จากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสู่มนุษย์ จากอะมีบาสู่มนุษย์ ปลามาถึงฝั่งแล้ว

บทบาทของโปรโตซัวในสิ่งแวดล้อมทางน้ำ

ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ โปรโตซัวเป็นแหล่งอาหารของสัตว์ขนาดเล็ก หอย สัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง หนอน ปลาลูกปลา ตัวอ่อน และแมลงในน้ำหลายชนิดกินสัตว์เซลล์เดียว ในทางกลับกัน สัตว์ตัวเล็กเหล่านี้ก็เป็นอาหารให้กับสัตว์ตัวใหญ่ ซึ่งมีส่วนช่วยอย่างมากต่อการเกษตร การประมง และเศรษฐกิจของประเทศ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวก่อตัวเป็นแพลงก์ตอน ซึ่งวาฬและวาฬสเปิร์มกินเป็นอาหาร

โปรโตซัวเองและโดยเฉพาะอย่างยิ่งซิลิเอตนั้นกินแบคทีเรียและสารตกค้างอินทรีย์ที่สลายตัว และด้วยเหตุนี้จึงช่วยชำระล้างมลพิษในแหล่งน้ำ นอกจากนี้โฟโตโทรฟที่ง่ายที่สุดจะทำให้น้ำอิ่มตัวด้วยออกซิเจนและลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ โปรโตซัวมีความสามารถในการสร้างสารอนินทรีย์จากสารอินทรีย์ในแสง

หมายเหตุ 1

โปรโตซัวส่วนใหญ่เป็นตัวบ่งชี้ความบริสุทธิ์ของน้ำ ciliates จำนวนมากและยูกลีนาบางชนิดในอ่างเก็บน้ำจะช่วยระบุน้ำที่ปนเปื้อน น้ำสะอาดอาศัยอยู่โดยรองเท้าแตะ ciliates คนเป่าแตร และ spirostomums อะมีบาทั่วไปอาศัยอยู่ในน้ำโดยมีสารอินทรีย์ในปริมาณต่ำและมีแร่ธาตุสูง

นอกจากน้ำแล้วโปรโตซัวยังอาศัยอยู่ในดินที่มีความชื้นอิ่มตัวอีกด้วย สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวร่วมกับผู้อยู่อาศัยในดินอื่นๆ ช่วยรักษาความอุดมสมบูรณ์ของดินและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของดิน

โปรโตซัวในฐานะผู้สร้างหิน

ชอล์กและหินประกอบด้วยเปลือกขนาดเล็กจำนวนมาก ดังนั้นหินที่รู้จักกันดีของเทือกเขาอูราล, ไครเมียและคอเคซัสจึงมีร่างกายของสัตว์โบราณที่ง่ายที่สุด - foraminifera หินปูนที่ประกอบด้วย foraminifera ทั้งหมดมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งในฐานะวัสดุก่อสร้าง ปิรามิดอียิปต์ขนาดยักษ์ถูกสร้างขึ้นจากพวกมัน

ซากฟอรามินิเฟราในหินเป็นเบาะแสสำหรับการสำรวจทางธรณีวิทยา การปรากฏตัวของ foraminifera บางชนิดบ่งบอกถึงความใกล้ชิดของชั้นกับน้ำมันและยังกำหนดอายุของหินตะกอนด้วย

หินซิลิกาเกิดจากโครงกระดูกของนักธนู

สัตว์ที่มีเซลล์เดียวและมีนิวเคลียสเรียกว่าสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

พวกเขารวมลักษณะเฉพาะของเซลล์และสิ่งมีชีวิตอิสระ

สัตว์เซลล์เดียว

สัตว์ในอาณาจักรที่มีเซลล์เดียวหรือโปรโตซัวอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว รูปแบบภายนอกมีความหลากหลายตั้งแต่บุคคลอสัณฐานที่ไม่มีโครงร่างที่แน่นอนไปจนถึงตัวแทนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน

สัตว์เซลล์เดียวมีประมาณ 40,000 สายพันธุ์ ที่มีชื่อเสียงที่สุด ได้แก่ :

• อะมีบา;
• ยูกลีนาสีเขียว
• ciliate-รองเท้าแตะ

อะมีบา

จัดอยู่ในกลุ่มเหง้าและมีรูปร่างที่แปรผันต่างกัน

ประกอบด้วยเมมเบรน ไซโตพลาสซึม แวคิวโอลที่หดตัว และนิวเคลียส

การดูดซึมสารอาหารจะดำเนินการโดยใช้แวคิวโอลย่อยอาหาร และโปรโตซัวอื่นๆ เช่น สาหร่าย และทำหน้าที่เป็นอาหาร สำหรับการหายใจ อะมีบาต้องการออกซิเจนที่ละลายในน้ำและทะลุผ่านพื้นผิวของร่างกาย

