Hvem har et firekammer hjerte?
Strengt taget er det firekammerhjerte som det kun i fugle og pattedyr, herunder mennesker. Dette skyldes opdelingen af disse dyrs kredsløb i to cirkler af blodcirkulation. Den store cirkel af blodcirkulation leverer blod direkte til kroppens organer, mens den lille cirkel tjener til at mætte blodet med ilt i lungerne. Krokodiller har et betinget firekammerhjerte, fordi selv om det har en hjerteseparation i to ventrikler og to atria, er denne adskillelse ufuldstændig, og om nødvendigt kan krokodillen sende venøs blodig carbondioxid til arterierne. Denne evne hjælper krokodillerne med fordøjelsen ved at stimulere produktionen af mavesaft. Endnu mere konventionelt kan firekammeret betragtes som hjerte af fisk, der ud over atrium og ventrikel har to små kamre - den venøse sinus og aortakeglen.
Fire-kammers krokodille hjerte.
Krokodiller er det eneste reptil, der har et sådant hjerte.
Forresten har de et lille hul i septum mellem maven og blodet blander sig ganske ofte. Derfor kan krokodiller forblive under vand i lang tid.
De siger også, at frøer har et firkammerhjerte, men det ser ud til, at dette ikke er bevist (jeg ved ikke præcis).
Det firekammerhjerte har sådanne levende væsener på jorden som: En normal person, en krokodille, fugle, pattedyr, et firekammerhjerte har: et venstre atrium og et ventrikel, et højre atrium og en ventrikel.
I hjertets fisk er de tokammerede, i amfibier og i de fleste reptiler, tre kamre, men kun fugle og pattedyr har firekammerhjerter. Det eneste reptil med et hjerte med 4 kameraer er en krokodille. Men det er lidt dårligere i den, da atrierne ikke er fuldstændigt adskilt af et interatrielt septum.
Frøerne har trekammerede hjerter, men der er to flere separate inddelinger i dem, så det er kun betinget, at disse amfibiske kamre kun har tre.
Det antages, at de allerførste firekammerhjerter dukkede op på tidspunktet i dinosaurerne, og så gik denne funktion i løbet af evolutionen videre til deres direkte efterkommere.
Manden, der er et pattedyr, har også et firkammerhjerte.
Det fjerde kammerhjerte er i fugle og pattedyr, herunder mennesker.
Kroppodillen (reptil) har også et sådant hjerte, men dette er betinget, da atria har en besked mellem dem.
De fire kamre er to atria, adskilt af en atrialseptum og to ventrikler, der også er adskilt af en septum (interventrikulær)
Atrierne kommunikerer med ventriklerne ved åbningerne, hvor der er en ventil på hver side (der er tre ventiler til højre, to til venstre, det kaldes også mitralventilen).
Den venstre halvdel indeholder arterielt blod, den ret venøse. Ingen besked. Sandt nok har fosteret et hul i det interatriale septum, som normalt vokser ved fødslen eller på livets første mål. Hvis dette ikke sker, udvikler en hjertefejl.
Mærkeligt, da det kan lyde, har en person et firkammerhjerte.
Fugle har det samme hjerte - for eksempel har en due et hjerte sådan.
Som allerede nævnt er krokodillen blevet de lykkelige ejere af denne vigtige krop.
Faktisk uanset hvad hjertet af nogen - det vigtigste, som det slår og virker.
Det firekammerhjerte består af højre atrium, højre ventrikel, venstre atrium og venstre ventrikel. Fugle og pattedyr (herunder mennesker) har sådanne hjerter.
Reptiler har et trekammerhjerte, men en af deres repræsentanter, krokodillen, har allerede et firkammerhjerte (selv om det interatriale septum stadig ikke adskiller helt atriumet).
