Ero sivun ”Molekyylievoluutio” versioiden välillä

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Selaa historiaa interaktiivisesti
[arvioimaton versio][arvioimaton versio]
← Vanhempi muutosUudempi muutos →
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
VisuaalinenWikiteksti
→‎Molekyylievoluution todennäköisyydestä: pelkkää omaa filosofista pohdintaa
Rivi 21: Rivi 21:
Sitraattioa oli osattu tämän viljelmän yksittäisissä "kulttuureissa" aiemminkin, muttai pysyvästi.
Sitraattioa oli osattu tämän viljelmän yksittäisissä "kulttuureissa" aiemminkin, muttai pysyvästi.
4 12 kennasta heikensi mutaatioissa DNA-korjausmekanismia mikä lisäsi niissä tapahtuneiden mutaatioiden määrää. Bakteerit mukautuivat uuteen ympäristöönsä noin 20000 sukupolvessa. 20000 sukupolvessa oli satoja miljoonia mutaatioita, joista ehkä vain 10-20 oli hyödyllisä, ja loput noin 100 bakteereihin jääneistä mutaatioista olivat neutraaleja<ref>http://en.wikipedia.org/wiki/E._coli_long-term_evolution_experiment</ref>.
4 12 kennasta heikensi mutaatioissa DNA-korjausmekanismia mikä lisäsi niissä tapahtuneiden mutaatioiden määrää. Bakteerit mukautuivat uuteen ympäristöönsä noin 20000 sukupolvessa. 20000 sukupolvessa oli satoja miljoonia mutaatioita, joista ehkä vain 10-20 oli hyödyllisä, ja loput noin 100 bakteereihin jääneistä mutaatioista olivat neutraaleja<ref>http://en.wikipedia.org/wiki/E._coli_long-term_evolution_experiment</ref>.


== Sytokromi-c:n evoluutiosta ==


[[Sytokromi-c]] on noin 104-113 [[aminohappo|aminohapo]]n mittainen [[proteiini]]<ref>Evoluutio ja populaatiot sivu 261, Kuvat 52 ja 53</ref>, jossa on myös hemiä. Proteiinia koodaa tapauksesta riippuen 312-339 [[emäspari]]n mittainen [[geeni]]. Sytokromi-c on [[tumalliset|tumallisissa]] soluissa osa [[mitokondrio]]ta.

Evoluution katsotaan edeneen niin, että ensin ilmestyivät tumattomat [[bakteeri]]t, sitten [[tumalliset]], sitten monisoluiset [[selkärangattomat]] kuten etanat, sitten alkeelliset [[selkärankaiset]] kuten nahkiaiset, sitten amniootit kuten matelijat, sitten nisäkkäät kuten simpanssi ja lopuksi älykäs nisäkäs, ihminen.


=== Mutaatiovauhti ===

Ihmisen sytokromi-C:n pituus on 104 aminohappoa, mikä vastaa 312 [[nukleotidi]]a [[geneettinen koodi|geneettisen koodin]] mukaan.
Tutkijoiden mukaan suolujen aineenvaihdunnalle tärkeä [[sytokromi-c]] olisi muuntunut evoluutiossa vauhdille 4 E-10 [[aminohappo]]a vuotta kohden<ref>Lokki, Evoluutio ja populaatiot, sivu 257</ref>. Suunnilleen nykyisen 104 aminohapon pituinen sytokromi-c alkoi olla tonnikalasta alkaen<ref>Evoluutio ja populaatiot, sivu 260</ref>. Myös tämä sytokromi-C:n lyheneminen tukee evoluution ajatusta. Mutta ainakin joillain purppurabaktereilla on taas lyhyempi sytokromi-C<ref>alpha2.bmc.uu.se/Courses/Bke1/Labs/bioinfo2_lab.html KE0026 Biochemistry Labs
</ref>.