ยูกลีนาสีเขียว

มีรูปร่างคล้ายพัดยาว มันป้อนโดยการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นออกซิเจนและผลิตภัณฑ์อาหารด้วยพลังงานแสง เช่นเดียวกับสารอินทรีย์สำเร็จรูปโดยไม่มีแสง

จัดอยู่ในคลาสแฟลเจลลาติส

รองเท้าแตะ Ciliate

คลาสของ ciliates มีโครงร่างคล้ายรองเท้า

แบคทีเรียทำหน้าที่เป็นอาหาร

เชื้อราเซลล์เดียว

เชื้อราจัดอยู่ในประเภทยูคาริโอตที่ไม่ใช่คลอโรฟิลล์ระดับล่าง ต่างกันในการย่อยภายนอกและปริมาณไคตินในผนังเซลล์ ร่างกายก่อตัวเป็นไมซีเลียมซึ่งประกอบด้วยเส้นใย

เชื้อราเซลล์เดียวแบ่งออกเป็น 4 ประเภทหลัก:

• ดิวเทอโรไมซีต;
• ไคไตรดิโอไมซีต;
• ไซโกไมซีต;
• แอสโคไมซีต

ตัวอย่างที่เด่นชัดของแอสโคไมซีตคือยีสต์ซึ่งมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ ความเร็วของการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์สูงเนื่องจากมีโครงสร้างพิเศษ ยีสต์ประกอบด้วยเซลล์กลมเซลล์เดียวที่สืบพันธุ์โดยการแตกหน่อ

พืชเซลล์เดียว

ตัวแทนทั่วไปของพืชเซลล์เดียวชั้นล่างที่มักพบในธรรมชาติคือสาหร่าย:

• หนองในเทียม;
• คลอเรลลา;
• สไปโรไจรา;
• คลอโรคอคคัส;
• วอลโวกซ์.

Chlamydomonas แตกต่างจากสาหร่ายทั้งหมดในเรื่องความคล่องตัวและการมีอยู่ของดวงตาที่ไวต่อแสงซึ่งเป็นตัวกำหนดสถานที่ที่มีการสะสมพลังงานแสงอาทิตย์มากที่สุดสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรพลาสต์จำนวนมากถูกแทนที่ด้วยโครมาโตฟอร์ขนาดใหญ่หนึ่งตัว บทบาทของปั๊มที่สูบของเหลวส่วนเกินออกนั้นดำเนินการโดยแวคิวโอลที่หดตัว การเคลื่อนไหวดำเนินการโดยใช้แฟลเจลลาสองตัว

สาหร่ายสีเขียว คลอเรลลา ต่างจากคลาไมโดโมแนสตรงที่มีเซลล์พืชทั่วไป เปลือกหนาทึบช่วยปกป้องเยื่อหุ้มเซลล์ และไซโตพลาสซึมประกอบด้วยนิวเคลียสและโครมาโทฟอร์ การทำงานของโครมาโทฟอร์นั้นคล้ายคลึงกับบทบาทของคลอโรพลาสต์ในพืชบก

สาหร่ายทรงกลมคลอโรคอคคัสมีลักษณะคล้ายกับคลอเรลลา ถิ่นที่อยู่ของมันไม่ใช่แค่น้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นดินและลำต้นของต้นไม้ที่เติบโตในสภาพแวดล้อมที่ชื้นอีกด้วย

ผู้ค้นพบสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

เกียรติในการค้นพบจุลินทรีย์เป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ A. Leeuwenhoek

ในปี ค.ศ. 1675 เขาได้ตรวจดูพวกมันด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ขึ้นเองชื่อ ciliates นั้นถูกกำหนดให้กับสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดและตั้งแต่ปี ค.ศ. 1820 พวกมันก็เริ่มถูกเรียกว่าสัตว์ที่ง่ายที่สุด

นักสัตววิทยา เคลเลเกอร์ และ ซีโบลด์ ในปี พ.ศ. 2388 ได้จำแนกสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเป็นอาณาจักรสัตว์ชนิดพิเศษ และแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:

• เหง้า;
• ซิลิเอต

เซลล์สัตว์เซลล์เดียวมีลักษณะอย่างไร

โครงสร้างของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสามารถศึกษาได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เท่านั้น ร่างกายของสิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเซลล์เดียวที่ทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตอิสระ

เซลล์ประกอบด้วย:

• ไซโตพลาสซึม;
• สารอินทรีย์;
• แกนกลาง

เมื่อเวลาผ่านไป ผลจากการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางสายพันธุ์ได้พัฒนาออร์แกเนลล์พิเศษสำหรับการเคลื่อนไหว การขับถ่าย และโภชนาการ

โปรโตซัวคือใคร?