Generelt er det fire-kammerhjerte, hos fugle og pattedyr, herunder mennesker. Det 4-kammerhjerte omfatter venstre atrium og ventrikel og højre atrium og ventrikel. Den eneste amfibie med et 4-kammer hjerte er krokodillen.
Først og fremmest er vi selvfølgelig med jer, det vil sige, folk har et 4-kammer hjerte. Også 4-kammer hjerte har fugle, pattedyr, reptiler. Strukturen af hjertet af alle disse individer er meget ens.
Hos mennesker, krokodiller, er alle dyr pattedyrsklasse og mange flere.
Hvem har et firekammer hjerte?
Fire-kammers krokodille hjerte.
Krokodiller er det eneste reptil, der har et sådant hjerte.
Forresten har de et lille hul i septum mellem maven og blodet blander sig ganske ofte. Derfor kan krokodiller forblive under vand i lang tid.
De siger også, at frøer har et firkammerhjerte, men det ser ud til, at dette ikke er bevist (jeg ved ikke præcis).
Strengt taget er det firekammerhjerte som det kun i fugle og pattedyr, herunder mennesker. Dette skyldes opdelingen af disse dyrs kredsløb i to cirkler af blodcirkulation. Den store cirkel af blodcirkulation leverer blod direkte til kroppens organer, mens den lille cirkel tjener til at mætte blodet med ilt i lungerne. Krokodiller har et betinget firekammerhjerte, fordi selv om det har en hjerteseparation i to ventrikler og to atria, er denne adskillelse ufuldstændig, og om nødvendigt kan krokodillen sende venøs blodig carbondioxid til arterierne. Denne evne hjælper krokodillerne med fordøjelsen ved at stimulere produktionen af mavesaft. Endnu mere konventionelt kan firekammeret betragtes som hjerte af fisk, der ud over atrium og ventrikel har to små kamre - den venøse sinus og aortakeglen.
Gen og dannelsen af et firekammerhjerte
Biologer har opdaget et gen, hvis ændringer førte til en evolutionær overgang fra et trekammerhjerte i amfibier og krybdyr til et firekammer i fugle og dyr, som vil hjælpe med at opryse, hvordan de blev varmblodede. Hjertet af fugle, pattedyr og krokodiller, der er opdelt i to halvdele, tillader to cirkler af blodcirkulation at eksistere, henholdsvis "lunger" og lungerne og organismen som helhed. Som følge heraf blander arterielt og venøst blod ikke som i trekammers hjerte af amfibier, og kroppen er meget bedre forsynet med ilt.
Blandt reptiler er der forskellige varianter af "design" af hjertet. Især har skildpadden i deres trekammerhjerte ventrikel et septum, som dog ikke adskiller dem fuldstændigt. "Hjertet i reptiler var genstand for kontroverser - om det har en enkelt ventrikel eller to ventrikler, der ikke er fuldt adskilt", skriver undersøgelsen, en gruppe forskere fra USA, Canada og Japan under ledelse af Katsuko Koshiba-Takeuchi fra University of California i san francisco
De gennemførte en sammenlignende undersøgelse af rødskildpadder (Trachemys scripta elegans) og iguaner - rødt-throated anoles (Anolis carolinensis) med hensyn til genetiske faktorer forbundet med hjerteudviklingen i embryonale stadier. Resultaterne af observationer viste, at i både skildpadder og iguaner i første fase manifesteres Tbx5-genet på hele overfladen af den fremtidige ventrikel, men i de senere faser af skildpadderne virker dette gen kun i venstre halvdel. I pattedyr og fugle er dette gen forbundet netop med dannelsen af venstre ventrikel.
Dette betyder, at Tbx5-genet i udviklingsprocessen begynder at begynde at danne strukturen af et firekammerhjerte. For at bekræfte denne hypotese udførte forskere et forsøg på mus, der havde Tbx5 genet slået fra. Som et resultat forsvandt skillevæggen mellem ventriklerne i mus, et trekammerhjerte, der lignede hjerte af krybdyr, blev dannet.
