE
Izvodiizpredavanja
BILJANASTOJKOVIINIKOLATUCI
3.DEO
EVOLUCIONABIOLOGIJARAZVIA
3.1.Postanak!"#$#%!&sk!'o()an!*a+a3.1.1.Postanak!#o%,-!&a)#na*naa&n!'*a(a*!$#/!ot!n&a
3.1.0.Kaka+o)ao1!t!)#no+2(#tkas!'/!ot!n&a3.0.U%o)a4o5)#na,(a*!$,!#o%,-!&!/!ot!n&a3.0.1.Kako4o5)#n!osta(,&,so,nk-!.0.0.Postanak!#o%,-!&a)#nasa'o+#1%oko!+a
3.3.Mo7,%a(nao()an!*a-!&a(a*!$a!#o%,-!&at#%#sn!'sk%o2oa3.3.1.4#t#(o'(on!&a3.3.0.4#t#(oto2!&a3.3.3.4#t#(o+#t(!&a3.3.8.4#t#(ot!2!&a
3.8.Onto)#n#tskao)(an!#n&a!#o%,-!&a3.9.B!o%o)!&a(a*!$a!#o%,-!on#no!n#
3.9.1.Da%!#%,-!on#no!n#!+a&,!sto(!&,3.9.0.:!otnas(#7!na!#o%,-!on#no!n#3.9.3.Da%!s#s(#$na,7o!"ta!2ak(a$a&,
1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
2/89
3.DEO
EVOLUCIONABIOLOGIJARAZVIA
Danas emo teko nai biologa koji se nee sloiti da teorija evolucije nije
potpuna bez teorije koja objanjava kako se moe promeniti razvie organizama.
Meutim, pogled u istoriju evolucione biologije ukazuje na decenijsko zanemarivanje
uloge ontogenije1 u procesima evolucije. Kako navode neki autori, velika slabost
savremene inteti!ke teorije evolucije lei u tome to ona sutinski predstavlja
"teoriju adulta", teoriju koja nije uspela da naglasi evolucioni zna!aj razli!itosti
ontogenija #$uss, 1%&'(. Mnogi smatraju da je, tokom poslednji) dvadesetak godina,
u ovoj oblasti nauke zapo!eta "nova sinteza" koja konceptualno ujedinjuje klasi!ne
"neo*darvinisti!ke" modele evolucije, ekologiju i biologiju razvia #eco-evo-devo,
videti kasnije(. + narednim poglavljima baviemo se irinom i sloenou "nove"
perspektive u s)vatanju evolucije organizama, ali, da bismo razumeli ta sa!injava te
konceptualne novine, moramo se nakratko osvrnuti na osnovne pravce inteti!ke
teorije evolucije #tzv. Moderne sinteze(koja je nastala u prvoj polovini prolog veka, i
koja, mora se naglasiti, predstavlja i danaspolaznu ta!ku u prou!avanjima evolucije.
ublikovanje glavni) monogra-ija Moderne sinteze ozvani!ilo je ulazak
genetike u evolucionu biologiju. opulaciono*geneti!ka teorija i veliki broj
jednostavni) modela koji objanjavaju i kvanti-ikuju promenu geneti!ke strukture
populacije, postaju okosnica sinteti!ke teorije. +svojoj sutini, teorija evolucije kroz
Modernu sintezu -ormatirana je kao geneti!ka teorija koja -enotipove povezuje
direktno i isklju!ivo sa genima #slika /.1a(. 0sim geneti!ki) uzroka variranja
-enotipova jedinki, svi ostali uzroci, gde pre svega spadaju uticaji -aktora ivotne
sredine na -ormiranje -enotipova, razmatrani su kao "greke" u ontogeniji #tzv.
razvojni um(i nisu se smatrali bitnim za kona!ne evolucione is)ode. Drugim re!ima,
negeneti!ki uzroci individualni) varijacija su, po ovom gleditu, izvor nepoeljne
varijabilnosti koja naruava odnosizmeu genotipa i -enotipa, tj. dovodi do nastanka
nenasledne" varijabilnosti bez vanije uloge u evolucionim promenama. 0datle bi
10ntogenija jednog organizma podrazumeva sve -aze i dogaaje tokom razvia, kako kvalitativne takoi kvantitativne, koji se deavaju po!evi od jedne elije do adultni) -aza ivota.Do*'ansk;T.#1%/'( GeneticsandtheOriginofSpecies. 2olumbia +niv. ress, 345 4,5%#;J.S.
#1%6( Evolution,TheModernSynthesis. 7llen and +n8in, 9ondon5 Ma;(E.#1%6( Systematicsandthe Origin of Species. 2olumbia +niv. ress, 345 S!+2son G.G. #1%66( Tempo and Mode inEvolution. 2olumbia +niv. ress, 34
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
3/89
opstanak #ili eliminacija(genotipa u odreenom stanitu zavisio isklju!ivo od stepena
u kom je njegov determinisani geneti!ki program razvia "adekvatan" za konkretno
ivotno stanite.
geneti!kapromenapopulacije
geneti!kapromenapopulacije
7D7:;30:;
;nterakcije gena,razvie
ECO-EVO-DEVO
@;D;37
A>30:;
7.
A>30:;
$.
lika /.1. )ematski prikaz dva teorijska pristupa u evolucionoj biologiji. 7. ?enotip iadaptivnavrednostsudeterminisanigenotipom, takodajepoznavanjeu!estalostigenotipovai nji)ovi) koe-icijenata selekcije u odreenoj ivotnoj sredini dovoljno za razumevanjepromene geneti!ke strukture populacije. re!ica na slici prikazuje klasi!an populaciono*geneti!kipristup uModernoj sintezi.$.3a razvie -enotipa i adaptivnu vrednostjedinkiuodreenojabioti!koj ibioti!kojivotnojsrediniuti!ugeni,nji)ove interakcije, interakcijesa-aktorima spoljanje sredine, plasti!ni putevi razvia, itd. 0vaj pristup se primenjuje uevolucionoj ekologiji, a predstavlja i okosnicu nove sinteti!ke discipline B ekologia-evolucia-ra!vi"e.
$udui da su -enotip i adaptivna vrednost u potpunosti odreeni genotipom, za
kvanti-ikaciju promene geneti!ke strukture populacije pod uticajem prirodne selekcije
potrebno je samo poznavanje u!estalosti genotipova i nji)ovi) koe-icijenata selekcije
u odreenoj ivotnoj sredini #prikazana pre!ica na slici /.1a(. Dakle, prema
populaciono*geneti!koj koncepciji, jedina -unkcija ivotne sredine je uloga stati!ne
arene u kojoj opstaju najbolje prilagoeni genotipovi, tj. ivotna sredina ne moe biti
"proizvoa!" varijabilnosti na osnovu koje deluje prirodna selekcija i koja moe bitnoizmeniti pravac geneti!ki) evolucioni) promena.3ajvei uticaj na ovakav stav imala
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
4/89
/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
5/89
je
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
6/89
6
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
7/89
varijabilnost u centar nasleivanja umesto u "ometajue" e-ekte spoljanje sredine.
;ako emo mi kritikovati potpuno zanemarivanje uloge individualnog razvia i
ivotne sredine, koje je evidentno kroz "geneti!ku teoriju evolucije", izgleda da je
takva -aza u razvoju evolucione biologije bila neop)odna za kona!no razumevanje
kako nasleivanje u!estvuje u evolucionim promenama.
Aenocentri!na Moderna sinteza razvijala se kroz nekoliko klju!ni)
koncepcija. ored Jardi*
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
8/89
skupova gena !iji se nijedan !lan ne moe opisati kao povoljan ili nepovoljan", tj.
evoluciono govorei, jedan gen nije uopte gen5 geneti!ki kontekst odreuje
evolucionu putanju svakog gena" #Cade i Aoodnig)t, 1%%&(. Dodatno, u ovakvoj
koncepciji, adaptivna evolucija je lokalna, tj. deava se unutar lokalni) populacija
#umesto veliki) populacija koje suosnovne jedinice evolucije u ?ierovom konceptu(.
peci-i!ne epistati!ke kombinacije gena u svakoj lokalnoj populaciji odreuju nji)ove
evolucione putanje.
Dva klasi!na modela evolucije, iako veoma razli!ita u vienju na!ina kako se
ispoljava geneti!ka in-ormacija, bila su na zanimljiv na!in uklopljena u Modernu
sintezu. ?ierov aditivno*geneti!ki model pri)vaen je kao operativni opis-enotipske
evolucije, tj. kao princip promene geneti!ke strukture populacije, dok je =ajtovo
insistiranje na univerzalnosti plejotropije i epistaze gena s)vaeno prevas)odno kao
model geneti!ke ar)itekture organizama #Cade, 1%%(. Drugim re!ima, evolucija je
posmatrana na nivou promene #u!estalosti( gena, a -enotipski nivo, odnosno
speci-i!na geneti!ka ar)itektura, predstavljao bi rezultat, a ne uzrok, evolucioni)
#geneti!ki)( promena&. + svakom slu!aju, iako je razumevanje uloge gena kroz
epistati!ke interakcije i plejotropiju bilo vano za dalji razvoj evolucione teorije #o
velikoj sloenosti molekularni) me)anizama u ispoljavanju geneti!ke in-ormacije
govorili smo u pret)odnim poglavljima(, Moderna sinteza nije uspela da sagleda
nji)ov zna!aj u oblikovanju -enotipa i njegove evolucije. Gapravo, sada moemo rei
da je osnovni razlog ovog "propusta" bila rigidna odvojenost geneti!ke teorije od
biologije razvia. Ga procese koji se deavaju na putu izmeu genotipa i -enotipa
smatralo se da predstavljaju "crnu kutiju" i da nji)ovo upoznavanje nije od presudne
vanosti za razumevanje evolucije #o !emu govori pre!ica u populaciono*geneti!kim
modelima, slika /.1a(. ;pak, vremenom je rasla svest da upravo zbog ovog neznanja
mnoga evoluciona pitanja ostaju otvorena. :ako je ?utjuma #?utuLma, 1%'%(napisao
da je neznanje o tome kako genotipovi produkuju -enotipove najvea praznina u
naem razumevanju evolucionog procesa, a to je zaista velika praznina". )vatanje da
-enotip nije jednostavan zbir svoji) delova, tj. da je -enotip emergentno svojstvo
organizma koje nastaje tokom ontogenije, zna!ajno je izmenilo pristup prou!avanju
&
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
9/89
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
10/89
evolucije. :a emergencija nastaje negde izmeu D3K i -enotipa, i jasno je da !ak i
ukoliko poznajemo kompletan raspored nukleotida D3K u genomu, ne moemo u
potpunosti sagledati -enotip organizma. 0tvaranje "crne kutije" podrazumevalo je
usvajanje novi) teorijski) koncepcija i, to je najvanije, ponovno udruivanje
evolucione teorije i biologije razvie, ali ovog puta na na!in kvalitativno druga!iji od
Darvinovog vremena #lika /.1b(.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
11/89
a neki od stavova, kao to su Aoldmitova "srena !udovita", posluili su za
ismevanje !itave ideje o ulozi razvia u evoluciji #videti poglavlje /.H(.
+ savremenoj nauci, dakle, dolazi do ponovnog "ujedinjavanja" -enomena
individualnog razvia i evolucije. =azvie je sa!injeno od kaskade dogaaja koji
povezuju genotip sa -enotipom, povezuju gene sa mor-ologijom, -iziologijom i
ponaanjem. 0no to su isticali nau!nici alternativne sinteze, danasje okosnica novog
pogleda na evoluciju. + pret)odnim poglavljima videli smo da postoje tri osnovna
tipa varijabilnosti zna!ajna za evoluciju. :o su alelska varijabilnost gena koji kodiraju
proteine, alelska varijabilnost u elementima zna!ajnim za gensku regulaciju i, najzad,
epigeneti!ka varijabilnost. ostalo je jasno da je ove elemente neop)odno sagledati
kroz nji)ovo ujedinjeno dejstvo u procesima ontogenije do -ormiranja -enotipova, tj.
da bez razvia ne moe biti potpune teorije varijabilnosti5 a bez adekvatne teorije
varijabilnosti ne moe biti potpunog objanjenja evolucije koja obu)vata promenljive
gene i promenljiva tela" #Ailbert i >pel, %5 str. /6(. >voluciona teorija nije
potpuna bez razumevanja me)anizama kroz koje se tkiva, organi i organizmi
-ormiraju i menjaju. Kroz ovakva sagledavanja dodaje se novi nivo objanjenja
evolucije.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
12/89
=azlike izmeu razvia i evolucijeodnose sena tipovepromenakoje sedeavaju,
zatimnaentitetekodkoji)sepromenepojavljujui,kona!no,naputevekojimsetepromene
ostvaruju.3ekeodvaniji)razlikasusledee.