ชีววิทยาสมัยใหม่จัดประเภทโปรโตซัวเป็นกลุ่มพาราฟีเลติกของกลุ่มผู้ประท้วงที่มีลักษณะคล้ายสัตว์ การมีอยู่ของนิวเคลียสในเซลล์ซึ่งต่างจากแบคทีเรีย จะรวมนิวเคลียสไว้ในรายการยูคาริโอตด้วย

โครงสร้างเซลล์แตกต่างจากสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ในระบบการดำรงชีวิตของโปรโตซัว มีแวคิวโอลย่อยอาหารและหดตัว บางชนิดมีออร์แกเนลล์คล้ายกับช่องปากและทวารหนัก

คลาสโปรโตซัว

ในการจำแนกสมัยใหม่ตามลักษณะเฉพาะ ไม่มีอันดับและความสำคัญของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวแยกจากกัน

เขาวงกต

มักจะแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

• ซาร์โคมาสติโกฟอร์ส;
• เอพิคอมเพล็กซ์;
• ไมกโซสปอริเดียม;
• ซิลิเอต;
• เขาวงกต;
• แอสเซสโตสปอราเดีย.

การจำแนกประเภทที่ล้าสมัยถือเป็นการแบ่งโปรโตซัวออกเป็นแฟลเจลเลต ซาร์โคด ซิเลียต และสปอโรซัว

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมใด

แหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่ง่ายที่สุดคือสภาพแวดล้อมที่ชื้น อะมีบาสามัญ ยูกลีนาสีเขียว และสลิปเปอร์ซิเลียตเป็นสัตว์ทั่วไปที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำจืดที่ปนเปื้อน

วิทยาศาสตร์ได้จำแนกโอปาลีนเป็นซิเลียตมานานแล้ว เนื่องจากความคล้ายคลึงภายนอกของแฟลเจลลากับซีเลียและมีนิวเคลียสสองตัว จากการวิจัยอย่างรอบคอบ ความสัมพันธ์จึงถูกข้องแวะ การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของโอพาลีนเกิดขึ้นเนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์ นิวเคลียสเหมือนกัน และไม่มีอุปกรณ์ปรับเลนส์

บทสรุป

เป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงระบบทางชีววิทยาที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวซึ่งเป็นแหล่งโภชนาการของสัตว์ชนิดอื่น

สิ่งมีชีวิตที่ง่ายที่สุดมีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวของหิน ทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้มลพิษในแหล่งน้ำ และมีส่วนร่วมในวัฏจักรคาร์บอน จุลินทรีย์พบว่ามีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีชีวภาพ

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

1. ทำให้นักเรียนคุ้นเคยกับลักษณะโครงสร้างของดวงตาและสร้างความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของมัน
2. แสดงความหลากหลายของอวัยวะในการมองเห็นและลักษณะของโครงสร้าง
3. แสดงถึงเอกภาพพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ
4. ส่งเสริมการพัฒนาทักษะในการทำงานกับตำราเรียน วรรณกรรมเพิ่มเติม และคอมพิวเตอร์
5. ทำความคุ้นเคยกับกระบวนการที่ช่วยให้มั่นใจในการรับรู้ภาพ ซึ่งเป็นข้อบกพร่องทางการมองเห็นที่พบบ่อยที่สุด - สายตาสั้นและสายตายาว
6. การคุ้มครองบทคัดย่อในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์:กล้องและรุ่น, โมเดลตา, ตาราง “เครื่องวิเคราะห์ภาพ”, คอมพิวเตอร์, โปรเจคเตอร์มัลติมีเดีย

ในโลกสมัยใหม่ คุณได้รับข้อมูลในรูปแบบใหม่: ผ่านคอมพิวเตอร์ อินเทอร์เน็ต ข้อมูลนี้จะถูกดูดซึมได้ดีขึ้นและเป็นส่วนเสริมของวิธีการแบบเดิม ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่พวกเขาพูดว่า: “เห็นเพียงครั้งเดียวยังดีกว่าได้ยินร้อยครั้ง”

ครูชีววิทยา: เราขอนำเสนอ "เครื่องวิเคราะห์ภาพสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง" ที่สร้างโดยกลุ่มแรก