Hvem har et enkeltkammer, to-kammer, tre-kammer, firekammerhjerte?
Amfibier og krybdyr har allerede to cirkler af blodcirkulationen, og deres hjerte er trekammeret (interatriale septum fremkommer). Den eneste moderne reptil, der har en ringere (den interatriale septum adskiller ikke fuldt ud atrierne), men allerede er det firekammerhjerte en krokodille. Det menes, at det første kammerhjerte for første gang optrådte i dinosaurer og primitive pattedyr. I fremtiden er de direkte efterkommere af dinosaurer - fugle og efterkommere af primitive pattedyr - moderne pattedyr arvet denne struktur af hjertet.
Hjertet af alle akkordater har nødvendigvis en hjertepose (perikardium), ventilapparat. Mollusks hjerter kan også have ventiler, har et perikardium, som i svælget dækker tyndtarmen. I insekter og andre leddyr kan organerne i kredsløbssystemet i form af peristaltiske udvidelser af de store skibe kaldes hjerter. I akkordater er hjertet et oparret organ. I bløddyr og leddyr kan mængden variere. Begrebet "hjerte" gælder ikke for orme mv.
[rediger] hjertet af pattedyr og fugle
Den molekylære mekanisme til omdannelse af et trekammerhjerte til et kammer med hjerte er dechifreret.
Udseende af det firekammerhjerte hos fugle og pattedyr var den vigtigste evolutionære begivenhed, takket være, at disse dyr kunne blive varmblodede. En detaljeret undersøgelse af hjerteudviklingen i øgler og skildpaddeembryoner og dens sammenligning med de foreliggende data om amfibier, fugle og pattedyr viste, at nøglerollen ved omdannelse af et trekammerhjerte til en firekammer en blev spillet af ændringer i Tbx5-reguleringsgenet, som fungerer i den oprindeligt enkle ventrikel. Hvis Tbx5 er ekspressivt (virker) jævnt i hele kimen, er hjertet trekammeret, hvis det kun er på venstre side - firekammeret.
Fremkomsten af hvirveldyr på land var forbundet med udviklingen af lungeskade, hvilket krævede en radikal omstrukturering af kredsløbssystemet. I åndedrættende gylder, en cirkel af blodcirkulation og henholdsvis hjertet, to-kammer (består af et atrium og en ventrikel). I terrestriske hvirveldyr er der et tre- eller firekammerhjerte og to cirkler af blodcirkulation. En af dem (små) driver blod gennem lungerne, hvor det er mættet med ilt; så vender blodet tilbage til hjertet og går ind i venstre atrium. Den store cirkel leder det iltrige (arterielle) blod til alle andre organer, hvor det giver op ilt og vender tilbage til hjertet gennem venerne til højre atrium.
Hos dyr med trekammeret kommer blod fra begge atrier ind i en enkelt ventrikel, hvorfra den derefter bevæger sig til lungerne og til alle andre organer. Samtidig blandes arterielt blod i varierende grad med venøst blod. Hos dyr med et kammer med hjerter under embryonisk udvikling deles den enkelte ventrikel oprindeligt af en septum i venstre og højre halvdel. Som følge heraf er to omløb fuldstændig adskilt: veneblod får kun i højre hjertekammer, og går derfra til lungerne, arteriel - kun den venstre ventrikel, og går ud til alle de andre organer.
Dannelsen af et firekammerhjerte og den fuldstændige adskillelse af blodcirkulationscirklerne var en nødvendig forudsætning for udviklingen af varmblodighed hos pattedyr og fugle. Vævene fra varmblodede dyr bruger meget ilt, så de har brug for "rent" arterielt blod, som er maksimalt mættet med ilt og ikke blandet arterielt venøst blod, hvilke koldblodede hvirveldyr med et trekammeret er tilfredse med (se: Phylogenesis of circulatory chordus).
