logo

Hvem har et firekammerhjerte?

Hvem har et firekammerhjerte?

Strengt tatt er det firekammerhjerte som det er bare hos fugler og pattedyr, inkludert mennesker. Dette skyldes delingen av sirkulasjonssystemet til disse dyrene i to sirkler med blodsirkulasjon. Den store blodsirkulasjonen gir blod direkte til kroppens organer, mens den lille sirkelen tjener til å mette blodet med oksygen i lungene. I krokodiller hjerte betinget quad, fordi selv om den har en avdeling av hjerte på de to ventriklene og to forkamre, er separeringen ikke er fullstendig og den krokodille, om nødvendig, kan sendes til arterien venøse rik på karbondioksid, blod - denne mulighet bidrar krokodiller spalting ved å stimulere magesyre. Enda mer konvensjonelt kan firekammeret betraktes som hjerte av fisk, som i tillegg til atrium og ventrikel har to små kamre - venøs sinus og aortakegle.

Krokodilhjerte med fire kammer.

Krokodiller er det eneste reptilet som har et slikt hjerte.

Forresten, de har et lite hull i septum mellom magen og blodet blander seg ganske ofte. Det er derfor krokodiller kan holde seg under vann i lang tid.

De sier også at frosker har et firekammerhjerte, men det ser ut til at dette ikke har blitt bevist (jeg vet ikke nøyaktig).

Det firekammerhjerte har slike levende vesener på jorden som: En normal person, en krokodille, fugler, pattedyr, et firekammerhjerte har: et venstre atrium og en ventrikel, et høyre atrium og en ventrikel.

I hjertefisk er de tokammeret, i amfibier og i de fleste reptiler, trekamre, men bare fugler og pattedyr har firekammerhjerter. Det eneste reptilet som har et hjerte med 4 kameraer er en krokodille. Men det er litt dårligere i det, siden atriene ikke er helt adskilt av et interatrielt septum.

Froskene har trekammerede hjerter, men det er to flere separate divisjoner i dem, så det er bare betinget at man kan vurdere at disse amfibiske kamrene bare har tre.

Det antas at de aller første firekammerhjerne dukket opp ved tidens begynnelse i dinosaurer, og da gikk denne egenskapen i løpet av evolusjonen videre til sine direkte etterkommere.

Mannen, som er et pattedyr, har også et firekammerhjerte.

De fire kammerhjerte er i fugler og pattedyr, inkludert mennesker.

Krokodilens reptil (reptil) har også et slikt hjerte, men dette er betinget, siden atriene har en melding mellom dem.

De fire kamrene er to atria, adskilt av en atrialseptum, og to ventrikler, også adskilt av en septum (interventrikulær)

Atriene kommuniserer med ventrikler med åpninger der det er en ventil på hver side (til høyre er det tre blader, til venstre - to - det kalles også mitralventilen).

Den venstre halvdelen inneholder arterielt blod, det høyre venet. Ingen melding. Faktisk har fosteret et hull i det interatriale septumet, som normalt vokser ved fødselen eller på livets første mål. Hvis dette ikke skjer, utvikler en hjertefeil.

Merkelig som det kan høres, har en person et firekammerhjerte.

Fugler har samme hjerte - for eksempel har en due et hjerte slik.

Som allerede nevnt har krokodillen blitt de lykkelige eierne av denne viktige kroppen.

Faktisk, uansett hva hjertet av noen - det viktigste som det slår og virker.

Hjertets hjerte består av høyre atrium, høyre ventrikel, venstre atrium og venstre ventrikel. Fugler og pattedyr (inkludert mennesker) har slike hjerter.

Reptilene har et trekammerhjerte, men en av deres representanter, krokodillen, har allerede et firekammerhjerte (selv om den interatriale septum fortsatt ikke helt adskiller atriumet).

Generelt er det fire kammerhjerte, hos fugler og pattedyr, inkludert mennesker. Det 4-kammerhjerte inkluderer venstre atrium og ventrikel og høyre atrium og ventrikel. Den eneste amfibie med et 4-kammerhjerte er krokodillen.

Først av alt, selvfølgelig, er vi med deg, det vil si, folk har et 4-kammerhjerte. Også 4-kammer hjerte har fugler, pattedyr, reptiler. Strukturen i hjertet av alle disse individene er svært lik.

Hos mennesker, krokodiller, alle dyr er pattedyrsklasse og mange flere.

Hvem har et firekammerhjerte?

Krokodilhjerte med fire kammer.

Krokodiller er det eneste reptilet som har et slikt hjerte.

Forresten, de har et lite hull i septum mellom magen og blodet blander seg ganske ofte. Det er derfor krokodiller kan holde seg under vann i lang tid.

De sier også at frosker har et firekammerhjerte, men det ser ut til at dette ikke har blitt bevist (jeg vet ikke nøyaktig).

Strengt tatt er det firekammerhjerte som det er bare hos fugler og pattedyr, inkludert mennesker. Dette skyldes delingen av sirkulasjonssystemet til disse dyrene i to sirkler med blodsirkulasjon. Den store blodsirkulasjonen gir blod direkte til kroppens organer, mens den lille sirkelen tjener til å mette blodet med oksygen i lungene. I krokodiller hjerte betinget quad, fordi selv om den har en avdeling av hjerte på de to ventriklene og to forkamre, er separeringen ikke er fullstendig og den krokodille, om nødvendig, kan sendes til arterien venøse rik på karbondioksid, blod - denne mulighet bidrar krokodiller spalting ved å stimulere magesyre. Enda mer konvensjonelt kan firekammeret betraktes som hjerte av fisk, som i tillegg til atrium og ventrikel har to små kamre - venøs sinus og aortakegle.

Gen og dannelsen av et firekammerhjerte

Biologer har oppdaget et gen, forandringer som førte til en evolusjonær overgang fra et trekammerhjerte i amfibier og reptiler til et firekammer i fugler og dyr, som vil bidra til å rase hvordan de ble varmblodige. Firekammerhjerte av fugler, pattedyr og krokodiller, delt inn i to halvdeler, tillater to sirkler med blodsirkulasjon å eksistere, henholdsvis "betjener" lungene og organismen som helhet. Som et resultat, blander ikke arterielt og venøst ​​blod, som i trekammerhjerte av amfibier, og kroppen er mye bedre forsynt med oksygen.

Blant reptilene er det forskjellige varianter av "design" av hjertet. Spesielt har skilpadden i ventrikelen i deres trekammerhjerte et septum, som imidlertid ikke skiller dem helt. "Hjertet av reptiler har vært gjenstand for uenighet - om den har et enkelt ventrikkel eller to ventriklene, skilt ikke til slutten", - forfatterne av studien, et team av forskere fra USA skrev, Canada og Japan under ledelse av Katsuk Koshiba-Takeushi (Kazuko Koshiba-Takeuchi) fra University of California i san francisco

De gjennomførte en sammenlignende studie krasnouhih skilpadder (trachemys scripta elegans), og iguaner - krasnogorlyh anoles (Anolis carolinensis) i form av genetiske faktorer knyttet til utvikling av hjertet i embryonale stadier. Resultatene viste at av skilpadder og iguaner på den første etappen Tbx5 gen vises i all fremtid ventrikkel overflaten, men i de senere stadier av skilpadder dette genet er bare på venstre halvdel. I pattedyr og fugler er dette genet nøyaktig assosiert med dannelsen av venstre ventrikel.

