August 11, 2022

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Coniset-Forscher schlagen neuen Look für die sexuelle Fortpflanzung vor | Die Arbeit wurde in Nature Communications veröffentlicht

Eine von Konizet-Wissenschaftlern geleitete und in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie liefert neue Hinweise zum Verständnis Ursprung der sexuellen Fortpflanzung. Das schlägt der Artikel vor Das Protein, das die beiden Geschlechtszellen (Gameten) verbindet, hat seinen Ursprung in Archaeen, ohne Kern oder Geschlecht, zusammen mit Bakterien führten vor 3,5 Milliarden Jahren zur Entstehung des Lebens auf dem Planeten. Diese Hypothese lädt uns ein, über das Konzept des „primitiven Geschlechts“ nachzudenken, vor der sexuellen Fortpflanzung, wie wir sie heute kennen. Es ist: Bevor es Sex auf dem Planeten gab, waren die grundlegenden Proteine, die später an der sexuellen Fortpflanzung beteiligt waren, bereits auf der Erde vorhanden.

Artikel erstellt in Zusammenarbeit mit Experten aus Uruguay, Schweiz, Israel und Schweden, das Fusogen – ein Protein, das bei der Verschmelzung von Spermien und Eizellen während der Fortpflanzung hilft – entwickelte sich aus anderen, die bereits in Archaebakterien vorhanden sind. Auf diese Weise entstanden aus dem in diesen primitiven Organismen gefundenen Fusogen auch die Proteine, die die Vermehrung in späteren komplexeren Pflanzen und Wirbellosen ermöglichen. Um dies zu überprüfen, nutzte ein internationales Expertenteam Werkzeuge aus verschiedenen Disziplinen und Bereichen wie Computerbiologie, Röntgenkristallographie, Zellbiologie und künstliche Intelligenz.

Ein Wendepunkt

Archaea sind wie Bakterien einzellig, membranlos und die ersten Lebensformen. „Sie sind 1,5 Milliarden Jahre älter als Eukaryoten. Tatsächlich wird angenommen, dass diese vielzelligen Organismen entstanden sind, als Archaea ein Bakterium verschlang, es als Energiefabrik versklavte und es in Mitochondrien verwandelte“, betont er. Paul AguilarEiner der Studienleiter und Konizet-Forscher am Institut für Physiologie, Molekularbiologie und Neurowissenschaften (Ifibyne).

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Um die Bedeutung der Beiträge dieser Wissenschaftler zu verstehen, ist es notwendig, einen Kontext bereitzustellen, d. h. warum ihr Beitrag als Durchbruch dienen könnte. „Bislang herrscht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass es seit der Entstehung der Eukaryoten sexuelle Fortpflanzung gibt. Findet man die für diesen Prozess notwendigen Proteine, so kommen sie in allen eukaryotischen Organismen vor. Die Hypothese deutete darauf hin, dass die sexuelle Fortpflanzung die Erfindung eukaryotischer Organismen war. „Erst viel später diversifizierten sich primitive zu den komplexen Organismen, die wir heute kennen“, erklärt Aguilar.

Die bekannte Geschichte legt nahe, dass in dieser Reihenfolge Eukaryoten (hochkomplexe Zellen, das genetische Material im Zellkern) vor 2 Milliarden Jahren (1500 Millionen Jahre nach Archaeen und Bakterien) und von dort alle komplexen Organismen, wie Pflanzen, erschienen. Parasiten und Tiere. Mit diesen Zellen trat die sexuelle Fortpflanzung auf, einfach ein neuer Organismus entsteht durch die Verschmelzung von Gameten; Dies war ein starker Kontrast zu Bakterien und Archaebakterien, die diesen Prozess nicht durchliefen.

In diesem Rahmen hinterfragt die Arbeit das etablierte Paradigma: Es wird jedoch vermutet, dass Fusogene, also Schlüsselproteine, die die Reproduktion ermöglichen, möglicherweise von Viren stammen und dann (zusammen mit dem Zellkern und den Membranen) in eukaryotische Zellen gewandert sind. .); Anhand dieses Beitrags lässt sich derzeit durchaus argumentieren Der Ursprung des an der sexuellen Fortpflanzung beteiligten Proteins liegt weit zurück.

Vom Dilemma zum Trilemma

An der Verschmelzung der beiden Gameten sind Proteine ​​aktiv beteiligt, die Fusexine. Obwohl angenommen wird, dass sie vor 2 Milliarden Jahren aufgetaucht sind, deuten Untersuchungen unter der Leitung von Aguilar darauf hin, dass diese Proteine ​​auch in Archaeen vorhanden sind, sodass ihr Ursprung auf 3,5 Milliarden Jahre zurückgeht, was bedeutet, dass sie bereits in Mikroben vorhanden waren, die sich nicht sexuell fortpflanzten. . Es bedeutet mehr: Ein Protein, das für das Gerüst der sexuellen Fortpflanzung entscheidend ist, scheint älter zu sein als das Geschlecht.

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„Pflanzen, Protisten und Insekten haben ein Protein, das Gameten verbindet. 2017 berichteten wir, dass es dem ähnelt, das Dengue- oder Zika-Viren verwenden, um sich mit der Wirtszelle zu verbinden. Ob dies ein vom Virus entdecktes Gen ist, das zur Fortpflanzung verwendet wird in einem angestammten Eukaryoten oder eine Erfindung von eukaryotischen Organismen und einigen Viren, ist unklar, und später haben sie es gestohlen und es benutzt, um in die Zellen einzudringen“, erklärt der Forscher. Es war ein Dilemma, da die Veröffentlichung, als ein neuer Spieler auftauchte, zu einem Trilemma wurde. „Wenn es von Viren, Eukaryoten oder Archaeen stammt. Wir sind immer noch bei dieser letzten OptionDerzeit können wir es nicht mit Gewalt beweisen“, gab er zu.

Obwohl sehr alt, existieren Archaea immer noch in Umgebungen mit extremen Bedingungen wie Wüsten, Salzseen und Geysiren.

Auswirkungen

Veröffentlicht in Forschung Natürliche Kommunikation Dies trägt dazu bei, die Wissensgrenze in diesem regulatorischen Bereich zu erweitern: zu wissen, wie diese Mehrzweckproteine ​​verwendet werden, um bestimmten Viren wie Dengue und Zika zu ermöglichen, Zellen zu infizieren; Und gleichzeitig ermöglichen sie die Befruchtung in eukaryotischen Organismen wie Pflanzen und Parasiten. „Die Untersuchung dieser Mechanismen kann uns helfen, den Lebenszyklus einiger Viren und Parasiten zu unterbrechen, die uns in Zukunft infizieren“, sagt Aguilar.

Abschließend hebt er hervor: „Soweit all diese Hypothesen experimentell beantwortbar sind, kann Zell-Engineering-Arbeit, die darauf abzielt, sie zu manipulieren, neue Zellen schaffen, nicht existierende Zellen. Es könnte sehr wichtig sein.“

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