=== Samankaltaisuus ihmisestä katsoen===

Ihmisen ja simpanssin sytokromi-c:t ovat samanlaisia.
[[Rhesusapina]]n ja ihmisen välillä on vain yhden aminohapon ero, eli hieman alle prodentin ero. Muuten eri eliöillä sytokromi-C voi olla hyvinkin erilainen<ref>http://www.sigmaaldrich.com/life-science/metabolomics/enzyme-explorer/learning-center/cytochrome-c.html tochrome C</ref><ref>http://members.cox.net/ardipithecus/evol/seq.html </ref>. Monesti sytokromi-c:n samankaltaisuus ilmoitetaan erilaisuusprosenttina. Ihmisestä päin laskien sytokromi-c:n aminohappojen ero
hevoseen on 2%, tonnikalaan 17%, hyönteiseen 27-29%, homeeseen ja kasveihin 35-40% ja purppurabakteeriin 65%<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, ISBN 951-619-239-4, Kustannus Uusi tie OY, Raamattutalon kirjapaino 1991, kuva 72, sivu 236, alkup lähde Denton </ref>. Varsinkin bakteerien ja monisoluisten eläinten välillä on huomattava ero<ref>Evoluutio ja populaatiot, sivu 259, kuva 51</ref>.Tästä päätellen bakteeri on kehittynyt ennen ihmistä, kasvit ovat kaloja aiemmin evoluutiossa ja niin edelleen.

=== Sytokromi-C:n evoluutioraja ===

Jos sytokromi-C:n samankaltaisuutta katsotaan "alhaalta ylöspäin", esimerkiksi bakreerista tonnikaloihin, ihmiseen ja muihin korkeampiin eliöiden, huomataan
samankaltaisuusprosenttien olevan miltei samoja.

Bakteerista katosen sen sytokromi-C poikkeaa monista korkeamista eliöistä noin 64-69%, keskimäärin ehkä 64-65%<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, sivu 235 ja kuva 74, sivu 238</ref>.
Bakteerista katsoen esimerkiksi suhteellisen kehittymättömät hiiva ja auringonkukka näyttävät olevan samalla viivalla ihmisen ja muiden nisäkkäiden kanssa. Tämä selittyy sillä, että tuo mystiseltä näyttävä 64-69% on se raja, miten pitkälle sytokromi-c voi mutaatioissa muuntua, ennen kuin se lakkaa olemasta sytokromi-c.
Samantyyppinen evoluutioraja löytyy kun katsotaan korkeampien eliöiden sytokromi-c:itä vaikkapa vehnästä tai hiivasta alkaen<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, sivut 240-241, kuvat 76, 77</ref>
Ratkaisu tähän evoluutioristiriitaan on se, että sytokromi-C:n erilaisuusprodentti ei mittaa suoraan tapahtuneiden mutaatioiden määrää. Esimerkiksi ihmisen ja hiivan sytokromi-c:ssä on voinut tapahtua sama määrä mutaatioita, mutta kehitys on kulkenut eri suuntiin ja päätynyt sytokromi-c:n kehitysrajalle. Vaikka DNA-mutaatioita tapahtuukin, ainakin 31-36% sytokromi-C:stä pysyy aina samana, ja kehitys näyttää polkevan paikoillaan<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Gensisis sivu 235, kuva 70 BIS ja Kuva 74, sivu 274, ja Kuva 72, sivu 236</ref>. Kaiken lisäksi osa aminohapoista voi mutatoitua takaisin, jonka takia sytokromi-c:n samankaltaisuuspreodentti kuvaa vielä heikommin todellista mutaatiovauhtia.

<!--



Esimerkiksi ihmisen ja simpanssin sytokromi-c:n emäsjärjestys on täsmälleen sama<ref>http://www.netikka.net/mpeltonen/fylogenia.htm Geneettinen polveutumistutkimus </ref>, mutta eroa moniin nisäkkäisiin 9-12%, matelijoihin noin 14% ja [[karppi]]in on 17%, hyönteisiin 27-29%<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis,ISBN 951-619-239-4, Raamattutalon kirjapainio 1981, Kustannus Oy Uusi Tie, sivu 235, kuva 70 bis ja sivu 276, kuva 72</ref> ja moniin kasveihin on yli 38-40%.

Kasvit ovat tumallisia, joiden uskotaan eronneen eläinten kehityslinjasta pian tumallisten synnyn jälkeen.