Dette betyr at Tbx5-genet i utviklingsprosessen gradvis begynner å danne strukturen i et firekammerhjerte. For å bekrefte denne hypotesen utførte forskere et eksperiment på mus som hadde Tbx5-genet slått av. Som et resultat forsvant partisjonen mellom ventrikkene i mus, et trekammerhjerte, lik hjerte av reptiler, ble dannet.

Hvem har et kammer med et kammer, tokammer, trekammer, firekammerhjerte?

Amfibier og reptiler har allerede to sirkler med blodsirkulasjon og deres hjerte er trekammeret (interatrialseptum fremstår). Den eneste moderne reptilen som har en underverdig (den interatriale septum skiller seg ikke helt fra atriene), men allerede er det firekammerhjerte en krokodille. Det antas at for første gang det firekammerhjerte dukket opp i dinosaurer og primitive pattedyr. I fremtiden arve de direkte etterkommerne til dinosaurer - fugler og etterkommere av primitive pattedyr - moderne pattedyr arvet denne strukturen i hjertet.

Hjertet av alle akkordater har nødvendigvis en hjertepose (perikardium), ventilapparat. Hjertene av bløtdyr kan også ha ventiler, har et perikardium, som i magesvampene dekker tarmens tarm. I insekter og andre leddyr kan organene i sirkulasjonssystemet i form av peristaltiske utvidelser av de store karene kalles hjerter. I akkordater er hjertet et uparget organ. I mollusker og leddyr kan mengden variere. Begrepet "hjerte" gjelder ikke for ormer osv.
[rediger] Hjertet av pattedyr og fugler

Den molekylære mekanismen for transformasjon av et trekammerhjerte inn i et firekammerhjerte er dechifrert.

Utseendet på det firekammerhjerte hos fugler og pattedyr var den viktigste evolusjonære begivenheten, takket være disse dyrene kunne bli varmblodige. En detaljert studie av hjerte utvikling i embryo øgler og skilpadder og sammenligne den med de tilgjengelige data om amfibier, fugler og pattedyr har vist at en nøkkelrolle i omformingen av en tre-kammer hjerte quad spilt endringer i regelverket Tbx5 gen som fungerer i én knopp utgangspunktet ventrikkel. Hvis Tbx5 er uttrykkelig (fungerer) jevnt i hele bakterien, er hjertet trekammeret, hvis det bare er på venstre side - firekammeret.

Fremveksten av vertebrater på land var knyttet til utviklingen av lungeskade, noe som krevde en radikal restrukturering av sirkulasjonssystemet. I fiskpustende gyllene, en sirkel av blodsirkulasjon, og henholdsvis hjertet, tokammeret (består av ett atrium og ett ventrikel). I terrestriske vertebrater finnes det et tre- eller firekammerhjerte og to sirkler med blodsirkulasjon. En av dem (liten) driver blod gjennom lungene, hvor den er mettet med oksygen; så vender blodet tilbake til hjertet og går inn i venstre atrium. Den store sirkelen leder oksygenrikt (arterielt) blod til alle andre organer, der det gir opp oksygen og vender tilbake til hjertet gjennom venene til høyre atrium.

Hos dyr med trekammerhjerte går blod fra begge atriene inn i en enkelt ventrikel, hvorfra den reiser til lungene og til alle andre organer. Samtidig blandes arterielt blod i varierende grad med venøst ​​blod. Hos dyr med et hjerte med fire kammer under embryonisk utvikling deles enkelt ventrikkelen opprinnelig med en septum i venstre og høyre halvdel. Som et resultat er de to sirkulasjonscirkulasjonene helt skilt: venet blod går bare inn i høyre ventrikel og går derfra til lungene, arterielt blod går bare til venstre ventrikel og går derfra til alle andre organer.

Dannelsen av et hjerte med fire kammer og fullstendig adskillelse av blodsirkulasjonssirklene var en nødvendig forutsetning for utvikling av varmblodighet hos pattedyr og fugler. Vevene fra varmblodige dyr bruker mye oksygen, så de trenger "rent" arterielt blod, som er maksimalt mettet med oksygen, og ikke blandet arterielt venøst ​​blod, hvilke kaldblodige vertebrater med et trekammerat er fornøyd med (se: Phylogenesis of circulatory chordus).

Et trekammerhjerte er karakteristisk for amfibier og de fleste reptiler, selv om sistnevnte har en delvis separasjon av ventrikkelen i to deler (en ufullstendig intraventrikulær septum utvikler seg). Nåværende firekammerhjerte utviklet seg selvstendig i tre evolusjonære linjer: i krokodiller, fugler og pattedyr. Dette betraktes som et av de mest fremtredende eksemplene på konvergent (eller parallell) evolusjon (se: Aromorphoses og parallell evolusjon; Parallelism og homologisk variabilitet).

En stor gruppe forskere fra USA, Canada og Japan, som publiserte sine resultater i det siste utgaven av tidsskriftet Nature, satte rede på å finne ut den molekylære genetiske grunnlaget for denne viktige aromorfosen.

Forfatterne studerte detaljert utviklingen av hjertet i to reptilembryoer - den røde urteskildpadden Trachemys scripta og anoly-firbenet (Anolis carolinensis). Reptiler (unntatt krokodiller) er spesielt interessert i å løse problemet, siden strukturen av deres hjerte på mange måter er mellomliggende mellom typiske trekammer (for eksempel amfibier) og ekte firekammer, som krokodiller, fugler og dyr. I mellomtiden, ifølge artikkens forfattere, har ingen i 100 år studert den embryonale utviklingen av reptilhjertet alvorlig.

Studier utført på andre vertebrater har fortsatt ikke gitt et bestemt svar på spørsmålet om hvilke genetiske endringer som forårsaket dannelsen av et kammer i hjertet i løpet av evolusjonen. Det ble imidlertid bemerket at Tbx5 regulator-genet, kodende protein, en transkripsjonsregulator (se transkripsjonsfaktorer), virker annerledes (uttrykt) i utviklingshjerte i amfibier og varmblodede. I det førstnevnte uttrykkes det jevnt i fremtidens ventrikel. I sistnevnte er uttrykket maksimalt i venstre del av anlage, hvorfra venstre ventrikel dannes senere, og minimalt til høyre. Det ble også funnet at en reduksjon i Tbx5-aktivitet fører til defekter i utviklingen av septum mellom ventrikkene. Disse fakta tillot forfatterne å foreslå at endringer i Tbx5-genaktiviteten kunne spille en rolle i utviklingen av firekammerhjerte.

Under utviklingen av hjertet av en firfirsle, utvikler en muskelrulle i ventrikkelen, delvis separerer ventrikulær utløp fra hovedhulen. Denne rullen ble tolket av noen forfattere som en struktur homolog med den intergastriske partisjonen av vertebrater med et firekammerhjerte. Forfatterne av artikkelen som diskuteres, på grunnlag av å studere veksten av rullen og dens fine struktur, avviser denne tolkningen. De legger merke til det faktum at den samme puten vises kort i løpet av utviklingen av hjertet av et kyllingembryo - sammen med den virkelige septum.