1. romene u razviu deavaju se u okvirima individualnih organizama, a evolucione
promeneseodigravajuunutariliizmeupopulaciaorganizama.:okomrazviaorganizmise
di-erenciraju, rastu i stare, a u evoluciji tokomvremena semenjapopulaciona struktura #tj.
geneti!ka i -enotipska svojstva populacije, relativna brojnost i raspodela populacija u
prostoru,stepenprotokagenaizmeupopulacija,itd.(
.romeneurazviudeavajuseujednojgeneraciji,aevolucionepromeneseostvaruju
tokomnizageneracija.
/.>volucionepromenemorajudauklju!ujupromeneuraspodelamageneti!ki)entitetau
populacijama,dokpromenerazvianemorajudovoditidopromenauraspodelamageneti!ki)
entiteta.
>voluciona biologija razvia je sinteti!ka disciplina koja ima dijalekti!ki
pristup. rvo, ona pokuava da odgovori na pitanje kako su tokom evolucije
oblikovani sistemi razvia razli!iti) grupa organizama B kakvo je poreklo odreene
ontogenije, kako je evoluirao repertoar razvia, kako su se procesi razvia
modi-ikovali tokom evolucijeO 0vde istraiva!i pokuavaju da s)vate evolucionu
osnovu sli!nosti #tj. analogije i )omologije(i razlika izmeu razli!iti) sistema razvia.
>lemente potrage za evolucionom osnovom razvia nalazimo jokod Darvina #1&H%(,
Jekela #1&(i mnogi) drugi) biologa iz ranog perioda istorije evolucione biologije.
0snovna ideja razli!iti) istraiva!ki) programa, od oni) koje pretpostavljaju
postojanje ar)etipova i -ilotipski) stunjeva, preko istraiva!a koji zagovaraju
koncepciju mor-ogenetski) polja, do oni) koji u prvi plan isti!u zna!aj -ormiranja
razvojni) obrazaca, jeste postojanje nekog zajedni!kog obrasca koji se mani-estuje u
razli!itim sistemima razvia. :o je zapravo Darvinova ideja o zajedni!kom poreklu
svi) ivi) bia.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
13/89
zainteresovani ne za ontogeniju kao proizvod evolucionog procesa, veza razvie kao
"kreatora" -enotipske varijabilnosti na kojoj "operie" evolucija. Drugim re!ima, ovaj
pravac se zasniva na sledeim pitanjimaF Kako procesi razvia uti!u na nastanak
-enotipske varijabilnostiO Kako ovi razvojni sistemi uti!u na organizaciju -enotipaO
Kakva je veza izmeu razvia i nastanka evolucioni) novinaO Da bismo naglasili
obrnut -okus ovog pravca, a u nedostatku boljeg prevoda, upotrebiemo termin
"razvojna evolucija" #devo-evo, lika /.(.
obzirom da se odgovori na ova pitanja ne mogu traiti van ekolokog
konteksta u kom se razvie odvija, razmatranje uticaja abioti!ke i bioti!ke sredine,
kao i strukture i dinamike populacija, na procese ontogenije i evolucije ujedinjuje
ekologiju, evoluciju i biologiju razvia u novu oblast ozna!enu kao "ekoloka
evoluciona biologija razviaI #engl. Ecologicalevolutionarydevelopmental#iology,
eco-evo-devo, lika /.(. 0snovna pitanja koja se ovde postavljaju suF Kako ivotna
sredina interaguje sa razvojnim procesimaO i Kako sredinske promene uti!u na
-enotipsku varijabilnost i procese evolucijeO
Kako emo videti, pokazalo se da je evolucija sistema geneti!ke i epigeneti!ke
regulacije -undamentalna Ikreativna silaI mor-oloke evolucije. Alavne teme
empirijski) istraivanja postaju analize -unkcije i evolucije regulatorne genske mree,
putevi signalne transdukcije i drugi aspekti molekularni) IkolaI razvia. Dodatno,
istrauje se dinamika epigenetski) interakcija i uticaja sredinski) parametara na
promenu ontogenetski) putanja. 0vim uzbudljivim i kompleksnim pitanjima
posvetiemo se postepeno. +nastavku emo se prvo baviti geneti!kim uzrocima koji
dovode do varijacija u razviu vieelijski) organizama, a kasnije, u !etvrtom delu,
pokuaemo da rasvetlimo evolucioni zna!aj varijabilnosti koja nastaje zbog
plasti!nosti razvia.
1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
14/89
@;D;37
EVO-DEVO
>
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
15/89
selektivna prednost vieelijske organizacije moe biti uzrokovana e-ikasnijim
korienjem dostupni) izvora )rane #Kou-opanou i $ell, 1%%/(. 9aboratorijski
eksperimenti sa nekoliko vrsta algi ukazuju da se pojava vieelijske organizacije
moe povezati i sa zatitom od predatora. + prisustvu predatora, kultura
jednoelijski) algi evoluirala je prema vieelijskoj organizaciji za manje od 1
generacija #$entleL i sar., 1%%&(. Ganimljivo je da je tokom eksperimenta broj elija
po organizmu varirao od 6 do vie od 1, i da se populacija stabilizovala sa
organizmima koji su imali & elija B to je bio najmanji broj elija koji je tako
stvorenim vieelijskim organizmima obezbeivao uspenu zatitu od predatora #u
ovom slu!aju to je bila dimenzija tela(. 0vaj eksperiment je zna!ajan i po tome to
nam pomae da odgovorimo na pitanje zato veina poznati) oblika vieelijske
organizacije poseduje vrlo mali broj, uglavnom slabo di-erencirani) elija. 0vo
pitanje ima smisla ako znamo da determinacija tipa elija zavisi od vrlo malog broja
regulatorni) proteina i da prokariotske i eukariotske elije poseduju genome sa daleko
veim potencijalom za stvaranje razli!iti) elijski) tipova.
udei po potencijalnoj selektivnoj prednosti, vieelijska organizacija se
mogla javiti relativno rano u evoluciji. ojava -ilamentozni) cijanobakterija se datira
na vreme od pre oko , milijardi godina, a najstariji -osili -ilametozni) protista
poti!u od pre oko 1,& do 1, milijarde godina #=okas, &(. rocene dobijene na
osnovu molekulski) markera, postanak sloene vieelijske grae, kakva se via kod
ivotinja gljiva i biljaka, vezuju za period izmeu 1, do ,6 milijarde godina, a
najstariji -osili vieelijski) ivotinja se datiraju na vreme od pre '' do 'H miliona
godina #3ielsen i arker, 1(.
oreenja skupova gena savremeni) jednoelijski) i vieelijski) organizama,
isti) i razli!iti) evolucioni) linija, pomau nam da otkrijemo koji su klju!ni geni
odgovorni za pojavu vieelijske organizacije. Kada su takve analize uraene kodcijanobakterija, miksobakterija i aktinobakterija, pokazalo se da se kod vielijski)
srodnika poveao broj gena uklju!eni) u transdukciju signala i regulaciju
transkripcije. 3a primer, u genomu mik sobakterije My+ococcus +anthus
identi-ikovano je vie od 1H duplikacija gena tokom tranzicije od jednoelijski) ka
vieelijskim oblicima, pri !emu su naj!ee bili duplirani regulatorni geni i geni
odgovorni za za transdukciju signala #Aoldman i sar., (.
1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
16/89
3.1.1.Postanak!#o%,-!&a)#na*naa&n!'*a(a*!$#/!ot!n&a
?ilogenetske analize na genima za 1&r=3K, mtD3Ki jedarnim genima koji
kodiraju proteine, nedvosmisleno ukazuju da jednoelijski i kolonijalni protisti iz
grupe )oano-lagelata #2)oano-lagellata( predstavljaju sestrinsku grupu vieelijskim
ivotinjama #Metazoa(. Pelijska struktura )oano-lagelata je veoma sli!na
)oanocitama B elijama !ija je osnovna -unkcija kod savremeni) sunera vezana za
uzimanje )rane. Kao i )oanocite sunera, )oano-lagelate posedujuju apikalni bi! sa
!etkastim aktinskim okovratnikom pomou koji) love bakterije i detritus. 0va
sli!nost navela je brojne istraiva!e na zaklju!ak da su jednoelijski preci ivotinja
imali elijsku organizaciju sli!nu )oano-lagelatama%. Dodatno, na ovu )ipotezu
upuuju i neke molekularno bioloke i mor-oloke analize, koje identi-ikuju sunere
kao nastariju grupu ivotinja. +sve to se veoma dobro uklapa i podatak da su suneri
prve ivotinje koje se pojavlju u -osilnim zapisima #$otting i $utter-ield, H(.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
17/89
kontakta izmeu leukocita i vaskularni) endotelski) elija, prepoznavanju elija i
elijskoj endocitozi. :akoe, u genomu M#revicollisse nalaze geni koji kodiraju pet
imunoglobulinski) domena, dok kod metazoa postoji izmeu 1H i 1H
imuglobulniski) domena, to ukazuje da je do velikog poveanja imunoglobulinske
-amilije gena dolo nakon razdvajanja metazoa od )oano-lagelata.
;majui u vidu da je M#revicollisjednoelijski organizam, namee se pitanje
kakva je -unkcija ovi) proteina koji kod metazoa imaju ulogu u elijskoj ad)eziji.
oto se neki od navedeni) proteina nalaze u !etkastom okovratniku M#revicollis,
smatra se da je osnovna -unkcija ti) proteina )vatanje bakterijskog plena.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
18/89
metazoa i )oano-lagelata takoe mogao imati relativno velik broj introna u genima
koji kodiraju proteine.
ojava vieelijske organizacije zavisila je i od evolucije me)anizama koji su
omoguavali di-erencijalnu ekspresiju gena u elijama koje !ine jedan organizam.
Di-erencijalna ekspresija gena, istakli smo ranije #deo .6.1(, preteno je kontrolisana
na nivou transkripcije. 2is*regulatorni elementi svakog gena poseduju izuzetnu
sposobnost paralelne obrade velikog broja prostorni) iili vremenski) in-ormacija
koje poti!u od transkripcioni) -aktora. rvo pitanje je, dakle, koje su transkripcione
-aktore mogli posedovati jenoelijski eukarioti od koji) su postale vielijske ivotinje.
M #revicollis poseduje !lanove veine najprisutniji) -amilija eukariotski)
transkripcioni) -aktora.3ajvei broj transkripcioni) -aktora su oni !iji vezivni domen
sadri jone cinka #transkripcioni -aktori sa cinkovim prstima5 videti avi*avi!evii
Mati, 11, str. '(. Ganimljivo je da HU transkripcioni) -aktora M #revicollis
pripada transkripcionim -aktorima sa viljukastom glavom #engl. forkhead(, koji su do
sada pronaeni samo kod gljiva i ivotinja. KodM#revicollissu pronaena samo dva
transkripciona -aktora sa )omeodomenima i oba pripadaju :79> klasi #videti
kasnije(. J0Rsubklasa ne*:79> klase, koja ima jednu od klju!ni) uloga u razviu
ivotinja, nije pronaena kod )oano-lagelata, to ukazuje da se ona pojavila i
evoluirala tek kod metazoa.
Di-erencijacija elija kod metazoa praena je smanjenjem potencijala za
di-erencijalnu ekspresiju gena. Ga razliku od jednoelijski) organizama, u
di-erenciranim elijama vieelijski) organizama, pored gena neop)odni) za
odravanje integriteta svake elije #tzv. "gena domara"5 engl housekeepinggenes(,
ispoljavaju se razli!iti podskupovi gena. :akoe, kod mnogi) metazoa, postavljanje
regulatorne mree koja kontrolie di-erencijalnu ekspresiju gena u elijama, ne
postie se odjednom ve tokom niza -aza razvia. :okom razvia mogu se, kao"privremeno reenje" koristiti isti me)anizmi koji jednoelijskim eukariotima
omoguavaju transkripcionu -leksibilnost tokom prilagoavanja na promene u
ivotnoj sredini. Meutim, na kraju razvia jedinki, kod veine elija, transkripcioni
regulatorni status se stabilizuje, tako da svaki tip elija poseduje speci-i!nu
kombinaciju aktivni) i neaktivni) gena. De-initivan odgovor na pitanje kako se to
postie jouvek nemamo. rema jednoj )ipotezi #7renas*Mena, '5 1(, vanu
ulogu u odravanju regulatorne mree di-erencirani) elija vieelijski) ivotinja upermanentnom stanju mogla bi imati )istonska varijanta J7.G, o kojoj smo govorili
1H
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
19/89
u delu .6././. 3aime, na osnovu podataka da je kod morski) jeeva i neki) anelida
J7.G nukleozoma povezana sa nedi-erenciranim i multipotentnim elijama, a kod
mati!ni) elija ljudi ova nukleozomska varijanta je izgleda klju!ni regulatornji)ove
transkripcione multipotentnosti, 7renas*Mena #1(smatra da je ova nukleozomska
varijanta "dobar kandidat" za glavnog "vratara" #engl. gatekeeper( koji kontrolie
pristup razli!itim transkripcionim -aktorima ka cis*regulatornim elementima gena.