Esimerkiksi käärme näyttää olevan kauempana ihmisestä kuin kilpikonna<ref>Evoluutio ja populaatiot, sivu 259, kuva 51</ref>.

Kun tarkastellaan eri eliöiden sytokromi-c:n aminohappojärjestyksiä, huomataan, että tietty osa sytokromi-c:stä on sama niin bakteerilla kuin ihmiselläkin.

Tutkijoiden mukaan sytokromi-c pystyy muuntumaan molekyylievoluutiossa korkeintaan noin 69%. Tämä huomataan siitä, että bakteerista katsoen sytokromi-c poikkeaa monilla korkeammilla eliöillä aminohappojärjestykseltään noin 64-69%<ref>Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, s. 325, kuva 70 bis ja s 238, kuva 78 bis</ref><ref>http://www.nic.fi/~shn/tekstit/lukionevop.htm Lukion evoluutio-opetus puntarissa</ref>. Näin ollen kaikkien eliöiden sytokromi-c:ssä on aminohapoista samoja noin 31% ja melko pitkiä samanlaisena säilyviä kohtia<ref>Evoluutio ja populaatiot, sivut 260-261, kuvat 52 ja 53</ref>.

Ilmiötä voidaan havainnollistaa yksinkertaistaen näin. Tässä oletetaan malliksi, että 1/4 proteiinin aminohapoista määrittäisi sytokromi-c:n.

Oletetaan, että kirjainyhdistelmä AAAA kuvaa sytokromi-c:n rakennetta. Mutta siitä 1/4, eli pelkkä ensimmäinen A. riittää määrittelemään sytokromi-C:n. Näin ollen, bakteerin sytokromi-C voi olla AAAA, karpin sytokromi-C voi olla ABBB, rhesusapinan ACAC ja ihmisen ACAA. Niinpä karpin, rhesusapinan ja ihmisen sytokromi-c:t eroavat tässä mallissa kukin yhtä paljon, 75%, "alkuperäisestä" bakteerin sytokromi-C:stä, eli pelkkä ensimmäinen A on sama.

Näin voidaan ajatella, että suuressa osassa sytokromi-c:tä tapahtuu ehkä vakionopeudella satunnaisia aminohappomuutoksia.

Sytokromi-c muuntuu tutkijoiden mukaan keskimäärin vauhdilla nopeudella 4*10<sup>-10</sup> aminohapon verran vuotta kohden
<ref>evoluutio ja populaatiot</ref>.

Muitakin molekyylejä kuin sytokromi-c:tä käytetään "molekyylikelloina".

Sytokromi-c voi olla eri eliöillä hyvinkin erilainen, ja esimerkiksi kasvien sytokromi-c eroaa ihmisen sytokromi-c:stä enemmän kuin bakteerin sytokromi-c<ref>Lokki, Evoluutio ja populaatiot, kuva 51, sivu 259</ref>.

Näin ollen sytokromi-c:tä voidaan käyttää [[molekyylikello]]na. Toisaalta ihmisen ja simpanssin sytokromi-c:t ovat identtisiä. Tässä tapauksessa sytokromi-c ei toimi mokelyylikellona.
[[Rhesusapina]]n ja ihmisen välillä on vain yhden aminohapon ero. Myös kanalla ja kalkkunalla on identtiset sytokromi-c:t. Ihmisen ja hevosen sytokromoi-c:n aminohappojärjestyksen ero on 2%, ihmisen ja tonnikalan ero on 17%, ihmisen ja hyönteisten ero on 27-29%, ihmisen ja kasvien ero 35-40% ja ihmisen ja bakteerin ero 65%. Ihmisen ja homeen ero on sytokromi-cn osalta 44%ästä

Joissain yksittäistapauksissa aminohappojärjestyksen erot voivat olla suurempia.
Kun kehityksessä päin saavutetaan tietty kyllästysraja, sytokromi-c:n muuntumisraja, aminohappojen erot eivät "alhaalta bakteerista" katsoen kasva, vaikka näyttävät muuttuvat suurestikin ylhäältä ihmisestä katsoen.
Tämä selittyy sillä, että vaikka sytokromi-c:n aminohappojärjestys muuntuukin, se ei pysty kehittymään mutaatioissa bakteerin sytokromi-c:tä juuri tuota 64-69%:n rajaa kauemmaksi.