Dataene som er oppnådd av forfatterne, indikerer at ingen strukturer som er homologe med dagens intervensjonsseptum, synes å danne seg i firbenet. Skildpadden, derimot, danner en ufullstendig partisjon (sammen med en mindre utviklet muskelrulle). Dannelsen av denne partisjonen i skilpadden begynner mye senere enn i kyllingen. Likevel viser det seg at hjertet av en firfirsle er mer "primitivt" enn en turtle. Turtle hjertet er mellomliggende mellom typiske tre-chambered (som amfibier og firben) og fire-chambered, som krokodiller og varmblodige. Dette er i strid med allment aksepterte ideer om utvikling og klassifisering av reptiler. På grunnlag av turtles anatomiske egenskaper ble det tradisjonelt ansett som den mest primitive (basale) gruppen blant moderne reptiler. Imidlertid pekte en sammenlignende analyse av DNA utført av en rekke forskere gjentakende om gangen til turtlene til archosaurs (en gruppe krokodiller, dinosaurer og fugler) og en mer grunnleggende posisjon av skumle (øgler og slanger). Hjertets struktur bekrefter denne nye evolusjonære ordningen (se figur).

Forfatterne studerte uttrykket av flere reguleringsgener i det utviklende hjertet av en skilpadde og øgle, inkludert Tbx5-genet. Hos fugler og pattedyr, allerede i svært tidlige stadier av embryogenese, dannes en skarp gradient av ekspresjon av dette genet i ventrikulærknoppen (uttrykket faller raskt fra venstre til høyre). Det viste seg at i de tidlige stadier av firbenet og skilpadden uttrykkes Tbx5-genet på samme måte som i frosken, det vil si jevnt i fremtidens ventrikel. I en firben, fortsetter denne situasjonen til slutten av embryogenesen, og i de sene stadiene av skilpadden dannes en ekspresjonsgradient - i det vesentlige den samme som i kyllingen, men bare mindre uttalt. Med andre ord, i den høyre delen av ventrikkelen, reduseres genaktiviteten gradvis, mens den i venstre del forblir høy. Således, ifølge uttrykksmønsteret til Tbx5-genet, opptar skildpadden også en mellomliggende posisjon mellom firbenet og kyllingen.

Det er kjent at proteinet kodet av Tbx5 genet er regulatorisk - det regulerer aktiviteten til mange andre gener. På grunnlag av dataene som ble oppnådd, var det naturlig å anta at utviklingen av ventriklene og tabellen i interventrikulær septum styres av Tbx5-genet. Det har tidligere blitt vist at en reduksjon i Tbx5-aktivitet i musembryoer fører til defekter i utviklingen av ventriklene. Dette var imidlertid ikke nok til å vurdere den "ledende" rollen som Tbx5 i dannelsen av et firekammerhjerte.

For mer overbevisende bevis brukte forfatterne flere linjer av genetisk modifiserte mus, hvor under TBx5-genet kunne Tbx5-genet bli slått av i en eller annen del av hjertekimen på forespørsel fra eksperimentet.

Det viste seg at hvis du slår av genet i hele ventrikulærknoppen, begynner bakterien ikke en gang å dele seg i to halvdeler: en enkelt ventrikel utvikler seg uten spor av interventrikulær septum. Karakteristiske morfologiske egenskaper ved hvilke høyre hjertekammer kan skilles fra venstre, uavhengig av tilstedeværelsen av en septum, blir heller ikke dannet. Med andre ord oppnås musembryoner med et trekammerhjerte! Slike embryoer dør på den 12. dagen med embryonisk utvikling.

Det neste eksperimentet var at Tbx5-genet ble slått av bare på høyre side av ventrikulærknoppen. Dermed ble konsentrasjonsgradienten av det regulatoriske protein kodet av dette genet skarpt forskjøvet til venstre. I prinsippet var det mulig å forvente at i en slik situasjon vil inngrepsseptum begynne å danne mer til venstre enn det burde være. Men dette skjedde ikke: partisjonen begynte ikke å danne seg, men det var en deling av rudimentet i venstre og høyre del etter andre morfologiske egenskaper. Dette betyr at gradienten av Tbx5-uttrykket ikke er den eneste faktoren som styrer utviklingen av firekammerhjerte.

I et annet forsøk lyktes forfatterne å sikre at Tbx5-genet ble jevnt uttrykt gjennom kimen til musembryoens ventrikler, omtrent det samme som i en frosk eller firfirsle. Dette førte igjen til utviklingen av musembryoer med et trekammerhjerte.

De oppnådde resultatene viser at endringer i arbeidet til det Tbx5 regulerende genet faktisk kunne spille en viktig rolle i utviklingen av hjertekammeret, og disse endringene skjedde parallelt og uavhengig i pattedyr og archaurs (krokodiller og fugler). Dermed bekreftet studien igjen at endringer i aktiviteten av gener - regulatorer av individuell utvikling spiller en nøkkelrolle i utviklingen av dyr.

Selvfølgelig ville det være enda mer interessant å designe slike genmodifiserte øgler eller skilpadder, hvor Tbx5 ville uttrykke som hos mus og kyllinger, det vil si på venstre side av ventrikkelen sterkt, og på høyre side er det svakt, og se om det ikke gjør det hjertet mer som et firekammer. Men dette er fortsatt ikke teknisk mulig: reptilgenetikk har ikke utviklet seg så langt.

Hvem har et firekammerhjerte

I fisk er hjertet tokammer, består av ett atrium og ett ventrikel. En sirkel av blodsirkulasjon: Venøst ​​blod fra hjertet går til gjellene, der det blir arterielt, går til alle organer i kroppen, blir venøst ​​og vender tilbake til hjertet.

I amfibier (frosker og newter) er hjertet trekammeret og består av en ventrikel og to atria. To sirkler med blodsirkulasjon:

  • Stor sirkel: Fra ventrikel blandet blod går til alle organer i kroppen, blir venøst, går tilbake til høyre atrium.
  • Liten sirkel: Fra ventrikkelen går det blandede blodet til lungene, blir arterielt, vender tilbake til venstreatrium.
  • Fra atria blod går inn i ventrikkelen, det blandes opp.
Tre kamre (manifestasjon av pulmonal sirkel av blodsirkulasjon) bidro til amfibier.

I reptiler (øgler, slanger, skilpadder) er sirkulasjonssystemet det samme som i amfibier, en ufullstendig septum opptrer i ventrikkelen, som delvis skiller blod: lungene får det mest venøse blodet, hjernen er mest arterielle og alle andre organer blandes. Krokodiller har et hjerte med fire kammer, blodblanding skjer i arteriene.