Dobra strana ove )ipoteze jeste to to jednoelijski eukarioti, kao to je pekarski
kvasac, poseduju ovu )istonsku varijantu, a loa strana je to to je, kako smo u delu
.6././. istakli, na!in regulacije transkripcije gena pomou J7.G, izgleda, species*
speci-i!an, ali i to to jo uvek ne poznajemo ta!ne me)anizme kako ova
nukleozomska varijanta regulie transkripciju gena.
3.1.0.Kaka+o)ao1!t!)#no+2(#tkas!'/!ot!n&a
7naliza kompletnog genoma sunera mphimedon .ueenslandica, i njegovo
poreenje sa drugim vrstama, omoguuje nam da dobijemo grubu predstavu o
genomu zajedni!kog pretka svi) ivotinja #rivastava i sar., 1(. 0vaj tipi!an
predstavnik sunera, sa oko / gena koji kodiraju proteine, ima genom sa vrlo
brojnim repertoarom gena uklju!eni) u signalne puteve i regulaciju transkripcije, to
ukazuje da je predak svi) ivotinja imao "osnovni alat" neop)odan za razvie sli!an
onome koji se nalazi kod savremeni) ivotinja sa bilateralnom simetrijom.
Aenom .ueenslandica pokazuje izrazitu konzervativnost u pogledu
strukture gena koji kodiraju proteine #recimo, pozicije introna( i organizacije
#sinteniju( u odnosu na druge ivotinje. 0d 6' genski) -amilija, analizirani) kod
sunera i vie vrsta metazoa, koje su prikazane na slici. /./, 1& #'U(su, izgleda,
speci-i!ne samo za metazoe. 0d ti) 1& genski) -amilija, skoro V je nastalo
duplikacijama gena u okviru stabla metazoa. 3ajranije duplikacije odnosile su se natranskripcione -aktore sa )omeodomenima i strukturom domena !iji je motiv
zavojnica*petlja*zavojnica #engl. heli+-loop-heli+(. Kasnije duplikacije gena i nji)ova
divergencija kod eumetazoa, dodatno su poveale broj gena u -amilijama
transkripcioni) -aktora, tako da je nji)ov broj od dva do /6 puta vei kod eumetazoa
nego kod sunera.
1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
20/89
lika/./.3eki stupnjevi razvia i -ilogenetskipoloaj suneramphimedon.ueenslandica.a. adulti,b. embrioni ic. larve.d.?ilogenija ivotinjazasnovanana%jedarni)genakojikodirajuproteine kod 1& vrsta sa kompletno sekvenciranim genomima. + ovoj -ilogenijiplakozoe, knidarije i ivotinje sabilateralnom simetrijom grupiu se ujedinstvenu kladuB
eumetazoa.=azli!itimbojama ozna!enojemogueporeklo genao kojima e se govoriti utekstu#premaFrivastavaisar.,1(.
7naliza genoma .ueenslandicaomoguila je uvid u poreklo est osnovni)
karakteristika vieelijske organizacije ivotinja. :o suF 1. regulacija elijskog ciklusa
i rasta, . programirana elijska smrt #apopotoza(, /. elija*elija i elija*ekstraelijski
matriksad)ezija, 6. signalni putevi zna!ajni za razvie, H. prepoznavanje strani) elija
#alorekognicija( i uroeni imuni odgovori, i . specijalizacija elijski) tipova. 3a
ovom mestu daemo samo nekoliko opti) napomena o tim karakteristikama.
0snovni elementi koji u!estvuju u regulaciji elijskog ciklusa i rasta kod
ivotinja, vuku koren od rani) eukariota, a speci-i!ni regulatorni me)anizmi metazoa
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
21/89
nastali su tokom evolucije ove grupe. Ga razliku od ovog sistema, najvei broj
elemenata koji u!estvuju u apoptozi, speci-i!ni su samo za ivotinje, a uo!ava se i
tendencija uslonjavanja me)anizama koji u!estvuju u programiranoj smrti elije od
-ilogenetski stariji) do -ilogenetski mlai) grupa. =anije smo videli da se
dijagnosti!ki domeni dve najvee ad)ezione -amilije *kad)erini i imunoglobulini Bpojavlju vekod )oano-lagelata. Kad)erini kod sunera sti!u ar)itekturu sli!nu onoj
koja je karakteristi!na za sve metazoe. :akoe, tokom evolucije metazoa dolazi do
velike ekspanzije proteina koji imaju oblasti sli!ne imunoglobulinima.
Kod sunera su prisutne komponente glavni) signalni) puteva zna!ajni) za
razvie i klase transkripcioni) -aktora karakteristi!ne za ivotinje, to ukazuje da su
1'
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
22/89
geni uklju!eni u individualno razvie, zajedno sa onima koji su odgovorni za
-ormiranje primarni) germinativni) elija, evoluirali u okvirima metazoa. 3aravno,
duplikacije gena dovodile su do uslonjavanja speci-i!ni) -amilija gena tako da, na
primer, kod sunera, koji nemaju mezoderm, odsustvuju transkripcioni -aktori
uklju!eni u -ormiranje ovog klicinog lista. :akoe, .ueenslandicanema /o+gene i
neke druge transkripcione -aktore koji reguliu oblikovanje telesnog sklopa i nervnog
sistema bilateralni) ivotinja. ;nteresantno je da suneri, uprkos odsustvu
neuromiinog sistema, poseduju nekoliko transkripcioni) -aktora koji su kod
ivotinja sa bilateralnom simetrijom odgovorni za di-erencijaciju miia i nerava.
Mada su se neki geni zna!ajni za imunski odgovor javili kod eukariota vrlo
rano, prelaz od jednoelijske do vieelijske organizacije bio je praen pojavom
potpuno novi) me)anizama odbrane od patogena i me)anizama -uzije sa geneti!ki
potpuno druga!ijim elijama. 3a primer, vrlo je verovatno da je preda!ka -orma
receptorske super-amilije interleukina 1 #;9*1=( bila prisutna kod poslednjeg
zajedni!kog pretka svi) metazoa i da je kasnije divergirala u razli!itim evolucionim
linijama metazoa.
Da bismo uspeno rekonstruisali evolucioni prelaz od jednoelijske ka
vieelijskoj organizaciji neop)odna su nam znanja i o vezama izmeu kompleksni)
-enotipski) osobina vieelijski) organizama i brojni) multigenski) -amilija gena
koje kontroliu razli!ite regulatorne proteine. :ranskripcioni -aktori sa
)omeodomenima #JD( su verovatno jedan od najbolji) modela koji nam mogu
pomoi da rasvetlimo postanak sloeni) -enotipova, zato to upravo oni imaju klju!ne
uloge u regulaciji osnovni) procesa razvia #kao su regionalizacija tela i regulacija
proli-eracije, di-erencijacije, ad)ezije i migracije elija(kod ivotinja, biljaka, gljiva,
pa !ak i vieelijski) amebozoa kao to je Dictyostelium sp. roteini sa
)omeodomenima su odsutni kod prokariota. vi do sada prou!eni organizmi satakvim proteinima bili su eukarioti. Dodatno, ako su i jednoelijski, poput ranije
pomenuti) )oano-lagelata, oni pripadaju evolucionim linijama kod koji) se javlja
vieelijska organizacija #Derelle i sar., '(. 0vaj podatak navodi na zaklju!ak da
transkripcioni -aktori sa )omeodomenima pripadaju dobrim
graevinskim blokovima" #King, 6(. oto se transkripcioni -aktori sa JD
javljaju kod svi) veliki) evolucioni) linija u kojima su prisutni i vieelijski
organizmi #ivotinje, gljive, biljke, amebozoa i )eterokonta(, oni sunajverovatnije bili prisutni i kod poslednjeg zajedni!kog pretka svi) dananji)
vieelijski) organizama. Kod neki)
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
23/89
1&
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
24/89
parazitski) jednoelijski) eukariota dolo je do gubitka proteina sa JD, verovatno kao
posledica drasti!nog smanjenja genoma.
7nalize proteina sa JDkod 6 eukariotske vrste pokazale su da postoje dve
osnovne klase ovi) proteina #Derelle i sar., '(. :o je klasa sa aminokiselina u
vezivnom domenu #tipi!na ili tzv. ne*:79> klasa(i klasa sa / aminokiselina #to je
:79> klasa5 engl. Threeminoacid0oopE+tension(1. ve analizirane evolucione
linije posedovale su ili obe ili nijednu klasu proteina sa JD.3a osnovu ovi) podataka
moemo zaklju!iti da je poslednji zajedni!ki predak vieelijski) organizama imao
obe klase proteina sa JD. Kod razli!iti) evolucioni) linija, u okvirima obe ove klase,
dolazilo je do nezavisni) duplikacija gena, posebno kod ivotinja i biljaka. 3a primer,
kod savremeni) ivotinja transkripcioni -aktori sa JD svrstavaju se u 6% -amilija5 u
genomu !oveka se nalazi vie od gena sa )omeoblokovima, a kod biljke
thaliana takvi) gena ima oko &. Kod metazoa, posebno veliku diverzi-ikaciju
doivela je ne*:79> klasa proteina sa JD, u koje spadaju i/o+geni.
3.0.U%o)a4o5)#na,(a*!$,!#o%,-!&!/!ot!n&a
Alavne telesne ose kod ivotinja sa bilateralnom simetrijom #$ilateria(
-ormatiraju se vrlo rano u embrionskom razviu. Klju!nu ulogu u tim procesima
imaju grupe transkripcioni) -aktora sa aminokiselina u vezivnom domenu
#)omeodomeni(. 3ji) odreuju geni koji su -izi!ki povezani u "jata" #engl. clusters(i
nose naziv /o+ geni #slika /.6(. Eata /o+ gena se kod Drosophila melanogaster
sastoje od osam gena, a kod sisara /% !lanova su rasporeeni u !etiri grupe. 0no to
/o+gene !ini posebnim nije samo organizacija u vidu jata, veto to nji)ov raspored
u jatima odreuje -unkciju gena du anteriorno*posteriorne #7*( telesne ose #tj.
postoji prostorna kolinearnost( kod ivotinja sa bilateralnom simetrijom. rostornakolinearnost zavisi od cis*regulatorni) elemenata /o+gena. utem kontrole ekspresije
niza drugi) gena, /o+geni odreuju identitet svake elije u razli!itim delovima tela
ivotinje. Drugim re!ima, oni selektuju odreene puteve razvia, te se zbog toga !esto
nazivaju "selektorskim" genima. Druga vana osobenost /o+gena je to to nji)ove
mutacije mogu dovesti do trans-ormacije jednog organa u drugi #)omeoza(.
3ajpoznatiji primer )omeoze je )omeoti!ni mutant Drosophila melanogaster pod
1 Kod dve grupe )eterokonta #oomicete i diatomea(, javlja se :79> potklasa sa pet umesto triaminokiseline u vezivnim domenima.
1%
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
25/89
imenom "antennapedia" kod kog su antene na glavi muica trans-ormisane u dodatni
pardrugi) nogu. Pelije koje su -ormirale te "nove" noge, jesu izgraene od elija koje
se ina!e nalaze u antenama, ali su one sledile "pogrean" #geneti!ki(program. /o+
geni su ti elementi koji odreuju sudbinu elija tokom razvia ivotinja.
lika /.6. Eata/o+ gena kodD, melanogaster, Caenorha#ditis elegans iMus musculus,Jomologni geni su isto obojeni. Kod veine ki!menjaka,/o+ geni su rasporeeni u !etirigrupe sa varijabilnim brojem gena. Kod nematoda i ki!menjaka dolo je do ekspanzijevarijanti #d-( gena kojije kod voni) muicaprisutan ujednoj kopiji gde kodira dvarazli!itaproteina.=edosledgenaideod/WpremaHWkrajulancaD3K#premaF?orondoetal.,%(.