Sytokromi-C:n määrittelee 31% aminohapoista, jolloin se pystyy muuntumaan korkeintaan 69% muuntumatta kokonaan toiseksi proteiiniksi.

Yhteenvedon omaisesti: jos katsotaan sytokromi-c:n erilaisuusprosenttien perusteella sikaa ja karppia ihmisestä käsin, sytokromi:c:t ovat kohtalaisen etäällä toisistaan ja lähellä ihmistä. Mutta jos hevosen ja karpin sytokromi.c:tä katsotaan bakteerista käsin, ne ovat prosenttien perusteella lähellä toisiaan, mutta hyvin kaukana bakteerista, mutta keskinäisessä suorassa prosenttivertailussa melko kaukana toisistaan

Lajin kehittymisastetta mitataan tapahtuneiden DNA-mutaatioiden määrällä, joka on eri asia kuin sytokromi:c:ien samankaltaisuusaste.

Havainnollisempi esimerkki:

Oletetaan, että bakteerin sytokromi-c on AAAAAA, jossa kaksi ensimmäistä A:ta, noin 1/3 mittainen "AA" määrittelee sytokromi-c:n.

Eliöiden sytokromi-c:t saattavat silloin näyttää vaikkapa tältä

Bakteeri AAAAAA
Karppi AABBBA
Hevonen AACCCA
Sika AACCCB
Simpanssi AACCCC
Ihminen AACCCC

Näin ollen, bakteerista katsoen karpin, hevosen ja sian sytokromi-C:t poikkeavat aina 2/3, vaikka ovatkin keskenään erilaisia. Tapahtuneet DNA-mutaatiot näkyvät vaikkapa karpin ja hevosen välisissi yksittäisissä aminohapoissa, ei näiden samankaltaisuuden erossa bakteerista katsoen.

. Sytokromi-c:n aminohappoprosentteihin sisältyvä mystiikka ei kumoa evoluutioteoriaa.

-->




Versio 15. maaliskuuta 2009 kello 20.09

Molekyylievoluutio on elämälle välttämättömien suurmolekyylien DNA:n, RNA:n ja proteiinien evoluutiota eli muuttumista sukupolvien kuluessa. Koska muita molekyylejä kuten proteiineja valmistetaan geenit sisältävän DNA:n tai RNA:n ohjeiden mukaan, molekyylievoluutio voidaan palauttaa näiden evoluutioksi. Molekyylievoluutiota pitävät käynnissä DNA-mutaatiot, jotka tuottavat erilaisa ominaisuuksia niitä kantavilla soluille ja eliöille. Jos tapahtunut mutaatio edistää eliön säilymistä luonnossa, se yleistyy.

Molekyylievoluution pohjalta on nykysin ihmisen DNA:n rakenteet selvittyä koetettu haplotyyppien avulla selvittää ihmisrotujen keksinäistä sukupuuta.

Molekyylievoluutio

Eliön DNA:ssa olevan geenin duplikaatio eli kahdentuminen edeltää monesti uusien molekyylien syntyä.

Mokelyylievoluutiosta todistavat se, että niin sanotut homeoottiset geenit ja että jotkut endogeeniset retrovirukset ovat eliöillä hyvin samanlaisia.

Molekyylien välisiä eroja voidaan yrittää käyttää lajiutumisen ajoitukseen eli molekyylikellona. Molekyylien evoluutio ei ole kuitenkaan tapahtunut vakionopeudella, koska se riippuu ympäristöstä ja koska molekyylit eivät voi muuntua rajattomasti. Molekyyylievoluution tutkimus on edennyt kovasti 2000-luvulla, jolloin tuotiin esiille muun muassa geenien kehdentumisen merkitys molekyylievoluutioissa. Geenin kahdentuessa kahdeksi identtiseksi kopioksi toinen voi pysyä ennallaan ja toinen mutatoitua.