I pattedyr og fugler er sirkulasjonssystemet det samme som hos mennesker.

tester

26-01. Fire kammerhjerte
A) alligator
B) skilpadder
C) slanger
D) øgler

2.26. Hos dyr, hvilken systematisk gruppe har et tokammerhjerte?
A) insekter
B) Flatworms
C) amfibier
D) Fisk

3.26. Hvilket tegn karakteriserer sirkulasjonssystemet i fisk?
A) hjertet er fylt bare med venøst ​​blod
B) det er to sirkler med blodsirkulasjon.
C) trekammerhjerte
D) transformasjonen av arterielt blod inn i venøs forekommer i ryggraden blodkar

4.26. Dannelsen av amfibier i utviklingen av et trekammerhjerte førte til det faktum at kroppene i kroppen begynte å bli forsynt med blod.
A) venøs
B) arteriell
B) blandet
D) rik på oksygen

5.26. Fremveksten av trekammeret i amfibier bidro
A) deres landfall
B) Åndedrettsvern
B) øke kroppens størrelse
D) utvikling av larver i vann

26-06. Har representanter for hvilke av de ovennevnte klassene av akkordater en blodsirkulasjon?
A) fugler
B) fisk
C) pattedyr
D) reptiler

7.26. I utviklingsprosessen førte utseendet til en andre sirkel av blodsirkulasjon i dyr til fremveksten
A) puste pusten
B) lungebeskyttelse
B) trakeal puste
D) åndedrett i hele kroppen

8.26. Er dommene om fiskens sirkulasjonssystem riktig?
1. Fisken har et tokammerhjerte, det inneholder venøst ​​blod.
2. I fiskens gjær blir venøst ​​blod beriket med oksygen og omdannet til arterielt blod.
A) bare 1 er sant
B) bare 2 er sant
C) begge dommene er sanne
D) begge dommer er feil

9,26. Er dommene om sirkulasjonssystemet av amfibier riktig?
1. Hjertet av amfibier består av to kamre.
2. Venøst ​​blod fra organer og vev samles inn i blodårene og går inn i høyre atrium, og deretter inn i ventrikkelen.
A) bare 1 er sant
B) bare 2 er sant
C) begge dommene er sanne
D) begge dommer er feil

Hvilke dyr har et trekammerhjerte

Som et resultat av evolusjon ble alle organer av levende vesener forbedret, inkludert sirkulasjonssystemet. Hjertet er hovedorganet i systemet som er ansvarlig for blodstrømmen gjennom blodkarene.

De enkleste skapninger og organismer har ikke dette organet. Det mest primitive hjertet opptrer i ormhormesormer, som er representert av bare en ventrikel. Tokammeret utvikler for første gang i fisk og lamellat-podning.

Utseendet til et trekammerhjerte ble tilrettelagt av fremveksten av skapninger på land. Den har mye flere fordeler enn de forrige, men fortsatt ikke perfekt. Orgelet består av en ventrikel og to atria. I tillegg har dyr med trekammerhjerte 2 sirkler rundt blodsirkulasjonen.

Hvem er eieren av et trekammerhjerte?

  • amfibier eller amfibier (frosker, padder, frosker, salamandere);
  • reptiler (slanger, skilpadder, øgler, krokodiller).

Vi bør også vurdere strukturen til krokodilhjerte. Ventilens septum er hul og danner dermed et firekammerhjerte. Men siden det er et hull i senteret i partisjonen, er krokodilens hjerte ikke et fullt firekammer, som i fugler, pattedyr og mennesker.

Hvordan trekammerets hjerte ble fire-kammer

Fremveksten av vertebrater på land var knyttet til utviklingen av lungeskade, noe som krevde en radikal restrukturering av sirkulasjonssystemet. I fiskpustende gyllene, en sirkel av blodsirkulasjon, og henholdsvis hjertet, tokammeret (består av ett atrium og ett ventrikel). I terrestriske vertebrater finnes det et tre- eller firekammerhjerte og to sirkler med blodsirkulasjon. En av dem (liten) driver blod gjennom lungene, der det er mettet med oksygen. Da vender blodet tilbake til hjertet og går inn i venstre atrium. Den store sirkelen leder oksygenrikt (arterielt) blod til alle andre organer, der det gir opp oksygen og vender tilbake til hjertet gjennom venene til høyre atrium.

Hos dyr med trekammerhjerte går blod fra begge atriene inn i en enkelt ventrikel, hvorfra den reiser til lungene og til alle andre organer. Samtidig blandes arterielt blod med venøst ​​blod. Hos dyr med et hjerte med fire kammer, i løpet av utviklingen, er en enkelt ventrikel opprinnelig delt av en septum i venstre og høyre halvdel. Som et resultat er de to sirkler av blodsirkulasjon helt separert: oksygenfattig blod går fra høyre atrium inn i høyre ventrikel og går derfra til lungene, mettet med oksygen fra venstre atrium bare inn i venstre ventrikel og går derfra til alle andre organer.

Dannelsen av et firekammerhjerte var en nødvendig forutsetning for utvikling av varmblodighet hos pattedyr og fugler. Varmblodige vev forbruker mye oksygen, så de trenger "rent" arterielt blod, den mest mettede med oksygen. Et blandet arterielt venøs blod kan være tilfredsstilt med kaldblodige vertebrater med et trekammerhjerte. Et trekammerhjerte er karakteristisk for amfibier og de fleste reptiler, selv om sistnevnte har en delvis separasjon av ventrikkelen i to deler (en ufullstendig intra ventrikulær septum utvikler seg). Nåværende firekammerhjerte utviklet seg selvstendig i tre evolusjonære linjer: i krokodiller, fugler og pattedyr. Dette er et levende eksempel på parallell evolusjon.

Biologer fra USA, Canada og Japan klarte å delvis dechifrere molekylære genetiske grunnlaget for denne store evolusjonære hendelsen (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Hovedrollen i den ble spilt av endringer i Tbx5-genet. Dette genet, som koder for et regulatorisk protein, uttrykkes annerledes i utviklingshjerte i amfibier (Xenopus spur-like frosk) og varmblodige (kylling og mus) hjerter. I det førstnevnte uttrykkes det jevnt i fremtidens ventrikel, i det siste er uttrykket maksimalt i venstre del av anlage (i fremre venstre ventrikel) og minimal til høyre. Og hva med reptiler?

Det ble funnet at i reptiler - øgler og skilpadder - i tidlige embryonale stadier, uttrykkes Tbx5 genet på samme måte som i en frosk, det vil si jevnt i fremtidens ventrikel. I firbenet er alt igjen til slutten av utviklingen. Som en frosk, danner øggen ikke noe som ligner en septum (i det minste delvis) mellom ventrikkene.

Når det gjelder skilpadden, dannes en ekspresjonsgradient i sine sentre stadier - det samme som i kyllingen, bare mindre uttalt. Med andre ord, i den høyre delen av ventrikkelen, reduseres genaktiviteten gradvis, mens den i venstre del forblir høy. På grunn av Tbx5-uttrykkets natur er skildpadden mellom hagedornet og kyllingen. Det samme kan sies om hjertets struktur. Skildpadden danner en ufullstendig partisjon mellom ventriklene, men i senere stadier enn i kyllingen. Hjertet av skilpadden er mellomliggende mellom det typiske trekammeret (som i amfibier og firben) og firekammer, som i krokodiller og varmblodige.