Gbog vrlo vane uloge koju imaju u procesima razvia, /o+ geni su vrlo
konzervisani. rocenjuje se, na primer, da je tokom 'H miliona godina, od razdvajanja
evolucioni) linija koje su vodile do savremeni) ljudi i mieva, eliminisano %%,'U
nesinonimni) mutacija u /o+genima. oreenja radi, u istom vremenskom periodu,
eliminisano je oko &HUnesinonimni) mutacija u slu!ajno uzetom uzorku gena koji
kodiraju proteine !oveka i mia #3ei, '(1/.
0rganizacija /o+ gena u jata nije ista kod svi) ivotinja. Ki!menjaci imaju
imaju najkompaktnije organizovane /o+gene u jatima. Kod nji), svi geni imaju istu
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
26/89
transkripcioni orjentaciju #/WX HW( i proteu se na oko 1 kb #slika /.6(. :akoe,
1/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
27/89
ova jata su veoma bogata konzervisanim nekodirajuim nizovima D3K, sa vrlo malo
ponovljivi) sekvenci. /o+ geni kod ki!menjaka imaju uglavnom vrlo male introne
#izuzetak su guteri i zmije, videti kasnije(, to sve skupa poja!ava "kompaktnost"
jata. 0vakva organizacija je omoguila da se sa najmanjom moguom koli!inom
konzervisani) nizova D3K ostvari velika -unkcionalna e-ikasnost /o+ gena
#Duboule, '(. ored ovakvi) JoQ jata, koja se nazivaju "organizovanim jatima"
#0 tip(, postoje "disorganizovana" #D tip, kod morski) jeeva i am-ioksusa(,
"razdvojena" # tip, kod drozo-ile(, i "atomizirana" #7 tip, kod uro)ordata, videti
kasnije5 Duboule, ', slika./.H(. +poreenju sa jatima ki!menjaka, jata sa manje
!vrstom organizacijom prostiru se na znatno duim nizovim D3K5 na primer, JoQ
jata kod am-ioksusa zauzimaju oko 6H kb, to je preko 6 puta vie nego kod
ki!menjaka.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
28/89
lika/.H.trukturnaklasi-ikacijaJoQjata.:ip0predstavljavisokoorganizovanajatakoja
suprisutna,kolikosedanaszna,samokodki!menjaka.:ipDjataseproteunaznatnoduimnizovima D3K i pored /o+ gena #crni boksovi(, koji imaju razli!ite transkripcioneorjentacije, u jatima se nalaze i ne/o+ geni #beli boksovi(, kaoponovljivi nizovi D3K#primerisumorskijeeviiam-ioksus(.tip#odenglSplit(posedujekarakteristike0iDtipausvakomodsubjata#kaokoddrozo-ileidrugi)diptera(,dokkod7tipa/o+genizapravo inisuorganizovaniujata,kaokodurodela#premaFDuboule,'(.
Arupisanje /o+ gena u jata je od velike vanosti za razvie budui da
temporalna kolinearnost #tj. sled ekspresije /o+ gena tokom razvia( zavisi od
ar)itekture jata /o+gena. Kod svi) ki!menjaka postoji, pored prostorne, i vremenska
1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
29/89
kolinearnost16. Kod sisara i ptica, tokom gastrulacije se uo!ava sekvencijalna
inicijalna ekspresija /o+gena u /WX HWsmeru.
Kako je dolo do visoke organizovanosti JoQ jata kod ki!menjaka jo uvek
nije sasvim jasno. rema jednoj )ipotezi #Duboule, '(, "konsolidacija"organizacije JoQ jata kod ki!menjaka bila je posledica pojave globalne regulacije
#putem lokusni) kontrolni) regiona, 92=, videti deo .6.1(. 3astanak zajedni!kog
kontrolnog regiona van samog jata #nalazi se uzvodno od /W kraja jata(, koji je
omoguio koordinisanu transkripcija susedni) gena, doveo je do -ormiranja optimalne
strukturne organizacije jata, kao to su eliminacija ne/o+ gena i smanjenje
intergenski) regiona i introna unutar gena #slika /.(. :akoe, ovaj proces je
omoguio pojavu dodatni) me)anizama zajedni!ke regulacije. 3a primer, tetrapode
su tokom evolucije stekle jo jedan zna!ajan me)anizam regulacije aktivnosti /o+
gena. :oje poja!ava!, udaljen oko 1 kb od HWkraja /o+d12gena, koji kontrolie
ekspresiju posteriorni) /o+dgena u distalnim delovima udova #to je tzv. autopodni
region koji tokom razvia daje prste(. 0vaj poja!ava!, dakle, smatra se odgovornim
za pojavu prstiju kod tetrapoda, a nalazi se u delu genoma koji ina!e sadri vei broj
neuralni) poja!ava!a #Desc)amps, '(. 3jegov uticaj na ekspresiju /o+gena iz D
jata kod tetrapoda najvie se odraava na gene locirane na HW kraju #tj. najblie
poja!ava!u(, a prakti!no odsustvuje kod gena koji se nalaze u blizini /W kraja. 0va
novoste!ena kontrola ekspresije gena iz D jata /o+ gena najverovatnije se pojavila
kod zajedni!ki) predaka riba iz grupe arcopetrLgii i tetrapoda, poto nedavno
otkriven devonski -osil ribe sli!ne tetrapodama, Tiktaalik13, poseduje osnovne kosti
zglobova i jednostavne prste.
16 ;ako su vone muice bile prve kod koji) su otkriveni /o+ geni, svi /o+ geni se kod nji)eksprimiraju istovremeno, to je u suprotnosti sa podacima dobijenim kod ki!menjaka i drugi)insekata.
1H :iktaalik je -osil pronaen u kanadskom arkti!kom ar)ipelagu 6. godine. ored brojni) "riblji)"osobina, poseduje mnoge karakteristike sli!ne tetrapodama #!etvoronogim kopnenim ki!menjacima( ismatra se da je pripadao grupi organizama koje su se adaptirale na plitke vode sa malom koli!inomkiseonika. :akav pravac evolucije vodio je nastanku kopneni) ki!menjaka. tarost :iktaalika
procenjena je na oko /'H miliona godina. $udui da se pronaeni primitivni tetrapodni otisci datiraju
na jo starije vreme #oko 1 miliona godina pre :iktaalika(, verovatno je da :iktaalik predstavlja"zaostali relikt" nekada vee grupe vrsta #stari) oko 6 miliona godina( koje su imale meavinuosobina akvati!ni) i terestri!ni) ki!menjaka.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
30/89
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
31/89
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
32/89
lika/..>volucijakonsolidacijeJoQjatakodki!menjaka.7.)ematskiprikazDjatakodpredaka bilateralni) ivotinja. /o+ geni #crni boksovi( imaju razli!ite transkripcioneorjentacije#strelice(,ameunjimasenalazeine/o+geni#beliboksovi(.odgrupeJoQgenasedre zajedno za)valjui zajedni!kim cis*regulatornim elementima #plavikruii(.$.D0jato, koje je verovatno bilo prisutno kod predaka )ordata. ojava zajedni!kog cis*regulatornog elementa u kontrolnom regionu #2=5 braon boja( predstavlja po!etakkonsolidacijejata.2.osle=duplikacijagenoma,jatasejoviekonsolidujuzbogpojavenovi)cis*regulatora #crveni,uti izeleniboksovi i strelice(ukontrolnom regionu,kojisadapostajevrlo sloen.0sim globalnog kontrolnog regiona,koji senalazi uz /WkrajJoQjata,kodtertrapodasepojavljujeinovkontrolniregionuzHWkrajjata#premaFDuboule'(.
De-initivna prostorna kolinearna ekspresija JoQ gena, tokom kasniji)
stupnjeva razvia, uklju!uje dodatne tkivno*speci-i!ne aktivacije gena. 0rganizacija
/o+gena koji se nalaze uz anteriorni #/W(kraj, vrlo je konzervisana i smatra se da je
bila prisutna pre razdvajanja 2nidaria #meduze, )idre, korali( i $ilateria. druge
strane, organizacija J0R jata uz posteriorni #HW( kraj doivela je, tokom evolucije,
velike rearanmane, to je, kako emo videti, imalo zna!ajne posledice u pojavi novi)
oblika regulacije/o+gena u posteriornom delu jata.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
33/89
/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
34/89
=etinoi!na kiselina #=75 engl 4etinoiccid( je glavni regulator temporalne
kolinearnosti /o+ gena1. =7 regulie temporalnu ekspresiju /o+ gena tako to
postepeno poveava broj /o+gena iz jata koji se nalaze van teritorije kondenzovanog
)romatina. 0vo, naravno, omoguava postepeno poveavanje broja /o+gena kojimae, tokom vremena, moi da "pristupe" delovi aparata za transkripciju. =7se vezuje
za jedan receptor #=7=5 engl. 4etinoic cid 4eceptor(, koji zatim -ormira
)eterodimer sa drugim receptorom #=R=5 engl. 4etinoid-5-4eceptor( na mestu koje
reaguje na =7, a nalazi se u blizini ili unutarodreenog /o+gena. 7ktiviran =7=
regrutuje proteinske komplekse u kojima se nalaze )istonske acetiltrans-eraze, a one
indukuju postepene promene u )romatinskoj strukturi #videti deo .6././(. + ovaj
sistem regulacije uklju!eni su geni koji kontroliu sintezu #npr. 79DJ17( ili
degradaciju =7 #npr. 2Lp( i tako zajedno reguliu raspodelu =7 tokom razvia.
Dugo se smatralo da je =7sistem prisutan samo kod )ordata. 3edavno je, meutim,
otkriveno da geni ovog sistema postoje i kod neki) drugi) deuterostoma, tako da je
vrlo verovatno da su )ordate "samo" upotrebili proizvode ovi) gena za nove -unkcije
u razviu.
+regionima gde se ekspresije anteriorni) i posterioni) /o+gena preklapaju,
dolazi do pojave koja se naziva "posteriorna prevalencija" #Duboule i Morata, 1%%6(,
u kojoj proizvodi gena blii) HWkraju dominiraju nad proizvodima gena koji se nalaze
blie /W kraju. matra se da je ova -unkcionalna )ijerar)ija, koja se uo!ava !ak i u
odsustvu apsolutne prostorne i vremenske kolinearnosti, vezana za sam proces
-ormiranja jata /o+gena. 3aime, u procesu neo-unkcionalizacije #deo ././(, koja je
sledila posle tandemski) duplikacija, kasnije nastali /o+geni, a to su po pravilu oni
koji se nalaze blie HWkraju, mogli su da steknu sposobnost modi-ikacije "programa"
svoji) "roditelja" tako to su bili #1( e-ikasniji u vezivanju za zajedni!ke cis*
1 Gbog neobi!no vane uloge u regulaciji /o+ gena kod ki!menjaka, svaki poremeaj u koli!ini ivremenu pojavljivanja retinoi!ne kiseline tokom embriogeneze moe dovesti do poremeaja u razviuorganizama. oznati su teratogeni e-ekti 1/*cis*retinoi!ne kiseline #naziva se i isotretinoin ili akutan u-armaceutskoj proizvodnji( koja se koristi u le!enju cisti!ni) akni. +pustva za akutan sadreupozorenja o njegovim tetnim e-ektima kod trudnica. Eedna studija na grupi trudnica koje su koristileakutan, pokazala je da od H% -etusa, nije imalo nikakav vidljiv poremeaj, 1 trudnica je spontano
pobacilo, a 1 beba roena je sa vidljivim abnormalnostima #npr. odsustvo ili abnormalne ui, odsustvoili vrlo mala vilica, i niz abnormalnosti centralnog nervnog sistema(. >ksperimenti na mievima su
pokazali da viak retinoi!ne kiseline spre!ava migraciju i proli-eraciju elija kranijalne nervne kreste#kriti!an momenat razvia za teratogene e-ekte retoni!ne kiseline kod !oveka je izmeu H i /H dana(.+zimanje vitamina 7, koji je prekursor retinoi!ne kiseline, u prekomernim koli!inama, takoe moeimati teratogene e-ekte. rocenjuje se da trudnice koje uzimaju vie od 1 internacionalni) jedinicavitamina 7 dnevno, imaju oko U ansu da rode dete sa poremeajima koje izaziva viak retinoi!nekiseline.