เราพบว่าเครื่องวิเคราะห์ภาพมีความซับซ้อนมากขึ้น ไม่เพียงแต่ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในสัตว์มีกระดูกสันหลังด้วย แม้ว่าจะมีโครงสร้างของดวงตาเหมือนกัน แต่ก็มีความแตกต่างมากมายที่เกี่ยวข้องกับลักษณะทางนิเวศวิทยาของสายพันธุ์

ครูชีววิทยา: ต้องขอบคุณอวัยวะในการมองเห็นที่ทำให้เรามองเห็นจานสีทั้งหมด ชื่นชมธรรมชาติ และทั้งหมดนี้เป็นเพราะเซลล์พิเศษที่ไวต่อแสงของดวงตา โคน ให้การมองเห็นสี ความหลากหลายทั้งหมดประกอบด้วยสามสี: แดง เขียว และม่วง แต่ละสีเหล่านี้จะดูดซับความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน และการผสมสีเหล่านั้นจะได้สีอื่นๆ ทั้งหมด การนำเสนอหมายเลข 3: “การรับรู้สี”

ครูฟิสิกส์: ในโลกสมัยใหม่ มีผู้คนที่มีความบกพร่องทางการมองเห็นเพิ่มมากขึ้น และข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นเร็วกว่าเมื่อ 10 ปีที่แล้วด้วยซ้ำ เหตุผลก็คือ คอมพิวเตอร์ ทีวี เครื่องเล่นเกม ฯลฯ คุณคงเข้าใจแล้วว่าการนำเสนอครั้งต่อไปคือ “ความบกพร่องทางการมองเห็น” และวิธีป้องกัน

ครูฟิสิกส์: ดาลตันพูดว่า: “ถ้าคุณเห็น “สิงโต” บนกรงที่มีเสือ อย่าเชื่อสายตาตัวเอง!” เนื่องจาก “จิตใจสามารถมองโลกได้ไม่ใช่ด้วยตา แต่มองด้วยตา...” ข้อความสุดท้ายเป็นเรื่องเกี่ยวกับภาพลวงตา การนำเสนอหมายเลข 5: “ภาพลวงตา”

ครูชีววิทยา: มันน่าทึ่งมาก แต่ผู้คนมักไม่ค่อยซาบซึ้งกับสิ่งที่ธรรมชาติมอบให้พวกเขา ข้อความที่เพื่อนร่วมชั้นเขียนไว้เป็นเครื่องพิสูจน์อีกครั้งว่าดวงตาเป็นระบบการมองเห็นที่ซับซ้อนมาก และมันก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบเสมอไป มันถูกรบกวนโดยการเปลี่ยนแปลงที่มีมา แต่กำเนิดได้มาและเกี่ยวข้องกับอายุจำนวนมากซึ่งต้องมีการแก้ไขและการรักษาอย่างทันท่วงที วิสัยทัศน์คือความมั่งคั่งของเราซึ่งต้องได้รับการดูแลเอาใจใส่ตั้งแต่วัยเด็ก

อ้างอิง:

• สารานุกรม "วิทยาศาสตร์", ROSMEN, 2000
• ชีววิทยา ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 Batuev A.S. DROFA 2539
• เครื่องวิเคราะห์ภาพ: จากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสู่มนุษย์ G.N. Tikhonova, N.Yu. Feoktistova, ห้องสมุด“ วันที่หนึ่งเดือนกันยายน”, 2549
• สารานุกรม "ทุกสิ่งเกี่ยวกับทุกสิ่ง" สำหรับเด็ก
• หนังสืออ่านเรื่องกายวิภาคศาสตร์ สรีรวิทยา และสุขอนามัยของมนุษย์ I.D. ซเวเรฟ การตรัสรู้ 2526
• สารานุกรมสำหรับเด็ก. ชีววิทยา เล่ม 2, AVANTA +, 1994
• สารานุกรมสำหรับเด็ก. ฟิสิกส์. อแวนต้า+, 1994
• ชีววิทยา. แผนการสอนตามตำราเรียนของ N.I. โซนีนา และ ม.ร.ว. ซาปินา ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ครู 2550