For å bekrefte hovedrollen til Tbx5-genet i evolusjonen av hjertet ble eksperimenter utført med modifiserte mus. I disse musene var det mulig på forespørsel fra eksperimentøren å slå av Tbx5-genet i en eller annen del av hjertekimen. Det viste seg at hvis du slår av genet i hele ventrikulærknoppen, begynner bakterien ikke en gang å dele seg i to halvdeler: en enkelt ventrikel utvikler seg uten det spor av septum. Få musembryoer med et trekammerhjerte! Slike embryoer dør på den 12. dagen med embryonisk utvikling.

I et annet forsøk lyktes forfatterne å sikre at Tbx5-genet blir jevnt uttrykt i hele kimen av musembryoens ventrikler - akkurat som i frosken og firbenet. Dette førte igjen til utviklingen av musembryoer med et trekammerhjerte.

Selvfølgelig ville det være enda mer interessant å konstruere slike genetisk modifiserte øgler eller skilpadder, hvor Tbx5 ville uttrykke som hos mus og kyllinger, dvs. sterkt i venstre side av ventrikkelen, svakt i høyre side, og se om fra dette hjertet er mer som et firekammer. Men dette er ennå ikke mulig: reptilgenetikk har ikke utviklet seg så langt.

Det er klart at evolusjonen for å skape en varmblodighet og alt som gir denne transformasjonen (hjerte, sirkulasjonssystem, integument, utskillingssystem, etc.) brukte enkle verktøy: jo mindre innstillinger som trengs, jo bedre. Og hvis et trekammerhjerte kan omdannes til et firekammer i ett trinn, er det ingen grunn til ikke å dra nytte av det.

Gen duplisering

MULTIFUNKSJONS GENER - GRUNNLEGGET FOR EVOLUTISK INNOVASJON.

Tanken om at gen duplisering er den viktigste kilden til evolusjonære innovasjoner ble uttrykt så tidlig som 1930-tallet av en fremragende biolog John Haldane (Haldane, 1933). I dag er det ingen tvil om det. Ideen er enkel. Utseendet av en "ekstra" kopi av et gen i genomet åpner frihet for evolusjonerende eksperimenter. Mutasjoner som forekommer i en av de to kopiene og svekker den opprinnelige funksjonen til genet vil ikke bli eliminert ved valg, fordi det er en andre kopi som fortsatt har samme funksjonalitet. Utvelgelse eliminerer bare de mutasjonene som reduserer kroppens kondisjon, og for dette er det nødvendig at begge kopiene av genet blir spoilt på en gang. Derfor vil en av kopiene sannsynligvis forbli mer eller mindre uendret, mens den andre vil begynne å frigjøre tilfeldige mutasjoner fritt. Mest sannsynlig vil denne skiftende kopien bli håpløst ødelagt eller helt tapt. Det er imidlertid en sjanse for at noen mutasjoner vil legge til en ny, nyttig egenskap til en skiftende kopi. Det er nok at denne egenskapen først ble uttrykt i den minste grad. Utvalget vil "gripe" den fordel som har oppstått, og vil begynne å optimalisere genet for den nye funksjonen.

Denne måten å utvikle innovasjon kalles neofunksjonalisering. En av kopiene av det doble gen forblir under virkningen av rensingsvalget, endres ikke og beholder den gamle funksjonen, mens den andre kopien oppnår en ny. Selvfølgelig vil den nye funksjonen i de fleste tilfeller være relatert til den opprinnelige: det vil være en viss variasjon på det gamle temaet (husk, vi snakket i kapittel 1 om overgangsproblemet fra en høyde av treningslandskapet til et annet?)

Det skjer ofte at et protein som er optimalisert ved valg for en enkelt funksjon, også kan utføre andre funksjoner som er sekundære eller helt unødvendige for kroppen med lav effektivitet, bare som en bivirkning. For eksempel kan de fleste enzymer spesialisert på arbeid med et enkelt substrat, virke litt med andre molekyler som ligner på hovedsubstratet. Man kan si om slike enzymer at de er pre-tilpasset til oppkjøpet av en ny funksjon. Hvis forholdene endres på en slik måte at denne tilleggsfunksjonen viser seg nyttig, kan proteinet spesialisere seg i det - forvandle sin hobby til en hovedoppgave (Conant, Wolfe, 2008). Videre vil det være spesielt enkelt å gjøre hvis proteinetet utilsiktet gjennomgår en duplisering. Faktisk, i dette tilfellet kan en av kopiene av genet beholde den gamle spesialiseringen, og den andre kan optimaliseres for å utføre den nye funksjonen. Dette kalles subfunctionalization, eller bare adskillelse av funksjoner.

Vel, hvis proteinets hovedfunksjon fortsatt er nyttig, er tilleggsfunksjonen ("hobby") også nyttig, og separasjonen av funksjoner oppstår ikke fordi genet ikke dupliseres? I dette tilfellet vil valget optimalisere proteinet for å utføre begge funksjonene samtidig. Dette er det vanligste: mange gener utfører faktisk ikke en, men flere nyttige funksjoner i kroppen (for enkelhet, vi snakker om saken når det er to funksjoner). Dette genet er i en tilstand av adaptiv konflikt. Hvis det oppstår en mutasjon i den som forbedrer ytelsen til en av funksjonene, vil den bare være nyttig hvis den andre funksjonen ikke lider av dette. Som et resultat representerer genet mellom de to retningene for optimalisering og dets struktur et kompromiss mellom motstridende utvalgskrav. Det er klart at i en slik situasjon kan ingen av de to funksjonene bringes til perfeksjon. For slike gener kan duplisering bli en "etterlengtet befrielse" fra intern konflikt. Hvis det multifunksjonsgenet blir endelig duplisert, vil de resulterende kopiene sannsynligvis dele opp funksjonene mellom seg og raskt optimaliseres i forskjellige retninger. Slike er mønsteret for å unngå adaptiv konflikt.

Klassiske eksempler på fremveksten av nye gener ved duplisering

Krystalliner er proteiner av øyets objektiv. Vannoppløselighet, åpenhet og stabilitet (lang "holdbarhet") - nesten de eneste obligatoriske kravene til utvelgelse av proteiner til krystallinske. Det er sannsynligvis av denne grunn at forskjellige typer krystalliner i dyr ble gjentatte ganger dannet fra det mest varierte "improviserte materialet". For eksempel oppstod deltakrystaller av fugler og reptiler ved duplisering og subfunksjonalisering fra enzymet argininosuccinat-lyase, tau-krystalliner fra enolase, SIII-krystalliner fra glutation-S-transferase, zeta-krystallinsk fra kinonoksydoreduktase. Noen krystalliner beholdt selv sin enzymatiske aktivitet: slike proteiner kan fungere som krystalliner i linsen, og i andre vev som enzymer eller kaperoner [70]. Således er epsilon-krystallinske hos fugler samtidig et enzym laktat dehydrogenase (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Gen duplikasjoner og subfunctionalization ofte frigjøre dem fra en slik kombinasjon. For eksempel kombinerer krystallinsk alfa-B krystallinske alfa-B i funksjonene i krystallinske og chaperone, mens i zebrafisken korresponderer de tilsvarende genene, med en kopi (alfa-B1) som fokuserer på den optiske funksjonen i det krystallinske objektivet, og det andre (alfa B2) på funksjonen av chaperonen i andre vev (Smith et al., 2006).