6
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
35/89
regulatorne elemente gena !iju ekspresiju kontroliu, ili #( tako to su stvorili
paralelnu mreu gena koja je dominirala nad mreom koju su kontrolisali anteriorni
/o+geni #4ekta i sar., &(.
osteriornu prevalenciju u jatima /o+ gena kod ki!menjaka izgleda da
reguliu dve -amilije mi=3K#deo ././(1'. 3aime, postoje indikacije da se mi=*1 i
mi=*1% pre-erencijalno vezuju za /W+:= i=3Kposteriorni) /o+gena i na taj na!in
smanjuju sintezu odgovarajui) proteina, odnosno odlau nji)ove negativne e-ekte na
anteriorne gene #4ekta i sar., &(. Ganimljivo je da se geni za obe -amilije mi=3K
nalaze u okvirima /o+ jata5 mi=*1 geni se nalaze izmeu /o+6 i /o+3, ili unutar
introna /o+d6, a mi=*1% izmeu /o+7i /o+18svi) jata osim Djata. mi=*1% se
javlja isklju!ivo kod ki!menjaka, a mi=*1 ima ortologne parnjake kod voni) muica
i nematoda1&.
3.0.1.Kako4o5)#n!osta(,&,so,nk-!
:ranskripcioni -aktori, koje kodiraju /o+geni, aktiviraju ili inaktiviraju grupe
gena tako to se direktno vezuju za nji)ove poja!ava!e. >lementi poja!ava!a koji
reaguju na JoQ proteine, !esto su postavljeni uz mesta vezivanja drugi)
transkripcioni) -aktora, kao to su e-ektori signalni) puteva ili proteina koji odreuju
tkivnu speci-i!nost. peci-i!nost vezivanja JoQ proteina u elijama zavisi od
ko-aktora. 3ajbolje je prou!en >Qd #engl. e+tradenticle( koa-aktor drozo-ile #>Qd
protein takoe ima )omeodomen, ali pripada :79> grupi, videti ranije(. rema
jednom modelu #naziva se model selektivnog vezivanja(, samo razli!ite >Qd*JoQ
kombinacije odreuju za koji e se od niza sli!ni) nizova od oko desetak nukleotida
vezati )eteropolimer. rema drugom modelu, razli!ite >Qd*JoQ kombinacije nisu
klju!ne, ve se speci-i!nost delovanja /o+ gena odreuje razli!itim aktivnostima
1'
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
36/89
dimera koji regrutuju razli!ite ko*aktivatore ili ko*represore. oto postoje primeri za
oba modela, mogue da se speci-i!nost regulacije pomou /o+gena postie na oba
na!ina.
=egulatorne aktivnosti /o+gena ostvaraju se na dva nivoaF 1. delovanjem na
gene koji kodiraju signalne molekule ili druge transkripcione -aktore, i . direktnim
delovanjem na brojne gene koji u!estvuju u elijskoj ad)eziji, kontroli elijskog
ciklusa, elijskog kretanja i apoptozi. + prvom slu!aju, /o+ geni se ponaaju kao
glavni regulatori #"master" geni(, a u drugom slu!aju nji)ova uloga se svodi na
"mikromenadment".
ostoje brojni primeri sloeni) mrea regulacije na !ijem se vr)u nalaze JoQ
geni. =ecimo, kod D melanogaster, aktivacijarepresija dpp gena #engl.
decapentaplegic(, koji se ispoljava u 7*oblasti visceralnog mezoderma #to je grupa
mezodermski) elija koja okruuje endodermska tkiva kao to je crevo(, zavisi od dva
JoQ gena B 9#+ i #d-. ojava D proteina #to je mor-ogen iz klase kotani)
mor-ogenetski) proteina *$M(, opet, predstavlja okida!za promenu oblika elija u
crevima, to je nep)odno za normalno -ormiranje creva kod voni) muica. 7ktivnost
gena 9#+ i #d-u abdominskom epidermisu voni) muica, meutim, dovodi do
represije Dll gena #engl. distal-less(. oto Dll kodira transkripcioni -aktor sa
)omedomenom koji promovie razvie udova, njegova represija u abdomenskom
epidermisu spre!ava pojavu nogu na "pogrenom" delu tela muica #stomaku(.
rilikom oblikovanja telesnog sklopa, /o+ geni mogu direktno da deluju na
aktivnost gena koji realizuju #"geni realizatori"(pojavu neke osobine.3a primer, kod
mieva, /o+a12se normalno ispoljava tokom razvia autopoda #to su distalni delovi
primordijalnog tkiva od koji) nastaju strukture kao to su apice mieva(. >ktopi!ka
aktivacija /o+a12du razvijajui) udova dovodi do velikog smanjenja primordijalne
proksimalne )rskavice, iz koje se normalno razvijaju kosti ulna i radijus. 0vaj -enotip
se povezuje sa /o+a12*zavisnim poveanjem )omo-ili!ne elijske ad)ezije u
proksimalnim delovima primordijalne )rskavice. Mievi kod koji) je /o+a12
ne-unkcionalan imaju niz abnormalnosti prstiju, karpalni) i tarzalni) kostiju.
Kod sisara, /o+geni su direktno uklju!eni i u razvie krvni) elija. /o+a18je
uklju!en u kontrolu razvia mijeloidni) i eritroidni) elija u kotanoj sri. 3a primer,
eksperimentalno poveana ekspresija /o+a18 u kulturi mijelomonocita #to su
pluripotentne elije koje se di-erenciraju u imunske elije kao to su granulociti,
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
37/89
dendri!ke elije i monociti( dovodi do prevremenske di-erencijacije u monicite i
zaustavljanja daljeg rasta.
Eedan od na!ina kako /o+ geni reguliu pojavu razli!iti) mor-oloki)
-enotipova jeste putem odbacivanja grupe elija koje nisu deo "eljenog" oblika tkiva.
0dravanje granice izmeu maksilarni) i mandibularni) delova glave kod voni)
muica, primerje ove "vajarske" aktivnosti /o+gena. 0va granica se -ormira tako to
dolazi do lokalne apoptoze elija izmeu maksilarnog i mandibilarnog dela glave, a
ona se odigrava za)valjui genu rpr #engl. reaper( koga, opet, regulie Dfd #engl.
deformed( /o+ gen drozo-ile. Kod voni) muica, /o+ geni takoe reguliu i
apoptozu neop)odnu za korektno pozicioniranje glave, a kod mieva kontrola
apoptoze se ostvaruje tokom -ormiranja ki!menog stuba.
oslednji) godina nakupilo se mnogo primera koji jasno ukazuju da su
mutacije u /o+ genima predstavljale zna!ajan !inilac u mor-olokoj evoluciji
$ilateria, odnosno da je telesni sklop ivotinja evoluciono menjan usled mutacija u
nekim delovima regulatorne mree koju kontroliu /o+geni.
Mnoge od mor-oloki) promena kod ivotinja uslovljene su mutacijama u cis*
regulatornim elementima /o+gena. 3a primer, varijacije u obrascima ekspresije 9#+
i #d- ortologni) gena kod razli!iti) grupa rakova u visokoj su korelaciji sa
evolucijom nji)ovi) prednji) udova na toraksu u specijalizovane organe za is)ranu
#maksilipedija(. Kod srodni) vrsta Drosophila, varijacije uslovljene malim
promenama u cis*regulatornim elementima 9#+gena u korelaciji su sa razlikama koje
se uo!avaju izmeu vrsta u broju dla!ica na -emuru drugog para nogu.
3a osnovu uvida u to kako /o+ geni odreuju broj ki!meni) prljenova u
razli!itim delovima tela, moemo zaklju!iti i kako isti /o+gen moe u!estvovati u
oblikovanju speci-i!ne telesne strukture ki!menjaka. oreenjima obrazaca ekspresije
/o+gena sa regionalnim tipom ki!meni) prljenova, zaklju!ilo se da regionalni tipprljenova zavisi od grupisanja ti) gena u somitima. 3a primer, mi ima pet
potilja!ni), sedam vratni), 1/ grudni), est slabinski) i !etiri krsta!na ki!mena
prljena. Kod kokoaka, s druge strane, postoji pet potilja!ni), 16 vratni), sedam
grudni), devet slabinski) i !etiri krsta!na ki!mena prljena. Kod obe grupe ivotinja,
/o+c3 gen je aktiviran na kraju vratni) prljenova, a /o+c na po!etku grudni)
prljenova. Meutim, kod mieva to se deava na granici izmeu 1. i 1/. prljena,
dok je kod kokoaka to izmeu %. B 1. i . ki!menog prljena #slika /.'(. Dakle, kod
'
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
38/89
ki!menjaka, do promene u mor-ologiji moe doi ukoliko se promeni oblast
ekspresije /o+gena.
lika/.'.)ematskiprikazekspresije/o+genakojiu!estvujuuodreivanjubrojaki!meni)prljenovakodkokokeimia#premaAilberti>pel,%(.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
39/89
Ganimljiv primersu zmije koje imaju stotine sli!ni) ki!meni) prljenova #sa
graom grudni) prljenova(. Gmije su evoluirale od predaka sli!ni) savremenim
guterima, dakle od ivotinja sa parnim udovima i jasno regionalizovanim aksijalnim
skeletom. rou!avanja ekspresije /o+ gena kod embriona zmija, pokazala su da je
"evoluciona respeci-ikacija" drugi) prljenova prema grudnim, povezana sa irenjem
oblasti delovanja /o+c: i /o+c; gena koji kontroliu grudne prljenove #2o)n i
:ickle, 1%%%(. + poreenju sa guterima, kod zmije
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
40/89
=egion gde se ina!e -ormiraju prednji udovi kod drugi) gmizavaca, ne u!estvuje u
nji)ovom stvaranju. =azvie zadnji) udova kod zmija in)ibirano je na drugi na!in,
verovatno odustvom ekspresije neki) gena iz Jedg)og signalnog puta. aleontoloki
podaci takoe pokazuju da je kod predaka zmija do gubitka prednji) udova dolo
ranije.
Gmije i guteri se svrstavaju u red Zuamata za koji je pokazano da imaju
neto druga!iju organizaciju jata /o+gena nego drugi ki!menjaci, uklju!ujui i druge
redove gmizavaca. Kod Zuamata, jata /o+ gena su znatno vea, pre svega zbog
poveanja intergenski) regiona i introna #Di*oi i sar., 1(. :akoe, za razliku od
drugi) ki!menjaka koji oko /o+gena imaju vrlo malo mobilni) elemenata #videti deo
.(, u jatima JoQ gena gutera i zmija nalaze se brojni mobilni geneti!ki elementi
#;3>, 9;3>, D3K transpozoni(.7tipi!na struktura jata /o+ gena kod Zuamata,
posebno prisustvo mobilni) elemenata, ukazuje da je to najverovatniji razlog za
uo!ene promene na!ina regulacije /o+ gena, koje se u najdrasti!nijem vidu
ispoljavaju kod zmija. Detaljnije analize e pokazati da li je veliko prisustvo mobilni)
geneti!ki) elemenata dovelo do epigeneti!ke modi-ikacije gena u /o+jatima zmija.
Gbog evoluciono mali) promena u )omeoblokovima i u pozicijama unutar
grupa, na osnovu /o+ gena mogue su i -ilogenetske analize velikog broja kola
Metazoa. 3aravno, prilikom ovi) analiza ne treba zaboraviti da velika
konzervativnost nukleotidni) nizova ne mora obavezno zna!iti i da je nji)ov e-ekat na
razvie ostao tokom evolucije nepromenjen. Drugim re!ima, regulatorna uloga
pojedini) /o+ gena kod savremeni) organizama ne mora u potpunosti odgovarati
onoj koju su oni imali kod daleki) predaka ti) taksona. 3a primer, poznato je da se
/o+a7 i /o+d7 geni sekvencijalno aktiviraju tokom razvia udova ki!menjaka,
meutim, ti geni ne samo da su ortologni sa #d( genom drozo-ile, ve i sa egl3
genom nematode Caenorha#ditis elegans :o naravno zna!i da su ti geni nastalidalekopre nego to su se pojavili udovi.
Gna!aj /o+gena, za razvie i evoluciju ki!menjaka, uo!en je i preko prisustva
jednogbroja tzv. atavisti!ki) osobina koje su nastajale posle gubitka nekog od gena sa
)omeoblokovima. 3a primer, gubitak #ili naruavanje -unkcije(/o+a=gena dovodi
kod mieva do trans-ormacije drugog luka drela u kopiju prvog luka. Mutantni -etusi
zbog toga nemaju uni stremen #stapes(i stiloidne kosti koje se -ormiraju iz drugog
luka, ali, zato, imaju viak drugi) kostijuF !ekia #malleus(, nakovnja #incus(,timpani!ne i skvamozne kosti. Kod takvi) embriona mieva se, takoe, uo!avaju
%
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
41/89
tapiaste )rskavice koje se spajaju u tzv. alis-enoidne elemente, !iji je zadnji kraj u
kontaktu sa nakovnjem koji je u viku. Ganimljivo je da ovakve -ormacije ne postoje
ni kod jednog sisara, ali se sli!ne strukture javljaju kod gmizavaca #postoji
)omologija sa tzv. pterigokvadratnom )rskavicom gmizavaca(.