Et trekammerhjerte er karakteristisk for amfibier og de fleste reptiler, selvom sidstnævnte har en delvis adskillelse af ventriklen i to dele (en ufuldstændig intraventrikulær septum udvikler sig). Det nuværende firkammerhjerte udviklede sig uafhængigt i tre evolutionære linjer: i krokodiller, fugle og pattedyr. Dette betragtes som et af de mest fremtrædende eksempler på konvergent (eller parallel) evolution (se: Aromorphoses og parallel evolution; Parallelisms and homological variability).
En stor gruppe forskere fra USA, Canada og Japan, som offentliggjorde deres resultater i det seneste udgave af tidsskriftet Nature, satte op for at finde ud af det molekylære genetiske grundlag for denne vigtige aromorfose.
Forfatterne undersøgte detaljeret hjerteudviklingen i to reptilembryoner - den røde urt-skildpadde Trachemys scripta og anoly-firbenet (Anolis carolinensis). Reptiler (undtagen krokodiller) er af særlig interesse for at løse problemet, da strukturen af deres hjerte på mange måder er mellemliggende mellem typiske trekammer (som f.eks. Amfibier) og ægte firekammer, som krokodiller, fugle og dyr. I mellemtiden har ingen ifølge artiklernes forfattere i 100 år alvorligt studeret embryonale udvikling af reptilhjertet.
Undersøgelser udført på andre hvirveldyr har endnu ikke givet et klart svar på spørgsmålet om, hvilke genetiske forandringer der forårsagede dannelsen af et firkammerhjerte i løbet af evolutionen. Det var imidlertid observeret, at den regulerende gen af henholdsvis Tbx5, koder for et protein - (Jf. Transkriptionsfaktorer) transkription regulator forskelligt virker (udtrykt) i udviklingslandene hjerte i padder og varmblodet. Først er det udtrykkes ensartet på alle fremtidige ventrikel, i det andet udtryk for dens maksimum i venstre side af kimen, hvorfra dannede efterfølgende den venstre ventrikel, og den højre er minimal. Det blev også fundet, at et fald i Tbx5 aktivitet fører til defekter i udviklingen af septum mellem ventriklerne. Disse fakta tillod forfatterne at foreslå, at ændringer i Tbx5-genaktiviteten kunne spille en rolle i udviklingen af det firekammerhjerte.
Under udviklingen af et øgles hjerte udvikler en muskelrulle i ventrikel, der adskiller delvist ventrikulær udløb fra hovedhulrummet. Denne rulle blev fortolket af nogle forfattere som en struktur homolog med den intergastriske opdeling af hvirveldyr med et firkammerhjerte. Forfatterne af artiklen under drøftelse, på grundlag af at studere rullens vækst og dens fine struktur, afviser denne fortolkning. De er opmærksomme på, at den samme pude vises kort i løbet af udviklingen af hjertet af et kyllingembryo - sammen med den ægte septum.
De data, der er opnået af forfatterne, tyder på, at ingen strukturer, der er homologe med den nuværende interventrikulære septum, synes at danne sig i firbenet. Skildpadden udgør tværtimod en ufuldstændig skillevæg (sammen med en mindre udviklet muskelrulle). Dannelsen af denne skillevæg i skildpadden begynder meget senere end i kyllingen. Ikke desto mindre viser det sig at hjertet af en firben er mere "primitiv" end en skildpadde. Skildpaddets hjerte er mellemliggende mellem typiske trekammerede (såsom amfibier og firben) og firekammerede, såsom krokodiller og varmblodede. Dette er i strid med almindeligt accepterede ideer om udviklingen og klassificeringen af krybdyr. På baggrund af skildpaddernes anatomiske egenskaber blev det traditionelt betragtet som den mest primitive (basale) gruppe blandt moderne reptiler. En sammenlignende analyse af DNA udført af en række forskere påpegede dog gang for gang på nærheden af skildpadder til archosaurs (en gruppe krokodiller, dinosaurer og fugle) og en mere grundlæggende position af skællede (firben og slanger). Hjertets struktur bekræfter denne nye evolutionære ordning (se figur).