Spesielt ofte dannes krystalliner fra glykolysenzymer - en biokjemisk prosess hvor cellen lagrer energi, splitter glukose uten å bruke oksygen. Faktum er at i embryonisk utvikling dannes linsen fra celler som ikke er i stand til åndedrettsvern: disse cellene kan kun trekke ut energi ved glykolyse. Derfor er de rett og slett fylt med glykolytiske enzymer. Men naturlig utvalg er en stor opportunist og opportunist, han skaper tilpasninger ikke fra det som er bedre, men fra det som kommer først.

Ved å tiltrekke seg chaperoner for kristallinernes rolle, er logikken omtrent det samme - opportunistiske. Chaperoner er ansvarlige for stabiliteten i strukturen til andre proteiner og jevner effektene av stressfaktorer, det være seg mutasjoner eller temperaturvariasjoner. Linsen er formet i en viss forstand i "stressfulle" forhold (uten åndedrettsvern), og innholdet må være meget motstandsdyktig overfor stress: linsen må beholde gjennomsiktigheten og lysbrytningsegenskapene gjennom hele livets livstid under høye lysforhold uten hjelp fra utsiden, uten blodkar, uten nerver. Derfor er tilstedeværelsen av chaperoner i formingslinsen en tilpasning ganske logisk. Vel, siden de allerede er der, hva er ikke viktig for utviklingen av nye kristalliner?

Protein antifreezes av Antarktis fisk. Nototeny fisk er den mest varierte og massegruppen fisk i det kalde Antarktishavet. Suksessen med nototeny er forbundet med tilstedeværelsen i deres blod av fantastiske frostvæske proteiner. Disse proteinene forbinder de nærende iskrystallene, og lar dem ikke vokse, noe som gjør at de kan leve ved ekstremt lave temperaturer (saltvann fryser ved -1,9 ° C og blodet av vanlig havfisk ved -0,7... -0,1 ° C). Overraskende, antifreeze nototenyh avledet fra protein, hvis funksjon har ingenting å gjøre med beskyttelse mot frysing. Deres forfedre var trypsin, et enzym av bukspyttkjertelen som bryter ned proteiner i fordøyelseskanalen. Alle antifreeze-gener (det er flere av dem) er svært lik hverandre og tydeligvis oppstått ved suksessive duplikasjoner fra et enkelt forfødselsgen, som i sin tur ble dannet fra en duplikat av genet som koder for trypsinogen (proteinet hvorfra enzym trypsin blir produsert). Begynnelsen og slutten av frostvæskegenene forblir den samme som trypsingenet, og i midten var et repeterende (amplifisert) ni-nukleotidfragment fra midtdelen av trypsingenet som koder for tre aminosyrer: treonin-alanin-alanin. Dette repeterende aminosyremotivet danner ryggraden i frostvæskemolekylet. Dømme etter indikasjonene på molekylerklokke, duplisering av det opprinnelige trypsingenet og utseendet til den første frostvæsken skjedde for 5-14 millioner år siden. Dette sammenfaller med tiden for kraftig avkjøling i Antarktis (10-14 Ma), samt med utbruddet av rask adaptiv stråling av nototeniumfisk (Chen et al., 1997).

En representant for nototenia, den antarktiske tannfiskdissostichus mawsoni, oppdaget et proteinmellan mellom trypsinogen og typisk frostvæske: fragmenter av det opprinnelige trypsinogen forblir i det, som ble tapt av de gjenværende antifreezes. Dette proteinet er en ekte molekylær "overgangsform".

Noen arktiske fisk i løpet av tilpasning til livet i det isete vannet opptrådte også frostvæske proteiner, men andre. Antifreeze torsk ligner i sin struktur frostvæske nototenivyh, men har ingenting til felles med trypsinogen. Opprinnelsen til torsk frostvæske har ennå ikke blitt avklart, det er bare klart at det var et selvstendig oppkjøp. Andre arktiske fisk har sin egen unike frostvæske dannet fra andre proteiner - lektiner og apolipoproteiner (True, Carroll, 2002).

Utseendet til spesialisert ribonuklease (et enzym som bryter ned RNA) i aper som spiser på blader. I Kolobins - Old World-apekatter som spiser seg for å fordøye plantemat - har en spesiell del av magen utviklet seg, hvor symbiotiske bakterier fordøyer uspiselig dyremasse [71]. Apen selv foder faktisk på disse bakteriene, og i dem, som i noen raskt voksende bakteriepopulasjoner, er det mye RNA.

For å fordøye bakteriell RNA trenger kolobiner et enzym - RNase, som er i stand til å arbeide i et surt miljø. Forfedrene til kolobin hadde ikke noe slikt enzym. Men de, som alle aper, hadde en annen RNase (RNase1), som arbeider i et alkalisk medium og i stand til å spalte dobbeltstrenget RNA. Dette er en av mekanismene for antiviral beskyttelse, ikke relatert til fordøyelsen.

I forbindelse med overgangen til næring av symbiotiske bakterier har kolobin utviklet en ny RNase, RNase1B. Det produseres i bukspyttkjertelen og går inn i tynntarmen. I tarmene av colobins, i motsetning til andre apekatter, er miljøet surt og ikke alkalisk. Det nye enzymet fordøyer perfekt bakteriell RNA, men er ikke i stand til å nøytralisere dobbeltstrenget viralt RNA.

Rnase1B-genet oppsto som et resultat av duplisering av det opprinnelige RNase1-genet. Etter duplisering beholdt en av kopiene den gamle funksjonen, mens den andre fikk en ny. Samtidig ble den første kopien opptatt av et rensingsvalg, og det andre var positivt, noe som førte til konsolidering av ni betydelige erstatninger. Eksperimenter har vist at hver av disse ni substitusjonene reduserer effektiviteten ved å utføre den opprinnelige funksjonen - splitting av dobbeltstrenget RNA. Følgelig var duplisering nødvendig for utvikling av en ny funksjon: Hvis Kolobin ikke hadde en "reserve" kopi av genet som fortsatte å utføre den gamle funksjonen, ville utvalg nesten ikke kunne fikse disse ni mutasjonene (Zhang et al., 2002).

Melkproteiner av kakerlakken Diploptera punctata. Disse viviparous kakerlakkene gir sine unge avkom med spesielle proteiner som har oppstått ved duplisering og neofunksjonalisering fra lipokalin - ekstracellulære proteiner som er ansvarlige for transport av små hydrofobe molekyler (lipider, steroider, retinoider etc.). (Williford et al., 2004). Tilsynelatende, fra samme forfedre lipokalin i en annen kakerlakk, Leucophaea maderae, var det et afrodisiakelt protein, med hvilket hannene tiltrekker seg kvinner (Korchi et al., 1999).

Er det i praksis mulig å skille mellomfunksjonalisering fra å unngå adaptiv konflikt? I teorien bør det ikke være så vanskelig. I det første tilfellet blir en kopi av genet utsatt for rensing (negativ) valg og fortsetter å utføre den opprinnelige funksjonen, og den andre kopien blir utsatt for positivt utvalg. Vi diskuterte hvordan man skal bestemme hvilken type utvalg som ble utført på genet i kapittel 2. I andre tilfelle er begge eksemplarer utsatt for positivt utvalg, og effektiviteten i å utføre begge funksjonene øker.