Molekyylievoluution nopeudesta

DNA muuttuu 0,7-0,8 % miljoonaa vuotta kohden niillä alueila, joihin ei kohdistu ollenkaan luonnonvalintaa tai vain heikkoa luonnonvalinta. Hyvin korkean luonnonvalinnan omaava genomia muistuttava lähetti RNA muuttu vain prosentin 50 miljoonassa vuodessa, eli kaikki sen emäkset vaihtuisvat teoriassa 5 miljardissa vuodessa, mikä on hieman korkeampi kuin maapallon ikä.

Molekyylievoluution tutkimuksesta

Molekyylievoluutoiota tutkitaan suoraan muun muassa Richerd Lenskin aloittamassa E. coli long-term evolution experiment (LTEE). Kokeessa on 12 maljaa alkujaan identtisiä bakteeraja. Koe on tuottanut sitraattia hyödyntävän bakteerikannan hieman alle 34000 bakteerisukupolvessa. Sitraattioa oli osattu tämän viljelmän yksittäisissä "kulttuureissa" aiemminkin, muttai pysyvästi. 4 12 kennasta heikensi mutaatioissa DNA-korjausmekanismia mikä lisäsi niissä tapahtuneiden mutaatioiden määrää. Bakteerit mukautuivat uuteen ympäristöönsä noin 20000 sukupolvessa. 20000 sukupolvessa oli satoja miljoonia mutaatioita, joista ehkä vain 10-20 oli hyödyllisä, ja loput noin 100 bakteereihin jääneistä mutaatioista olivat neutraaleja[1].


Hemoglobiinin evoluutiosta

Hemoglobiini on heppa kuljettava molekyyli, joka koostuu rautapitoisesta hiilirengasyksiköstä hemistä ja naljästä proteiinista, joista kaksi on tyyppiä alfa ja kaksi tyyppiä beta. Näin ihmisen hemoglobiini on tetrameeri. Ihmisellä on monelaisa hemoglobiineja, joisa yleisin on hemoglobiini A. Hemoglobiinissa on 3032 hiili-, 4812 vety , 780 typpi ja 4 rauta-atomia[2].

Yhden 142 aminohapon pituisen ihmisen hemoglobiinin alfa-ketjun aminohappojärjestys on

vlspadktnv kaawgkvgah agkygakalk rmflsfpttk tyfphf-dls hgsaqvkghg kkva-daltn avagvddhpn alsalsdlha hklrvdpvhf kllshcllvt laahlpakft pavhasldkf lasvstvlts kyr

Tässä esimerkiksi pari LS esiintyy kuusi kertaa, mikä viittaa globiineja edeltävään kehitykseen kuudesta pienemmästä yksiköstä[3].

Hemoglobiini on tutkijoiden mukaan kehittynyt yksinkertaisemmista myöglobiineista.

50 ensimmäistä eri globiinityyppien proteiinien aminohappoa

  1. alfa-: v-lspadktnv kaawgkvgah agkygakalk rmflsfpttk tyfphf-dls..
  2. beta-: vhltpeeksav talwgkvn-- vdevggealg rllvvypwte rffesfgdls..
  3. gamma-: ghfteedkati tslwgkvn-- vedaggetlg rllvvypwtq rffdsfgnls..
  4. myo-: g-lsegewqlv lhvwakvepd vaghgddili rlfkghpetl ekfdkfkhlk..

Motoo Kimuran mukaan 1971 alfa- ja beta-hemoglobiinit erosivat toistaan ordovikikauden alussa noin 500 miljoonaa vuotta sitten[4]. Myoglobiini oli eronnut hieman aiemmin[5]. Hemoglobiinin aminohappojen vaihtumisnopeus on noin yksi miljardista eli 1E-9, eli hemoglobiinin vaihtuminen kokonaan toiseksi veisi silloin ainakin miljardi vuotta.

Globiinien tapauksessa eri eliöiden globiinien tarkastelu tukee evoluutioajatusta.