Eedan od rezultata analize velikog broja genoma savremeni) organizama jeste
i "detroniziranje" ce-alo)ordata #npr. am-ioksus( kao sestrinske grupe vertebrata
#2anestro i sar., '(. estrinskom grupom )ordata danasse smatraju uro)ordate #u
koje ulaze ascidije i larvace(. 0va napomena je bila vana jergrupisanje u jata /o+
gena postoji kod ce-alo)ordata i vertebrata, to zna!i da je takav raspored /o+gena
imao i poslednji zajedni!ki predak svi) ivotinja sa bilateranom simetrijom tela.
+ro)ordate, koje su se kasnije od ce-alo)ordata odvojile od evolucione linije koja je
vodila prema savremenim )ordatama, meutim, nemaju /o+gene u jatima vesu oni
raspreni u dve ili vie grupa. 3a primer, ascidija Cionaintestinalisima % /o+gena
koji se nalaze na pet razli!iti) pozicija u genomu, a kod jedne larvace, Oikopleura
dioica, svaki od % /o+gena nalazi se na drugom mestu u genomu. Arupisanje /o+
gena u jata je vano za, kako smo ranije rekli, temporalnu kolinearnost, koja je
prisutna kod ce-alo)ordata i vertebrata, a retinoi!na kiselina predstavlja glavni
regulatortemporalne kolinearnosti. Arupa larvace je jedina meu uro)ordatama koja
kod adulta odrava telesni sklop )ordata, ali kod nje ne postoje geni neop)odni za
-unkcionisanje retinoi!nog sistema temporalne regulacije razvia. oto je kod
ce-alo)ordata prisutan sistem temporalne regulacije /o+ gena pomou retinoi!ne
kiseline, to zna!i da su larvace sekundarno izgubile ovaj sistem regulacije, i da one
koriste neki alternativni na!in regulacije /o+gena. Ganimljivo je takoe da ascidije,
druga grupa uro)ordata, poseduju elemente retinoi!nog sistema, ali ga ne koriste u
regulaciji /o+ gena, ve, verovatno, za -unkcije, kao to su regeneracija tkiva i
aseksualno razmnoavanje.3ajverovatniji razlog odsustva retinoi!nog sistema regulacije kod uro)ordata
jeste odsustvo organizacije /o+gena u jata. ostavljena je )ipoteza prema kojoj je
snana selekcija za brzo razvie i kratak ivotni ciklus#kod Odioicageneracija traje
samo 1 dana( istovremeno dovela do smanjenja genoma i do pojave tzv.
determinativnog rasta #na!in razvia kod kog je sudbina elija odreena u vrlo ranim
-azama embrogeneze(, to je smanjilo zavisnost koordinisane embriogeneze od
ekstraelijski) signala poput retinoi!ne kiseline #2anestro i sar., '(. oto je svakosmanjenje genoma obi!no praeno brojnim rearanmanima )romozoma, jata /o+
/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
42/89
gena su razbacana po genomima uro)ordata, to je, opet, dovelo do gubljenja neki)
me)anizama kontrole nji)ove ekspresije.
lika/.&.manjenjegenoma imor-ologija.+ro)ordate imajudeterminativan na!in razvia imale genome u kojima odsustvuje temporalna kolinearnost u ekspresiji /o+ gena. Koduro)ordata, takoe,odsustvuje i sistem zaD3Kmetilaciju #videtipoglavlje.6././(.remaF2anestroisar.#'(.
3eke analize )omologije izmeu /o+ gena kod Metazoa #
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
43/89
3.0.0.Postanak!#o%,-!&a)#nasa'o+#1%oko!+a
oslednji) godina, pored jata /o+ gena, otkrivene su jo dve grupe gena sa
)omeoblokovima koje su zna!ajne za razvie ivotinja #Aarcia*?ernandez, H(.
rvu grupu !ini tzv. paraJoQ jato koje je nastalo, kao i JoQ jato, duplikacijom
preda!kog protoJoQ jata vrlo rano u evoluciji metazoa. +drugu grupu spada tzv.3Kjato #ime je dobijeno po prvim slovima prezimena nau!nika koji su ga otkrili B
3iremberga i Kima(, srodno kako JoQ tako i paraJoQ jatu. Kod neki) evolucioni)
linija sva tri jata nalaze se u istim regionima genoma jedno uz drugo, kao to je,
najverovatnije, bilo u ranim -azama evolucije metazoa #slika /.%(. 0va tri jata gena sa
/1
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
44/89
)omeoblokovima Aarsija*?ernandez naziva "mega jato" #!esto se naziva joi 73:
klasom gena sa )omeoblokovima prema prvootkrivenom )omeoti!nom mutantu kod
drozo-ile *'antennapediaI(
lika /.%. >volucija megajata odigravala se kroz seriju tandemski) duplikacija #premaFAracia*?ernandez,H(.
>kspresija ove tri srodne grupe gena sa )omeoblokovima povezana je, izgleda,
sa pojavom i evolucijom tri embrionska klicina lista. /o+geni se ispoljavaju u svim
klicinim listovima, ali preteno u ektodermu.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
45/89
organima endodermskog porekla, a &>geni u organima mezodermskog porekla. JoQ
jato se kod voni) muica i vertebrata naj!ee ispoljava u ektodermskim i
neuroektodermskim tkivima, a analiza eksresije ovi) gena kod am-ioksusa ukazuje da
je osnovna -unkcija JoQ jata kod )ordata bila vezana za -ormatiranje neuroektoderma,
i to kako centralnog nervnog sistema tako i peri-ernog nervnog sistema. Kodam-ioksusa,
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
46/89
grupu /, centralnu grupu #2(i posteriornu grupu #(. Mada se postanak /o+gena jo
uvek ne moe rekonstruisati sa veom sigurnou, veruje se da je poslednji zajedni!ki
predak protostoma i deuterostoma mogao imati jedno jato sa '*% gena #slika /.1(.
0vo jato se zatim povealo kod )ordata do 16 !lanova. otpune duplikacije jata, sa
gubitkom pojedini) gena, dovele su do pojave /% gena rasporeeni) u 6 jata, koji se
danasvidi kod sisara, i do 16 jata kod koljoriba.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
47/89
lika/.1.>volucijaJoQjatakodmetazoa.trelicamasuozna!enepojavezna!ajni)osobinametazoa#premaFAarcia*?ernandez,H(.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
48/89
protostome i deuterostome. Kod )ordata ovo jato nije vie kompaktno ve je
razdeljeno na tri grupe.
3.3.Mo7,%a(nao()an!*a-!&a(a*!$a!#o%,-!&at#%#sn!'sk%o2oa
;majui u vidu da je individualno razvie vieelijski) organizama sloeno i sa
vrlo usklaenim procesima, postavlja se pitanje kako su bile mogue razli!ite
modi-ikacije pojedini) delova organizama, a da se pri tome ne ugroze pret)odno
dostignuta stanja drugi) delova. Do takvi) modi-ikacija je dolazilo zato to se
individualno razvie odvija kroz interakcije manjeg ili veeg broja relativno stabilni)
modula. 0rganizmi su "konstruisani" od jedinica koje su relativno ko)erentne unutar
sebe, a opet su delovi vei) jedinica. Pelije su delovi tkiva, koji su, opet, delovi
organa koji !ine organske sisteme i, kona!no, organizam u celini. >volucija
geneti!ki) me)anizama koji kontroliu individuaciju razli!iti) delova tela, poput
transkripcioni) -aktora sa )omeoblokovima i modularne organizacije cis*regulatorni)
elemenata #o tome smo detaljno govorili u delu .6.1(, omoguila je relativnu
nezavisnost procesa razvia ti) delova tela. 3a taj na!in, na primer, prednji udovi
ki!menjaka mogli su kod ptica evoluirati u krila, dok su zadnji udovi zadrali -unkciju
u )odanju. =azdvajanje me)anizama kontrole razvia udova kod ki!menjaka
omoguavalo je, opet, da se na prednjim udovima pojavi perje, a na zadnjim zadre
krljuti. Dakle, modularnaorgani!aciara!vi"aomoguava razli!itim delovima tela
da se menjaju, a da se, pri tome, ne ugroavaju druge telesne -unkcije.
Moda najspektakularnija ilustracija izre!enog predstavlja eksperiment sa
vonom muicom, u kome su, ubacivnjem jednog gena #eyeless( iz
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
49/89
lika/.11.=azvieo!ijukodvonemuice. a.3ormalmamuica sao!ima.b.Muicabezo!ijunastalaeyelessmutacijom#genjeizaQ-amilijegenasa)omeoblokovima(.c.Muicesao!imanaantenamaid.krilima#premaF2arrollisar.,1(.
Klju! za razumevanje na!ina kako
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
50/89
jednog introna #7dac)i i sar., /(. + tim nizovima se nalazi poja!ava! sa
elemenata, !ija je prose!na duina oko 1 kb, koji kontroliu speci-i!ni obrazac
prostorne ekspresije
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
51/89
lika /.1.0rganizacijapoja!ava!a kod gena za rodopsin i
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
52/89
telesnog sklopa #predstavljaju suenja u opsegu evolucioni) promena(, ali se -aze i
pre i posle tog stupnja mogu u veem stepenu menjati tokom evolucije. Kod
1% 0slanjajui se na embriologe svog vremena, pre svi) -on $era, Darvin je zastupao to gledite. Kadasu u pitanju ki!menjaci, -on $er je ukazivao na nji)ovu veliku sli!nost tokom perioda organogeneze i
divergenciju u zavrim -azama razvia. ?on $erovi konzervisani embrionski stupnjevi danas se !estonazivaju -ilotipskim stupnjevima. 3aime, uobi!ajena de-inicija -ilotipski) stupnjeva je da su tostupnjevi koji imaju najvei broj konzervisani) mor-oloki) karakteristika u odnosu naspecijalizovane karakteristikeI #=ic)ardson, 1%%%, str. 6(. $iogenetski zakon >. Jekela takoe jegovorio o "terminalnoj adicijiI, odnosno da do mor-oloki) promena tokom evolucije dolazi preteno
putem dodavanja novi) karakteristika na konzervisane preda!ke embrionske stunjeve.
Easno je, naravno, da konzervisanost bilo kog stupnja ontogenije ne treba apsolutizovati. ;ako sli!neu osnovnim strukturama, -aze razvia razli!iti) grupa, unutar istog bazi!nog telesnog sklopa, mogu serazlikovati u veoj ili manjoj meri.
/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
53/89
ki!menjaka, na primer, -ilotipskim stupnjem se smatra -aza razvia pod imenom
-aringula u kojoj se prvi put uo!avaju osnovne karakteristike svi) ki!menjaka, kao to
su noto)orda i dorzalno postavljen nervni sistem. Ganimljivo je da razli!ite grupe
ki!menjaka tokom embriogeneze dostiu stupanj -aringule na razli!ite na!ine B ribe,
gmizavci i ptice nakon razli!iti) oblika meroblasti!nog brazdanja, vodozemci posle
radijalnog )oloblasti!nog brazdanja, a sisari nakon stvaranja blastocista, )oriona i
amniona.