นักชีววิทยาด้านพัฒนาการรู้จักยีนนี้มานานแล้ว สาขาผลิตภัณฑ์ที่ควบคุมการพัฒนาของปากของตัวอ่อนหลัก (บลาสโตพอร์), ชั้นจมูกกลาง (mesoderm) ในสัตว์และในตัวแทนของประเภทคอร์ด - notochord เชื่อกันมานานแล้วว่าไม่มีใครนอกจากสัตว์หลายเซลล์ที่มียีนนี้ สาขาเลขที่ แต่ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันว่าสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและเชื้อราจำนวนมากมียีนนี้ เห็นได้ชัดว่ามียีนอยู่ด้วย สาขาเป็นลักษณะเฉพาะทั่วไปของสาขาวิวัฒนาการของ opisthokonta ซึ่งรวมถึงสัตว์หลายเซลล์ เห็ดรา และญาติที่มีเซลล์เดียว นอกจากนี้การทำงานของยีนนี้ยังมีเสถียรภาพมาก: มีการทดลองแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ของยีน สาขานำมาจากอะมีบา แคปซาสปอร่าก็สามารถมีส่วนร่วมในการพัฒนากบได้

"การควบคุมการถอดความเป็นส่วนสำคัญของการพัฒนาสัตว์"- วลีนี้เริ่มต้นบทความใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของยีนควบคุมซึ่งหนึ่งในผู้เขียนคือIñaki Ruiz-Trillo ผู้เชี่ยวชาญด้าน protistologist ชาวสเปนที่มีชื่อเสียง แท้จริงแล้ว พัฒนาการของร่างกายสัตว์นั้นควบคุมโดยตรงโดยยีนในทุกระยะ ยกเว้นในระยะแรกสุด (ดู: เอ็มบริโอต้องการยีนหรือไม่?, “องค์ประกอบ”, 05/08/2550) การถอดความเป็นการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ยีน (messenger RNA ซึ่งขึ้นอยู่กับโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์แล้ว) พูดง่ายๆ ก็คือ เมื่อมีการถอดรหัสยีน ยีนจะถูกเปิดขึ้น เมื่อไม่ได้ถ่ายทอด ยีนจะถูกปิด แต่ละเซลล์มีผลิตภัณฑ์ยีนที่ "เปิด" อยู่ในนั้น และ (โดยปกติ) ไม่มีผลิตภัณฑ์ยีนที่ "ปิด" อยู่ในนั้น อันที่จริงสิ่งนี้เป็นตัวกำหนดความแตกต่างระหว่างเซลล์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ปัญหาคือต้องใช้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากจากยีนที่แตกต่างกันเพื่อการพัฒนาของสัตว์ทั้งตัว เป็นไปไม่ได้ที่จะเปิดยีนเหล่านี้ทั้งหมดในคราวเดียว พวกเขาเปิดกันตามลำดับโดยทำหน้าที่ผ่านผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย - โปรตีน (รูปที่ 2)

ดังนั้น เพื่อที่จะค้นหาว่าการพัฒนาส่วนบุคคลของใครบางคนทำงานอย่างไร เราต้องค้นหาก่อนว่ายีนในตัวเขาเปิดและปิดอย่างไร อย่างน้อยตอนนี้มุมมองนี้ก็ค่อนข้างธรรมดา นี่คือสิ่งที่วลีที่ยกมาจากบทความแสดงให้เห็น ไม่ว่าจะดีขึ้นหรือแย่ลง ชีววิทยาพัฒนาการของสัตว์สมัยใหม่นั้นมี "ยีนเป็นศูนย์กลาง" มาก โดยมักจะมองว่าการพัฒนาทั้งหมดเป็นลำดับของการถอดรหัสที่เชื่อมโยงถึงกัน

โปรตีนที่มีหน้าที่เปิดหรือปิดยีนมักเรียกว่าปัจจัยการถอดรหัส ยีนเป็นส่วนต่างๆ ของโมเลกุล DNA ดังนั้นโปรตีนปัจจัยการถอดรหัสจะต้อง “สามารถ” จับกับ DNA ได้ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการใช้พื้นที่พิเศษของโมเลกุลโปรตีน - โดเมนที่มีผลผูกพันกับ DNA

โดเมนการจับ DNA มีหลายประเภท โดเมนที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายที่สุดเรียกว่าโฮมโอโดเมน เป็นบริเวณเฉพาะของกรดอะมิโน 60 ชนิดที่มีอยู่ในโปรตีนควบคุมหลายชนิดทั้งในสัตว์และพืช ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่มีโฮมโอโดเมนเรียกว่ายีนโฮมโอบ็อกซ์ (โฮมโอบ็อกซ์คือบริเวณของยีนที่เข้ารหัสโฮมโอโดเมน) ยีน Homeobox ประกอบด้วยยีนต่างๆ มากมายที่ควบคุมการพัฒนาของตัวอ่อนของสิ่งมีชีวิตผ่านผลิตภัณฑ์ของมัน รวมถึงยีน Hox ที่พบได้ทั่วไปในสัตว์ (ดูตัวอย่าง: ใหม่ในศาสตร์ของยีน Hox ที่มีชื่อเสียง ซึ่งเป็นตัวควบคุมการพัฒนา, “องค์ประกอบ”, 10.10.2006)