For å teste slike teorier i praksis har biologer kun lært seg nylig. For eksempel, i 2008 brukte genetikk fra Duke University (USA) disse kriteriene til et duplisert enzymgen i ipomoea, et genus av planter fra familien convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzymet kalles dihydroflavonol-4-reduktase (DFR). Det gjenoppretter ulike flavonoider, som gjør dem til rød, lilla og blå anthocyanin pigmenter. Dette er den opprinnelige funksjonen til dette enzymet, som det utfører i nesten alle blomstrende planter. I tillegg katalyserer enzymet noen andre kjemiske reaksjoner, og hele spekteret av dets evner er ennå ikke fastslått.

I Ipomoea og flere av sine nære slektninger er DFR-genet tilstede i form av tre eksemplarer som ligger nær hverandre (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Andre genkonvolvater har bare en kopi. Alle convolvulaceae med triple DFR-gen danner en kappe, dvs. en gruppe som stammer fra en felles forfader og inkluderer alle sine etterkommere. Ved de første stadier av utviklingen av denne gruppen gjennomgikk genet to suksessive tandem duplikasjoner. Først oppsto to kopier, hvorav den ene ble DFR-B-genet, og det andre ble duplisert igjen og omgjort til DFR-A og DFR-C.

I forhold til forholdet mellom synonym og signifikante substitusjoner oppdaget forfatterne at etter det første dupliseringen var genet som senere deltok i DFR-A og DFR-C, påvirket av positivt utvalg. Det registrerte raskt signifikante substitusjoner, dvs. en adaptiv evolusjon fant sted. Når det gjelder DRF-B-genet, ser fikseringshastigheten av signifikante substitusjoner i det etter duplisering ikke ut. Dette virker som argumenterer for neofunksjonalisering, det vil si at DRF-B genet beholdt den opprinnelige funksjonen, og DFR-A og DFR-C kjøpte en ny. Det er imidlertid fortsatt tidlig å trekke konklusjoner på dette stadiet, fordi viktige adaptive endringer kan skyldes et svært lite antall betydelige substitusjoner. I prinsippet kan selv en enkelt aminosyresubstitusjon endre egenskapene til et protein.

For nøyaktig å avgjøre om den adaptive utviklingen av DFR-B-genet fant sted etter duplisering, var det nødvendig å eksperimentelt undersøke egenskapene til proteinet kodet av det. Dette er akkurat hva forfatterne har gjort. De studerte katalytisk aktivitet av DFR-A, DFR-B og DFR-C Ipomoea proteiner, samt den opprinnelige versjonen av DFR-proteinet fra andre fanger. Alle proteiner ble testet for evnen til å gjenopprette fem forskjellige substrater (stoffer fra gruppen av flavonoider).

Det viste seg at Ipomoea DFR-B protein virker effektivt med alle fem substrater. Det opprinnelige protein-DFR-systemet klare alle av dem mye verre. Endelig utviser DFR-A og DFR-C ingen katalytisk aktivitet overfor disse fem substratene i det hele tatt.

DFR-B-protein etter duplisering har dermed blitt bedre i stand til å takle sin hovedfunksjon - restaureringen av flavonoider - enn før duplisering. Og dette er til tross for det faktum at etter duplisering var det få meningsfulle substitusjoner. Som det viste seg, økte en enkelt erstatning i en nøkkelposisjon dramatisk effektiviteten av enzymet. Historien viste seg å være ganske detektiv.

Flertallet av blomstrende planter i posisjon 133 i DFR-proteinet er aminosyren asparagin (Asn133), som spiller en viktig rolle i "setting" av substratet av enzymet. DFR-proteiner med Asn133 regenererer effektivt flavonoider. Imidlertid ble denne meget viktige asparaginen erstattet av asparaginsyre (Asp133) i de fjerntliggende forfedrene til krypende kryp (i fellesfaderen til Passel-farge og Gentian). Dette har ført til en forringelse av enzymets "flavonoid" -funksjon. Hvorfor ble en slik skadelig mutasjon ikke vist ved valg? Åpenbart oppdaget DFR-proteinet i denne evolusjonære linjen (dvs. forfedrene til frøblomstringen og gentianen) en ny tilleggsfunksjon. Utvalget begynte å optimere proteinet i to retninger samtidig, og erstatning av asparagin med asparaginsyre i 133. plass var resultatet av et kompromiss - et direkte resultat av en adaptiv konflikt. Hva er denne tilleggsfunksjonen, dessverre, kunne ikke finne ut. Men forandringen skjedde i proteinområdet, som er ansvarlig for bindingen av substratet, noe som betyr at det er et spørsmål om å jobbe med noen nye substrat.

Siden da måtte de fleste av frøblomstene og gentianene være tilfreds med "kompromiss" -varianten av DFR-proteinet. Men blant forfedrene til Ipomoea doblet DFR-genet, det var en unik mulighet til å unnslippe fra den adaptive konflikten og å dele funksjoner mellom proteiner. Og forfedrene til Ipomoea savnet ikke denne muligheten. Etter duplisering gjenvunnet DFR-B protein asparagin i 133. posisjon. Dette økte dramatisk den katalytiske aktiviteten mot flavonoider. Effektiviteten til enzymet har igjen blitt høy, som i fjerne forfedre, der enzymet ennå ikke hadde en ekstra funksjon. Og for dette var en enkelt aminosyresubstitusjon nok (derfor viste analysen av forholdet mellom signifikante og synonyme substitusjoner ingen spor av positivt utvalg i DFR-B-genet).

Hva skjedde med DFR-A og DFR-C-gener? Tydeligvis forlot de helt den gamle funksjonen (jobbet med flavonoider) og viet seg til implementeringen av den nye. Hvis erstatning av asparagin med asparaginsyre var en kompromissløsning, som på en eller annen måte kombinerte begge funksjonene i samme protein, kan det antas at asparaginsyre i DFR-A og DFR-C erstattes av noe annet, men ikke asparagin. Dette er hva som skjedde. I forskjellige typer ipomei i DFR-A-protein er 133-stillingen okkupert av forskjellige aminosyrer, mens i DFR-C-protein er det alltid isoleucin, som frarater proteinet av dets evne til å arbeide med flavonoider.

Selv om det var et irriterende "hull" igjen i denne studien - det var ikke mulig å finne ut hva den nye funksjonen til DRF-proteiner er, men resultatene viser likevel at det var nettopp avviket fra den adaptive konflikten, og ikke en nyfunksjonalisering som fant sted. DRF-genet ble bifunksjonelt lenge før duplisering. Overlapningen gjorde det mulig å dele funksjonene mellom kopier, fjerne den adaptive konflikten og optimalisere hvert enkelt gen for å utføre en enkelt funksjon.