Klju! za razumevanje kako prirodna selekcija moe usloviti divergenciju
mor-oloki) osobina kod vrsta koje poseduju sli!an ili identi!an geneti!ki osnovni
alat, lei u modularnosti razvia. Da bismo ovo razumeli moramo razjasniti ta
podrazumevamo pod iskazom da je neka osobina pod "delovanjem prirodne
selekcije". rema =i!ardsonu #=ic)ardson, 1%%%( to moe da zna!i dve stvari. 3a
nivou potpuno -ormirani) adultni)-enotipova to podrazumeva da su, na primer, ljiljci
koji lete naje-ikasniji lovci i zbog toga su kod nji)ovi) davni) predaka prednji udovi
trans-ormisani u krila. 3a drugom nivou, to zapravo zna!i da je prirodna selekcija
delovala na gene #genotipove(koji kontroliu -ormiranje prednji) udova. =i!ardson je
ovo ilustrovao na primerima razvia prednji) i zadnji) udova kod ljiljaka i ptice
neleta!ice B kivija. Delovanjem prirodne selekcije na adultne -enotipove, prednji
udovi ljiljaka su izdueni, a kod kivija su redukovani #slika /.1/(. Meutim, na!in
kako su selektovani -enotipovi evoluirali ostvaren je putem promena u genima koji
kontroliu razvie udova u prvim -azama nji)ovog razvia. rednji udovi kod ljiljaka
nisu postali izdueni posle raanja, veje nji)ovo razvie krenulo ranije nego to je
uobi!ajeno za druge ki!menjake, tako da tek roeni ljljci imaju mnogo due prednje
udove od zadnji). 3a istom stupnju embrionskog razvia, kivi, meutim, ima mnogo
manje zametke prednji) udova, a vee zametke zadnji) udova, iako je kod veine
ptica i sisara na tom stupnju razvia slika obrnuta. Dakle, iako prirodna selekcijadeluje na adultnumor-ologiju, evolucija adaptivni) -enotipova se postie promenama
u parametrima ranogem#rionskogra!vi"a. +ovom slu!aju za!eci prednji) udova se
ponaaju kao razli!iti moduli.
/'
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
54/89
lika/.1/.ojavaprednji)udova tokom razviakodkivija #gore( i ljiljaka #dole(.remaF=ic)ardson#1%%%(.
7ko prirodna selekcija moe da deluje na vrlo rane stupnjeve razvia, zato su
onda embrioni razli!iti) ki!menjaka, da se zadrimo samo na toj grupi organizama,
toliko sli!ni, i zato se razlike pojavljuju u relativno kasnim -azama razviaO
=i!ardson nudi dva mogua objanjenja. rvo, u brojnim studijama embriolozi su
pokazali da postoji manji ili vei vremenski pomak izmeu #eksperimentalno(
izazvane promene u geneti!kim me)anizmima kontrole razvia i njene -enotipske
ekspresije. Drugo, pokazano je, takoe, da se !ak i vrlo male promene u ranim -azama
razvia mogu viestruko ampli-icirati tako da se u kasnim -azama ispoljavaju kao vrlo
velike razlike u mor-ologiji.oto je razvie modularno, razli!iti tipovi promena u ekspresiji gena mogu
dovesti do pojave novi) -enotipova kod polno zreli) jedinki. 0vde emo u najkraim
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
55/89
crtama neto rei o !etiri tipa promena ekspresije gena tokom razviaF 1.
)etero)roniji, . )eterotopiji, /. )eterometriji i 6. )eterotipiji. Jetero)ronija,
)eterotopija i )eterometrija menjaju oblike razli!iti) -enotipski) osobina putem
promena u cis*regulatornim elementima #pre svega poja!ava!a(gena tokom razvia, a
)eterotipija se odnosi na promene trans*regulatora.
3.3.1.4#t#(o'(on!&a
Jetero)ronija predstavlja promenu u vremenu po!etka, kraja i brzini procesa
razvia odreeni) mor-oloki) osobina potomaka u odnosu na pretke. =azli!iti tipovi
)etero)ronije se mogu de-inisati prema tome kada se, u odnosu na neki stupanj
razvia #obi!no polno zrele jedinke(, odreena veli!ina ili oblik razvijaju kod
/&
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
56/89
potomaka, a kada kod predaka. Mi se na ovom mestu neemo uputati u analizu uloge
razli!iti) tipova )etero)ronije u oblikovanju adultni) -enotipova.
?ormiranje udova kod ljiljaka i kivija predstavlja primere )etero)roni!ni)
promena. Jetero)ronija udova je, ina!e, !esta kod ki!menjaka5 kod torbara, na
primer, prednji udovi se tokom embriogeneze razvijaju bre nego kod placentalni)
sisara B dui prednji udovi omoguuju embrionima torbara da se !vre dre u
maj!inoj torbi. Kod neki) zmija, ciklusi segmentacije su za oko !etiri puta bri tokom
-ormiranja rebara nego kod srodni) grupa #neke vrste zmija imaju i do H rebara(.
Do danas je izneto mnogo )ipoteza o ")etero)roni!nom poreklu" mnogi)
biljni) i ivotinjski) grupa, koje se svrstavaju u razli!ite taksonomske kategorije B od
podvrste do kola. 3a primer, postoje tvrdnje da je )eterosporija #stvaranje dva tipa
spora( kod biljaka inicirana ranijim po!etkom gameto-itne generacije )omosporni)
biljaka. Kao primer )etero)ronije uzimaju se i sukulentne biljke5 smatra se da je
sukulentnost #lat. succulentus B bogat sokom( kod kaktusa evoluirala putem
usporavanja razvia tkiva u nadzemnim organima.
:okom procesa adaptacija organizama na varijabilne uslove ivotne sredine,
posebno su zna!ajne )etero)roni!ne promene koje uti!u na na!in ukrtanja jedinki u
okviru populacija. =ecimo, dobro je poznato da razli!ite biljne vrste stvaraju dva tipa
cvetovaF )azmogame #koji se otvaraju(i kleistogame #koji se ne otvaraju i kod koji)
se ostvaruje samoopraivanje(. Kleistogamija #kao karakteristika date vrste ili kao
-enotipska plasti!nost kod mnogi) biljaka(najverovatnije nastaje kao odgovorbiljaka
na ivotnu sredinu u kojoj su polinatori odsutni, ili vrlo retki #smatra se da sami
polinatori nisu uzrok pojave kleistogamije, veodreeni uslovi ivotne sredine koji su
nepogodni za polinatore B na primer, smanjenje intenziteta svetlosti(. Kod biljke
Collomia grandiflora #olemoniaceae( je, na primer, pokazano da su promene u
veli!ini i obliku pranika, koje karakteriu kleistogame cvetove, posledica smanjenjastope elijske deobe u kriti!nom momentu razvia cveta. oto je )azmogamija
-ilogenetski stariji oblik cveta, )etero)roni!ne promene omoguavaju biljkama
sticanje alternativni) na!ina ukrtanja koji, !ak i pod vrlo nepovoljnim uslovima
ivotne sredine, obezbeuju razmnoavanje.
rimerkombinacije )etero)roni!ni) i ne)etero)roni!ni) promena postoji kod
morski) jeeva. 0snovni sled dogaaja, tj. -ormi, tokom individualnog razvia kod
morski) jeeva jeF zigot larva pluteusjuvenilni oblik adult. Mada se
/%
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
57/89
juvenilni i adultni oblici morski) jeeva /eliocidaristu#erculatai /erythrogramma
prakti!no ne razlikuju, razlike se uo!avaju kod larve pluteus. 9arveno razvie kod /
erythrogramma traje vrlo kratko #svega dva dana(, pri !emu se pluteus ne )rani i
izgleda sasvim druga!ije od larve /tu#erculatakoja se )rani i traje nekoliko nedelja.
=aniji po!etak #i jednako trajanje( juvenilne -aze dovodi do izomor-izma adultni)
oblika ove dve vrste morski) jeeva. matra se, meutim, da razli!ite larvene
mor-ologije nisu rezultat )etero)ronije, ve dodavanja novi) elemenata u geneti!ki
program predaka #c)lic)ting i igliucci, 1%%&(.
Aeneti!ki me)anizmi koji kontroliu )etero)roni!ne promene, mogu se
podeliti u dve grupe #=a--i CraL, 1%&%(B u prvoj grupi ovi me)anizmi su direktno
uklju!eni u vremensku kontrolu procesa razvia, a drugoj nisu. Meu me)anizmima
koji direktno uti!u na vreme po!etka odreeni) procesa tokom razvia, nalaze se
kasna ekspresija duplirani) gena i promene u vremenu po!etka mitoza, usled !ega se
produavaju odreene -aza razvia. Drugi oblici )etero)ronija mogu se, meutim,
ostvariti delecijama gena koji su aktivni tokom rani) -aza razvia ili ranijom
aktivacijom gena koji karakteriu adultni period razvia. rimeri me)anizama koji ne
uti!u direktno na vremensko ispoljavanje razli!iti) osobina, uklju!uju odsustvo veza
izmeu lezda koje stvaraju )ormone, i tkiva koja reaguju na te )ormone #ili, u nekim
slu!ajevima, nereagovanje odreeni) tkiva na )ormonski stimulans(.
3.3.0.4#t#(oto2!&a
ostoje dve koncepcije )eterotopije #Gelditc), (. rema prvoj, koja isti!e
mor-oloke rezultate razvia date osobine, )eterotopija je promena mesta, tj.
"rearanmani" delova tela. + medicini, kada se govori o abnormalnom poloaju
razli!iti) delova tela, ova koncepcija ima poseban zna!aj. Koncepcija )eterotopije kao
procesa, meutim, uklju!uje evolucione promene u poloaju ili prostornom
oblikovanju osobina tokom razvia. :e promene se mogu odnositi na mesto gde se
obavljaju induktivne interakcije ili na pozicionu in-ormaciju, ali, isto tako, i na
promene u prostornoj raspodeli mor-ogenetski) signala ili polja. 3a primer, promene
u pozicionoj in-ormaciji desile su se tokom evolucije u mor-ologiji udova sisara, koje
su uticale ne samo na to gde e se nalaziti udovi, vei koji tip udova e biti razvijen.
Ga razliku od )etero)ronije, koja predstavlja promene u brzini i vremenu #na
drugi na!in nepromenjene(ontogenije, )eterotopija uvek podrazumeva vee ili manjepromene preda!ki) ontogenija. Jeterotopijom mogu nastati inovacije5 na primer,
6
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
58/89
promena mesta polja rasta moe dovesti samo do izmena u proporcijama pojedini)
kostiju. $udui da )eterotopija moe usloviti veoma velike promene u na!inu razvia
osobina, smatra se da takvi) dogaaja nije bilo mnogo tokom evolucije ivotinja.
;zgleda, meutim, da je evolucija biljaka bila obeleena zna!ajnijim u!eem
)eterotopije #
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
59/89
lika /.16.+logagena$M6 i njegovog in)ibitoraGremlina u obrazovanjuopni izmeupristijuplovki#premaFAilberti>pel%(.
:okom razvia udova kod svi) embriona ki!menjaka, izmeu prstiju postoji
mrea vezivnog tkiva i koe. Kod kokoaka #isto je i kod ljudi(elije koje ulaze u
sastav te mree doivljavaju tokom embriogeneze apoptozu pod delovanjem
61
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
60/89
parakrinog -aktora $M6 #engl. #onemorphogeneneticprotein 6(, tako da se pilii
izleu bez opni na zadnjim nogama #slika /.16(. lovke, meutim, imaju izmeu
prstiju na nogama opne #to je o!igledna adaptacija za plivanje(, uprkostome to se i
kod nji) (mp6gen ispoljava tokom razvia prstiju. Do apoptoze elija izmeu prstiju
plovki ne dolazi zbog prisustva in)ibitora (mp6 gena. :o je protein gremlin koji
stvara istoimeni gen. 0vo je primer)eterotopije zato to se i kod kokoaka ispoljava
Gremlingen, ali ne na istom mestu kao kod plovki. Kod kokoaka #i ljudi(gremlin
gen se ispoljava oko )rskavi!avi) skeletni) elemenata prstiju, ali ne i u mrestoj opni
izmeu prstiju kao kod plovki.
3.3.3.4#t#(o+#t(!&a
Jeterometrija predstavlja promenu u koli!ini proizvoda gena. Jeterometrijske
promene se mogu ilustrovati na primeru evolucije kljuna kod zeba sa Aalapagoski)
ostrva #"Darvinove zebe"(.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
61/89
lika /.1H. >volucija oblika kljuna kod Darvinovi) zeba. a. =azvie kljuna kodpticajetrodimenzionalnastrukturakojasemoemenjatidusve triose.b.Modelmogueevolucijeoblika kljuna kod !etiri vrste Darvinovi) zeba zasnovan na interakciji CaM i(mp6 gena
#premaFCagnerisar.,'(.