โดเมนที่จับกับ DNA ที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งเรียกว่า T-box นี่คือบริเวณโปรตีนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 180–200 ตัว ซึ่ง “รู้วิธีการ” ที่จะจับกับ DNA โดยเฉพาะ แม้ว่ามันจะแตกต่างไปจากโดเมนโฮมโอโดเมนก็ตาม ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนด้วย T-box เรียกว่า T-box (ดูตัวอย่าง: Naiche et al., 2005. ยีน T-box ในการพัฒนาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง) ยีนเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของสัตว์ ผลิตภัณฑ์ของบริษัทมีส่วนร่วมในการควบคุมการพัฒนาของหัวใจ แขนขา สมอง และอวัยวะอื่นๆ อีกมากมาย

ความสนใจเป็นพิเศษของนักชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการมักถูกดึงไปที่ยีนที-บ็อกซ์ที่เรียกว่า สาขา- พื้นที่ของกิจกรรมของยีนนี้จะอยู่ที่ ประการแรก รอบปากของตัวอ่อนปฐมภูมิ (บลาสโตพอร์) และประการที่สอง ในชั้นกลางของเซลล์สืบพันธุ์ (เมโซเดิร์ม) และส่วนใหญ่อยู่ในส่วนต่าง ๆ ของเมโซเดิร์มซึ่งเป็นโครงกระดูกในแนวแกน กล้ามเนื้อ และผนัง coelom เกิดขึ้น - ช่องลำตัวรอง และเนื่องจากยีนนี้มีอยู่ในสัตว์หลายชนิด จึงสามารถเปรียบเทียบที่น่าสนใจระหว่างสัตว์เหล่านั้นได้ เช่น ข้อมูลการทำงานของยีน สาขาในติ่งปะการังยืนยันสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎี enterocoelous ของต้นกำเนิดของ coelom ซึ่งโพรง coelomic ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่สูงกว่านั้นวิวัฒนาการมาจากการเจริญเติบโตของลำไส้ (ดู: Technau, Scholtz, 2003. ต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของ endoderm และ mesoderm)

ยีน สาขาสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาส่วนที่เก่าแก่ที่สุดของโครงกระดูกของสัตว์มีกระดูกสันหลัง - นอโทคอร์ด อย่างหลังนี้ไม่ได้รับการเก็บรักษาไว้เมื่อโตเต็มวัยในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิด แต่มีอยู่ในเอ็มบริโออย่างแน่นอน หากไม่มี notochord ทั้งสมองและกระดูกสันหลังก็ไม่สามารถพัฒนาได้ตามปกติ นอกจากนี้บางครั้งมนุษย์ก็มีเนื้องอกที่ประกอบด้วยเนื้อเยื่อคล้ายคอร์ด - คอร์ดมา ในเซลล์คอร์ดามาจะมียีน สาขาใช้งานอยู่เช่นเดียวกับในเซลล์ของ notochord ของตัวอ่อน นอกจากนี้ยังแสดงออกมาได้ดีจนเป็นเครื่องหมายวินิจฉัยสำหรับเนื้องอกประเภทนี้

ฟังก์ชันทั้งหมดที่ระบุไว้ของยีน T-box เกี่ยวข้องกับสัตว์หลายเซลล์เท่านั้น และไม่สมเหตุสมผลสำหรับบุคคลอื่น แท้จริงแล้ว สัตว์เซลล์เดียวไม่มีหัวใจ ไม่มีแขนขา ไม่มีสมอง ไม่มีปาก ไม่มีโคโลม ไม่มีโนโทคอร์ด ดูเหมือนว่าจะไม่มีอะไรต้องควบคุมด้วยความช่วยเหลือของยีนเหล่านี้ เป็นเรื่องปกติที่นักวิจัยจะสันนิษฐานว่ายีน T-box ก็เหมือนกับยีนอื่นๆ อีกหลายยีนที่มีหน้าที่คล้ายคลึงกัน เกิดขึ้นพร้อมๆ กันกับความเป็นเซลล์หลายเซลล์ สัตว์หลายเซลล์ดึกดำบรรพ์ที่สุด - ฟองน้ำ - มีพวกมันอยู่แล้ว

อย่างไรก็ตาม เมื่อสามปีที่แล้ว ในปี 2010 ยีน T-box ถูกค้นพบในอะมีบา แคปซาสโปร่า ออวซาร์ซากิ(รูปที่ 1) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและไม่ใช่ของสัตว์ และในเวลาเดียวกัน ปรากฎว่าเชื้อราบางชนิดมียีนทีบ็อกซ์ ดังนั้นยีนเหล่านี้จึงไม่ได้มีลักษณะเฉพาะในสัตว์หลายเซลล์ แต่ใครยังมีพวกเขาและใครไม่มี?