I slutten av artikkelen gjør forfatterne en viktig kommentar. De påpeker at i tilfelle avvik fra adaptiv konflikt, sammenlignet med neofunksjonalisering, er det en høyere sannsynlighet for å bevare "ekstra" kopier av genet etter duplisering. Tross alt, hvis et duplisert gen utførte to funksjoner, selv før duplisering, kan prosessen med separasjon av funksjoner initieres av mange forskjellige mutasjoner i en av to eksemplarer. Tilfeldige mutasjoner er mer sannsynlig å øke litt av en av de eksisterende funksjonene til et protein enn å skape en helt ny.

Fra disse stillingene er det lettere å forstå resultatene fra andre studier, inkludert data om to full-genom-duplikasjoner som skjedde i begynnelsen av utviklingen av vertebrater.

Encyclopedia of Medical Misforståelser

Dispelling populære misforståelser av en moderne person.

Hjertet

Noen mennesker tror at størrelsen på en persons hjerte kan bestemmes av størrelsen på sin knyttneve - de sier at de sammenfaller. Faktisk er hjertet mye større knyttneve.

Hvis vi måler med knyttneve, så blir størrelsen omtrent to og en halv knytnæve. Det tar hjertet om en tredjedel av brystet.

informasjon

For små organismer er det ikke noe problem med levering av næringsstoffer og fjerning av metabolske produkter fra kroppen (diffusjonshastigheten er tilstrekkelig). Men da størrelsen øker, er det et behov for å sikre kroppens stadig økende behov i prosessene for å skaffe energi og mat og fjerne forbruket. Som et resultat har primitive organismer allerede såkalte "hjerter", som gir de nødvendige funksjonene. Videre, som med alle homologe (lignende) organer, er det en nedgang i antall rom til to (hos mennesker, for eksempel to for hver sirkulasjon).

Paleontologiske funn tillater oss å si at primitive akkordater allerede har et slags hjerte. Imidlertid er en full kropp merket i fisk. Det er et tokammerhjerte, et ventilapparat og en hjertepose.

Amfibier og reptiler har allerede to sirkler med blodsirkulasjon og deres hjerte er trekammeret (interatrialseptum fremstår). Den eneste moderne reptilen som har en underverdig (den interatriale septum skiller seg ikke helt fra atriene), men allerede er det firekammerhjerte en krokodille. Det antas at for første gang det firekammerhjerte dukket opp i dinosaurer og primitive pattedyr. Deretter arvet de direkte etterkommerne av dinosaurer denne strukturen av hjertet - fugler og etterkommere av primitive pattedyr - disse er moderne pattedyr.

Hjertet av alle akkordater har nødvendigvis en hjertepose (perikardium), ventilapparat. Hjertene av bløtdyr kan også ha ventiler, har et perikardium, som i magesvampene dekker tarmens tarm. I insekter og andre leddyr kan organene i sirkulasjonssystemet i form av peristaltiske utvidelser av de store karene kalles hjerter. I akkordater er hjertet et uparget organ. I mollusker og leddyr kan mengden variere. Begrepet "hjerte" gjelder ikke for ormer osv.

Biologer har funnet ut hvordan hjertefeil er dannet hos mennesker

Biologer klarte å finne et nøkkelprotein som forvandler hjertet til et embryo fra et trekammer til et firekammer. Ifølge forskere vil deres oppdagelse hjelpe folk med å forhindre utvikling av mange hjerteavvik.

Hvorfor trenger en mann et hjerte med fire kammer

Kun i fugler og pattedyr, inkludert mennesker, består hjertet av fire kamre - venstre og høyre atrium, samt to ventrikler. En slik struktur gir separasjon av oksygenert arterielt og oksygenfattig venøst ​​blod. En strøm med venøst ​​blod sendes til lungene, og den andre - med arterielle forsyninger til hele kroppen. Fra et energisk synspunkt er sirkulasjonen så gunstig som mulig. Derfor, ifølge forskerne, takket være firekammerhjertet, lærte dyrene å opprettholde en konstant kroppstemperatur. Til forskjell fra varmblodig i kaldblodede, for eksempel amfibier, er hjertet trekammeret. Med reptiler er situasjonen mer komplisert. De er en spesiell gruppe. Faktum er at deres ventrikler er adskilt av en septum, men det er et hull i det. Som et firekammerhjerte, men ikke helt. En del mangler: en filmpartisjon som vil dekke inngripsåpningen og skape fullstendig isolasjon av venstre og høyre ventrikel. En slik filmpartisjon oppstod i fugler og pattedyr mye senere.

Hvordan partisjonen er dannet

Da denne partisjonen oppstod, oppdaget en stor gruppe amerikanske, kanadiske og japanske forskere, ledet av dr. Benoit G. Bruneau fra Gladstone-instituttet for hjerte-og karsykdommer. Forfatterne fant at partisjonen begynner å dannes dersom antall transkripsjonsfaktorer av Tbx5-proteiner, som binder DNA og utløser transkripsjon av gener som er ansvarlige for kardiomyocyt-syntese, er ujevnt fordelt i begge ventrikkene. Hvor antall Tbx5 begynner å synke, og partisjonen dannes.

Turtle and Lizard Heart

Dr. Bruno og hans kollegaer studerte utviklingen av hjertet i embryoer av den røde øde skilpadden (Trachemus scripa elegans) og Caroline Anolis firbenet (Anolis carolinensis). "Det var viktig for oss å se hvordan intervensjonsseptumet dannes i embryoer av denne og en annen art. I en skilpadde, hvor et firekammerhjerte bare begynner å formes, og i en firben med et trekammerhjerte, forklarer forskerne.

Det viste seg at Tbx5 protein er ujevnt fordelt i en skilpadde. Konsentrasjonen av dette proteinet redusert, om enn veldig gradvis, fra venstre til høyre side av ventrikkelen. Og i øgler var Tbx5-innholdet generelt det samme gjennom ventrikkelen, så det var ikke behov for utseende av en septum. "Basert på dette, bestemte vi oss for at forekomsten av interventrikulær septum er forbundet med forskjellige konsentrasjoner av Tbx5, sier forskere.

Mus med en kaldhjerte skilpadde

Forsøket var vellykket. Det var bare å forstå om konsentrasjonen av Tbx5 virkelig er årsaken, og utseendet på en septum er en konsekvens, eller er det bare en tilfeldighet. Dr. Bruno og hans kollegaer modifiserte musenes DNA slik at nivået av Tbx5 i dem falt sammen med nivået av Tbx5 i skilpadden. Så mus ble født med et trekammer turtle hjerte - uten en film som dekker inngripsåpningen. Dessverre døde alle musene nesten umiddelbart etter fødselen. Men takket være denne erfaringen, kunne forskere forstå at fordelingen av nivået av transkripsjonsfaktoren virkelig fører til dannelsen av en septum som dekker ventrikulær åpning.

Hjerteavvik kan behandles med Tbx5

"Det vi kunne oppdage er et viktig skritt i å forstå utviklingen av hjertet. Å forstå hvordan inngrepsseptum ble dannet, gjør at vi kan gå enda lenger. Og for å finne ut hvordan medfødte defekter forekommer hos mennesker, hvorfor er det ikke et inngrepsseptum i noen embryoer, og hvordan denne prosessen kan påvirkes, sier forfatterne.

Flere detaljer om arbeidet til forskere finnes i det siste nummeret av tidsskriftet Nature.