Darvinove zebe se meusobno razlikuju po nizu osobina #boji perja, veli!ini
tela, razli!ito se ponaaju, itd(. Meutim, najizrazitije razlike ogledaju se u veli!ini i
obliku kljuna, posebno kod vrsta koje naseljavaju isto ostrvo. 0blik i veli!ina kljuna
su u visokoj korelaciji sa na!inom is)rane ti) ptica. :ako, na primer, simpatri!ke vrste
roda Geospi!a, koje naseljavaju nie predele na ostrvu i )rane se semenkama, imaju
6
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
62/89
veoma razli!ite kljunove5 G magnirostris ima masivan i snaan kljun a )rani se
krupnim i !vrstim semenkama, Gfortis, koja za is)ranu koristi sitnije semenke, ima
neto manji kljun, dok su kod vrsta koje se )rane semenkama, polenom i nektarom iz
kaktusovog cveta #Gscandens i G conirostris( kljunovi izdueni i manje snani
#slika /.1H(. Mor-ometrijske analize su pokazala da evolucija razli!iti) oblika
kljunova zavisi od tri osobineF duine, visine i irine kljuna. rema rezultatima
molekularno bioloki) analiza, tri osobine kljuna kontroliu dva razli!ita gena B
kalmodulinski gen CaMi(mp6gen #7bz)anov i sar., (.
Kod svi) ptica, (mp6 gen, pored pomenute uloge u razviu opni izmeu
prstiju, uklju!en je i u kontrolu deobe elija u kljunu i od njega zavise brojne species*
speci-i!ne razlike u obliku kljunova #kao na primer oblici kljunova kokoaka i
plovki(. >kspresija (mp6 u mezen)imu embriona zeba sa snanim kljunovima #G
magnirostris i Gfortis( po!inje ranije i znatno je intenzivnija nego kod para zeba
koje se )rane na kaktusima. 0vakav obrazac ekspresije poklapao se sa irinom i
visinom kljuna kod sve !etiri vrste zeba #precizne analize su pokazale da po!etak i
nivo ekspresije ovog gena zavisi od poja!ava!a (mp6gena(.
Gebe !ija is)rana preteno zavisi od kaktusa #imaju duga!ke kljunove(
pokazuju vii nivo kalmodulina u embrionskim kljunovima od zeba koje se )rane
!vrstima semenkama. Da je duina kljuna stvarno uslovljena CaMgenom pokazali su
eksperimenti na kokokama B kada se eksperimentalno povea ekspresija ovog gena
kod embrionski) kljunova, izleeni pilii maju znatno due kljunove od uobi!ajeni).
oto oblik kljuna kod Darvinovi) zeba zavisi od koli!ine proizvoda (mp6 i
CaMgena tokom razvia kljuna, toje primer)eterometrije.
3.3.8.4#t#(ot!2!&a
Jeterotipija predstavlja promene razvia uzrokovane mutacijama u trans*regulatornim genima. Kod insekata, /o+geni imaju, pored brojni) -unkcija, i vanu
ulogu u odreivanju broja nogu. :ri para nogu savremeni) insekata nalazi se
isklju!ivo na toraksu. oto mnoge druge artropode imaju noge i na abdomenu,
smatra se da su i preci savremeni) insekata imali noge na tom delu tela. Da je to
stvarno moglo biti tako potvruju -osili neki) primitivni) insekata sa malim noicama
i na abdomenu. Dakle, tokom razvia savremeni) insekata spre!eno je -ormiranje
abdominalni) nogu.
6/
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
63/89
Kako je do toga dolo pokazali se eksperimenti na vonim muicama. Kod
veine artropoda, protein koji stvara 9#+gen #jedan od /o+gena(ne in)ibira Distal*
lessgen odgovoran za razvie abdominalni) nogu. Kod drozo-ile, meutim, mutacija
u 9#+genu, koja je dovela do pojave niza od desetak ponovaka aminokiseline alanina
na /Wkraju proteina, uzrokuje represiju Distal-lessgena.
matra se da je !ovek selektivnim ukrtanjima trans*regulatorni) mutanata
biljke teozinte stvorio savremeni kukuruz, @eamays. >-ekti mutacija tri razli!ita gena
#ozna!avaju se kao Tp1, Tp=, i Tp2(kod savremenog kukuruza veoma podseaju na
pretpostavljene pretke kukuruza. 3a primer, ove mutacije poveavaju broj
vegetativni) struktura, klipova i zaperaka, a smanjuju veli!inu listova, metlica i
duinu internodija. :akoe, one dovode do trans-ormacije reproduktivni) organa u
vegetativne delove kukuruza #tj. deluju kao )omeoti!ni geni(. Mutacije sva tri gena
menjaju -enotip putem produavanja ekspresije vegetativnog programa razvia i
tokom reproduktivne -aze.
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
64/89
lika/.1.Jeterotipijakodkukuruza.7.Klipsavremenogkukuruza.$.3ormalnacvatkodteozinte. 2. :eozinte sa Tga1 alelom iz kukuruza. D. Kukuruz sa Tga1 alelom iz teozinte#premaFAilberti>pel,%.
0d posebnog ekonomskog zna!aja je mutacija koja oslobaa zrna kukuruza od
pleve #slika /.1(, a vezuje se za gen Tga1 #engl. teosinteglume architecture( koji
oblikuje ar)itekturu pleve kod teozinte. 0vaj gen je transkripcioni -aktor aktivan
tokom razvia cvata #"klipa"( biljke. Kada se kukuruzov Tga1 eksprimira u biljci
66
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
65/89
teozinte, razvijaju se zrna sli!na kukuruzu i obrnuto #slika /.1(. Ganimljivo je da
samo jedna aminokiselinska zamena u Tga1 genu #na poziciji zamenjen lizin sa
asparaginom( proizvodi opisani e-ekat #penica i pirina! imaju teozinsku varijantu
Tga1gena(.
3.8.Onto)#n#tskao)(an!#n&a!#o%,-!&a
Kako smo mogli videti iz pret)odni) razmatranja, tokom evolucije na razli!ite
na!ine su se menjali programi razvia uzrokovani brojnim promenama u geneti!koj
razvojnoj maineriji. Dakle, evoluciju ontogenetski) putanja moemo posmatrati kao
rezultat promena gena !ije interakcije lee u osnovi sistema razvia. Meutim,
evoluciona biologija razvia bavi se i obrnutim smerom pitanja B koliko i na koji
na!in razvie uti!e na evolucijuO
Eedno od konkretni) pitanja koje u tom smislu moemo postaviti jeste zato se
sve ivotinje na osnovu telesni) sklopova svrstavaju u svega tridesetak grupa #kojima
se daje rang kola ili -iluma(, iako vrlo lako moemo zamisliti ivotinje sa telesnim
sklopovima koji uopte ne postojeO ;li, zato ne postoje terestri!ni ki!menjaci sa est,
osam ili vie nogu, ve svi imaju samo !etiri #!esto se zbog toga objedinjuju u
nezvani!nu grupu "tetrapoda"(, izuzimajui taksone kod koji) je dolo do
sekundarnog gubljenja noguO ;li, zato je kod terestri!ni) artropoda situacija potpuno
obrnutaO
3ajvaniji koncept na kom se zasnivaju odgovori na ovakva pitanja jeste
ontogenetskoograniAene. Ga veinu savremeni) evolucioni) biologa najpri)vatljivija
de-inicija ontogenetski) ograni!enja jeste sklonost #engl. #ias( ka stvaranju neki)
varijanti -enotipova ili postavljanje granica -enotipskoj varijabilnosti, koju uzrokuje
struktura, karakter, kompozicija ili dinamika sistema razviaI #MaLnard Bmit) i sar.,1%&(. Auld i 9uontin navode da je #auplBne#"plan gradnje"(organizama ograni!en
Snji)ovimT -ileti!kim nasleem, obrascima razvia i optom ar)itekturom" #Aould i
9e8ontin, 1%'%(. Dakle, uspostavljeni sistemi razvia, oli!eni u ograni!enom broju
interakcija izmeu molekula i izmeu modula organizma, mogu ograni!avati smer i
opseg evolucioni) promena, na due ili krae staze.
ostoji i druga!ije, danasne sasvim pri)vaeno, objanjenje za ograni!en broj
telesni) sklopova kod savremeni) i izumrli) organizama. 3aime, prema stavu kojegmoemo ozna!iti kao "panselekcionisti!ki", od date -ileti!ke polazne ta!ke nove
6H
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
66/89
strukture potencijalno mogu nastajati u bilo kom smeru, a prirodna selekcija je ta koja
odreuje koji e oblici postati prevalentni1. ;ako se sporovi oko relativnog zna!aja
"unutranji)" #razvie( naspram "spoljanji)" #selektivni)( usmeravajui) -aktora
vode i danas, tj. ulaze u red "ve!ni) meta-ora" u evolucionoj biologiji #. E. Aould,1%''(, prakti!no nema savremeni) biologa koji e odsustvo brojni) mogui)
-enotipski) -ormi pripisati isklju!ivo nji)ovoj maladaptivnosti, i zanemariti ono to
podrazumevamo pod ontogenetskim ograni!enjima. Drugim re!ima, iako prirodna
selekcija svakako ima ulogu u eliminaciji #ili -iksaciji(novi) struktura, iz svega to
danas znamo o molekularnoj biologiji procesa razvia, jasno je da preda!ki sistemi
zasigurno nameu granice postanka i evolucije mogui) -enotipski) -ormi. Moe se
rei da "unutranja" organizacija i "spoljanji" e-ekti !esto, u ovom smislu, imaju
udrueno, sinergisti!ko dejstvo. 0vo, naravno, ne zna!i da nastanak novi) telesni)
sklopova i kvalitativno druga!iji) struktura nije #bio( mogu. 3a kraju krajeva,
raznovrsnost kakvu danasvidimo morala se -ormirati tokom evolucije ivog sveta #o
tome emo govoriti u poglavlju /.H(.
:radicionalna podela ontogenetski) ograni!enja procesa evolucije zasniva se
na tri kategorije B -izi!ka, mor-ogenetska i -ilogenetska ograni!enja.
F!*!ka !%! +#'an!ka o)(an!#n&a podrazumevaju da odnosi me)anike,
)idraulike, di-uzije i -izi!ke potpore izmeu razli!iti) telesni) delova i -unkcija zavise
od -izi!ki) zakona. 3a primer, opta graa insekata onemoguava evolucionu
trans-ormaciju, recimo, komarca u organizam veli!ine aviona. Gapravo, ako bi se
takva trans-ormacija i desila, ona bi bila toliko -izi!ki sveobu)vatna da se taj
organizam vie ne bi mogao smatrati insektom.
Mo(6o)#n#tska o)(an!#n&a zasnivaju se na "pravilima" mor-ogenetske
konstrukcije, tj. na!inima na koje se regulie di-erencijacija elija i tkiva, odnosno
razvie pojedini) delova tela. Ga)valjujui ovim pravilima, neki putevi modi-ikacije
1 7l-red =asel
7/18/2019 TRECI DEO mol i fenot evolucija.doc
67/89
-enotipova postaju znatno manje verovatni od drugi). 3a primer, iako su se udovi
ki!menjaka menjali na razli!ite na!ine tokom / miliona godina evolucije, neki
pravci promena nikada nisu uo!eni B recimo, srednji prst nikada nije krai od ostali)
prstiju.
?enotip vieelijskog organizma predstavljen je viedimenzionalnim
sklopovima razli!iti) elija, koje se, opet, mogu sagledati kao samo*organizujui
otvoreni sistemi !ije -unkcionisanje odreuje, pored nji)ovog genotipa, i sredina koju
!ine susedne elije, ali i sve iznad toga, tj. -iziologija !itavog organizma. toga, i
samo "upravljanje" di-erencijacijom elija tokom mor-ogeneze predstavlja
kompleksan sistem raznovrsni) interakcija. o!evi od regionalne determinacie
elija na samom po!etku razvia #pre di-erencijacije(, kada po!iciona vrednost u
embrionu zapo!inje e-ekat aktiviranja pojedini) gena, dalje "ponaanje" elija postaje
u odreenoj meri usmereno, tj. ograni!ava im se skup mogui) puteva za dalje
razvie. =aspored i koli!ina molekula koje kerke elije dobijaju u mitozi #npr. u
asimetri!noj deobi( predstavljaju bitne determinante koje e odrediti obrazac
ekspresije gena i dalju sudbinu elijske linije u embrionu. 3akon po!etne
speci-ikacije, elijska proli-eracija dovodi do poveanja veli!ine embriona, a -inije
oblikovanje inicijalnog obrasca objanjava se, izmeu ostalog, serijom lokalni)
indukcija. 0dma) po obrazovanju dva tipa elija, jedna od nji) moe proizvesti neki
signalni -aktor koji e usloviti da podgrupa susedni) elija razvije neku posebnu
karakteristiku. ignalni molekul tog treeg tipa elija delovae na sledei podskup,
stvarajui !etvrti, peti, i sledee nivoe tipova elija. 0vaj na!in stvaranja progresivno
sloenijeg obrasca naziva se sekvencial
Recommended