เพื่อให้เข้าใจถึงประเด็นนี้ ทีมนักวิจัยจากสเปน สหรัฐอเมริกา และแคนาดาได้ทำการค้นหาจีโนม (ชุดของยีน) และทรานสคริปโตม (ชุดของผลิตภัณฑ์ของยีน) ที่อธิบายไว้ทั้งหมดของพืช เชื้อรา แฟลเจลเลต และยูคาริโอตอื่น ๆ ทั้งหมด นั่นคือสิ่งมีชีวิตที่มีนิวเคลียสของเซลล์ ผลลัพธ์มีดังนี้:

1. ยีนทีบ็อกซ์และโปรตีนของพวกมันมีอยู่ในอะมีบาบางชนิดและในตัวแทนที่รู้จักกันดีที่สุดของกลุ่มเมโสไมซีโตโซเอ ซึ่งประกอบด้วยญาติที่มีลักษณะคล้ายอะมีบาของสัตว์ที่มีวงจรชีวิตที่ซับซ้อน (ดู: นิวเคลียสของ Mesomycetozoan แบ่งตัวพร้อมกันเหมือนเอ็มบริโอของสัตว์, “องค์ประกอบ”, 06/05/2013) นอกจากนี้เชื้อราหลายชนิดยังมียีนเหล่านี้แม้ว่าจะไม่ใช่ทั้งหมดก็ตาม

2. Collared flagellates (Choanoflagellata) ซึ่งถือเป็นสัตว์เซลล์เดียวที่ใกล้เคียงที่สุด ไม่มียีน T-box ไม่พบในเห็ดชั้นสูง (Dikarya) ซึ่งรวมถึงเห็ดหมวกที่รู้จักกันดีโดยเฉพาะ

3. สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่พบยีน T-box อยู่ในกลุ่ม opisthokonta โดยไม่มีข้อยกเว้น นี่เป็นสาขาขนาดใหญ่ของยูคาริโอต ซึ่งรวมถึงเมตาโซอัน แฟลเจลเลตแบบมีโซไมซีโตซัว เชื้อรา และอะมีบาบางชนิด ไม่สามารถค้นหายีน T-box ในยูคาริโอต "ที่ไม่ใช่โพสโทแฟลเจลเลต" ได้ (เช่น ในพืช) เห็นได้ชัดว่านี่เป็นคุณลักษณะทั่วไปและเป็นเอกลักษณ์ของกลุ่ม Opisthokonta

4. จากตำแหน่งของแฟลเจลเลตที่เกาะคอและเชื้อราที่สูงขึ้นบนต้นไม้วิวัฒนาการ ตามมาว่ากลุ่มเหล่านี้น่าจะเคยมียีน T-box เช่นกัน แต่แล้วก็สูญเสียพวกมันไป (รูปที่ 3)

นอกจากนี้ทั้งในมีโซไมซีโตซัวและอะมีบา แคปซาสปอร่ามียีน T-box อยู่หลายยีนอยู่แล้ว เช่นเดียวกับในสัตว์หลายเซลล์ (รูปที่ 3) ที่นี่ วิวัฒนาการไปได้ไกลมาก: ยีนทั้งตระกูลได้เกิดขึ้นจากยีนตัวเดียว เป็นที่น่าสนใจว่าตามลักษณะนี้ mesomycetozoans และ แคปซาสปอร่ากลายเป็นสัตว์ที่มีความใกล้ชิดกับสัตว์หลายเซลล์มากกว่าแฟลเจลเลตที่มีปลอกคอซึ่งตามธรรมเนียมถือว่าเป็นญาติสนิทที่สุดหรือแม้แต่บรรพบุรุษ

และยีนทีบ็อกซ์ที่เก่าแก่ที่สุดกลับกลายเป็นยีนเดียวกัน สาขาซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ควบคุมการพัฒนาของบลาสโตพอร์และเมโซเดิร์มในสัตว์ ทุกคนที่มียีน T-box อย่างน้อยก็มียีนดังกล่าว หากใครบางคน (เช่น เชื้อรา) มียีน T-box เพียงยีนเดียว ยีนนี้ก็คือยีนนั้น สาขา- ยีน T-box อื่นๆ ทั้งหมดวิวัฒนาการมาจากมัน

หน้าที่ของยีนนี้เปลี่ยนไปตามเส้นทางวิวัฒนาการจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวไปสู่สัตว์หรือไม่? สถาบันชีววิทยาวิวัฒนาการในบาร์เซโลนา (Institut de Biologia Evolutiva, IBE) ตัดสินใจทดสอบการทดลองนี้ ในการศึกษาสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด ได้แก่ อะมีบาที่กล่าวไปแล้ว แคปซาสโปร่า ออวซาร์ซากิและวัตถุทางชีววิทยาพัฒนาการอันทรงเกียรติที่มีมายาวนาน - กบกรงเล็บ ซีโนปัส ลาวิส.