Selkärangattomille on vain yhden peptiodiketjun sisältäviä monomeerisia globiineja, niin kuin selkärankaisten myoglobiinitkin ovat. Luukaloista alkean hemoglobiinit ovat tetrameereja, joissa on kaksi alfa- ja kaksi beta-ketjua[6].

Ainakin joissain tapauksissa molekyylien kehitys oli alussa nopeaa, myöhemmin hitaampaa. Nopein vauhti oli 500-400 miljoonaa vuotta sitten selkärankaisten varhaisvaiheessa, suunnilleen ordoviki- ja siluurikausilla, noin 1.09 nukleotidia kodonia kohti 108 vuodessa.[7]. Kehitys hidastui, ja niinpä selkärankaisten hemoglobiinit kehittyivät kehituksnesä alusta vesikalvollisiin amniootteihin, tässä lähinnä matelijoihin, asti 380 miljoonan vuoden aikana keskimäärin vauhtia 4,6 nukleotidia/kodoni/109 vuotta. Vauhti hidastui edelleen ja amnioottien ilmestymisestä seuraavien 300 miljoonan vuoden aikana hemoglobiini muuttui vain 1,5 emästä/kodoni/1011 vuotta kohden.


Ihmisen ja karpin hemoglobiinit ovat kehittyneet saman verran mutaatioissa laskettuna, mutta eri suuntiin. Mutaatioita rajoittaa kuitenkin se, että hemoglobiinin aminohapoista on oltava tietty %, noin 19-25% oikein. Näin ollen esimerkiksi etanasta katsoen monet selkärankaiset ovat hemoglobiinin samankaltaisuus%:n mukaan yhtä etäällä etanasta kuin ihminenkin[8][9]. Vertailun vuoksi hemoglobiini voi muuntua evoluutiossa korkeintaan 85-87% nahkiaisen hemoglobiinista katsoen[10].

Hemoglobiini muuttui evoluutiossa sytokromi-c:ä nopeammin, vauhdilla 10-9 aminohappoa vuotta kohden[11].

Nopeita ja hitaita kehittyjiä

Eri molekyylien muuntumisvauhti on hyvin erilainen eri proteiineilla, koska eri proteiinit sallivat eri määrän muutoksia. Jos molekyuyli kehittyy nopeasti, voidaan ajatelle että siihen kohdistuva luonnonvalinta on heikko. Tämän ajatuksen mukaan oimakas luonnonvalinta saallii vähän muutoksia ja kehitys on hidasta

Fibrinopeptidit kehittyvät hyvin nopeasti, noin vauhdila 8,3*109 aminohappoa*10-9/v. Mutta histoni H4 hyvin hitaasti, noin yksi aminohappo 10-13 vuotta kohden[12]. Tämän mukaan histoni H4:n emäsjärjestys ei voi juurikaan vaihtua sen toiminnan häiriintymättä, ja sen takia sen synty on melko epätodennäköinen ja kehitys evoluutiossa hidasta.


Katso myös


Viitteet

  1. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/E._coli_long-term_evolution_experiment
  2. ↑ Unohdettu Genesis, kuva 18, sivu 104
  3. ↑ http://www.student.oulu.fi/~ktikkane/EVOTOD.html#Q
  4. ↑ Lähde "Evopop", Evoluutio ja populaatiot, Juhani Lokki, Anssi Saura, P. M. A Tigertstedt, WSOY 1986, ISBN 951-0-13572-0, sivu 162
  5. ↑ Evopop, sivu 264
  6. ↑ Evopop sivu 265
  7. ↑ Juhani Lokki Anssi Saura P.M.A. Tigerstedt, Evoluutio ja populaatiot, WSOY Helsinki Porvoo Juva 1986, ISBN 951-0-13572-0, sivu 263 ja myös kuva 54 sivu 262
  8. ↑ Evopop, sivu 264
  9. ↑ Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, sivu 243, sivu 105
  10. ↑ Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, sivu 105, kuva 19 ka myös kuva 79, sivu 243
  11. ↑ Evoluutio ja populaatiot, sivu 257 alin palsta
  12. ↑ Lokki, Evoluutio ja populaatiot sivu 257-258

Aiheesta muualla

Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Molekyylievoluutio&oldid=6419884”