การกระทำของยีนก่อน สาขาในตัวอ่อนกบถูกบล็อกโดยใช้การรบกวน RNA เทียม สิ่งนี้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่คาดหวังไว้อย่างสมบูรณ์: กระบวนการสร้างเมโซเดิร์มในกบหยุดชะงัก และกล้ามเนื้อแกนยังด้อยพัฒนา แต่ถ้าคุณแนะนำข้อมูล RNA เข้าไปในตัวอ่อนได้ทันเวลา สาขาได้จากแคปซาสปอร์ , การละเมิดเหล่านี้ได้รับการชดเชยบางส่วน (รูปที่ 4) ผลิตภัณฑ์ยีน สาขาแคปซาสปอร์และกบมีโครงสร้างคล้ายกันมากจนใช้แทนกันได้! การอนุรักษ์การทำงานของยีนควบคุมดังกล่าวตั้งแต่อะมีบาไปจนถึงสัตว์มีกระดูกสันหลังแม้จะดูโดดเด่นเมื่อเทียบกับภูมิหลังของความรู้สมัยใหม่ของเราก็ตาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่าบรรพบุรุษร่วมกันของแคปซาสปอร์และกบซึ่งทั้งสองสืบทอดยีนนี้ สาขาอาจมีชีวิตอยู่ได้มากกว่าหนึ่งพันล้านปีก่อน (ดู: Parfrey et al., 2011. การประมาณช่วงเวลาของการกระจายตัวของยูคาริโอตในยุคแรกด้วยนาฬิกาโมเลกุลหลายยีน)

ในขณะเดียวกันก็ไม่อาจกล่าวได้ว่าหน้าที่ของยีน T-box ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและสัตว์หลายเซลล์นั้นเหมือนกันทุกประการ ตัวอย่างเช่น ในกบมีผลิตภัณฑ์ยีน สาขามีผลกระตุ้นการทำงานของยีนอย่างมาก Wnt11อ่อนแอกว่ามาก - ต่อยีน ซอกซ์17และไม่ส่งผลต่อยีนแต่อย่างใด คอร์ด(ซึ่งถูกกระตุ้นโดยผลิตภัณฑ์ของยีน T-box อื่น) แต่ถ้าคุณฉีดกบด้วยผลิตภัณฑ์ยีน สาขาที่ได้รับจากแคปซาสปอร์ ปรากฎว่ามันมีผลเช่นเดียวกันกับยีนเป้าหมายทั้งสาม: ความจำเพาะยังไม่ได้รับการพัฒนาที่นี่ และการแยกฟังก์ชันยังไม่เกิดขึ้น กลไกการออกฤทธิ์ของยีน T-box ไม่ได้เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวและตลอดไป พวกมันมีวิวัฒนาการเพียงช้ามากเท่านั้น ในวิวัฒนาการของสัตว์ เราสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนว่ายีนใหม่ที่เกิดขึ้นในตระกูลนี้ "แบ่งปัน" หน้าที่ที่แตกต่างกันระหว่างกันอย่างไร

ดังนั้นยีน สาขา- นี่เป็นหนึ่งในยีนที่เก่าแก่ที่สุดที่ควบคุมการพัฒนาของสัตว์หลายเซลล์ (ดูตัวอย่าง: ยีน Hox กลายเป็นตัวแปรทางวิวัฒนาการมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้, “องค์ประกอบ”, 10/12/2013) ยีนนี้มีอายุมากกว่าพันล้านปี คำถามที่น่าสนใจมากยังคงเปิดอยู่: ในความเป็นจริงกระบวนการทางสรีรวิทยาใดที่สามารถได้รับอิทธิพลจากอะมีบาและเชื้อราโดยยีนที่อยู่ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง (ตัวอย่าง) มีหน้าที่รับผิดชอบในการพัฒนากล้ามเนื้อนอโทคอร์ดและแนวแกน เราคงจะได้รู้ในไม่ช้านี้