Forfatterne studerede ekspressionen af flere regulerende gener i et skildpadds og ædles udviklingshjerte, herunder Tbx5-genet. I fugle og pattedyr, allerede i meget tidlige faser af embryogenese, dannes en skarp ekspansionsgrad af dette gen i ventrikulærknoppen (ekspression falder hurtigt fra venstre mod højre). Det viste sig, at Tbx5-genet i de tidlige stadier af firbenet og skildpadden udtrykkes på samme måde som i frøen, det vil sige jævnt i den fremtidige ventrikel. Ved firben fortsætter sådan situation, indtil udgangen af embryogenese, og i de senere faser skildpadde formet gradient udtryk - væsentlige den samme som i chick udtrykt kun svagere. Med andre ord, i den højre del af ventriklen, mindskes genaktiviteten gradvist, mens den i venstre del forbliver høj. Således indtager skildpadden ifølge udtryksmønsteret for Tbx5-genet også en mellemstilling mellem firbenet og kyllingen.
Det er kendt, at proteinet kodet af Tbx5 genet er regulerende - det regulerer aktiviteten af mange andre gener. På basis af de opnåede data var det naturligt at antage, at udviklingen af ventriklerne og taben af interventrikulær septum styres af Tbx5 genet. Det har tidligere vist sig, at et fald i Tbx5-aktivitet i musembryoer fører til defekter i udviklingen af ventriklerne. Dette var imidlertid ikke nok til at overveje Tbx5's "førende" rolle i dannelsen af et firkammerhjerte.
For overvægten af beviser, forfatterne anvendes flere linier af genetisk modificerede mus, hvor under fosterudviklingen henholdsvis Tbx5 gen kan slås fra i en særlig del af hjertet rudiment af eksperimentatorens anmodning.
Det viste sig, at hvis du slukker for genet i hele knop af hjertekamrene, den rudiment ikke selv begynder at blive opdelt i to halvdele: den udvikler sig fra en enkelt ventrikel uden nogen spor mezhzheludochnoy partitioner. Karakteristiske morfologiske træk, hvorved højre ventrikel kan skelnes fra venstre, uanset forekomsten af en septum, er heller ikke dannet. Med andre ord opnås museembryoner med et trekammerhjerte! Sådanne embryoner dør på den 12. dag med embryonisk udvikling.
Det næste forsøg var, at Tbx5 genet blev slukket kun på højre side af ventrikulærknoppen. Således skiftedes koncentrationsgradienten af det regulerende protein kodet af dette gen skarpt til venstre. I princippet var det muligt at forvente, at i en sådan situation begynder interventionsseptumet at danne mere til venstre, end det burde være. Men det skete ikke: partitionen begyndte slet ikke at danne sig, men der var en deling af rudimentet i venstre og højre dele ifølge andre morfologiske træk. Dette betyder, at gradienten af Tbx5-ekspression ikke er den eneste faktor, der styrer udviklingen af det firekammerhjerte.
I et andet forsøg lykkedes forfatterne at sikre, at Tbx5-genet blev jævnt udtrykt i kim af musembryoens ventrikler, omtrent det samme som i en frø eller firben. Dette førte igen til udviklingen af museembryoner med et trekammerhjerte.
De opnåede resultater viser, at ændringer i arbejdet i det Tbx5 regulerende gen faktisk kunne spille en vigtig rolle i udviklingen af det firekammerhjerte, og disse ændringer skete parallelt og uafhængigt hos pattedyr og archaurs (krokodiller og fugle). Således bekræftede undersøgelsen igen, at ændringer i genernes aktivitet - regulatorer af individuel udvikling spiller en nøglerolle i udviklingen af dyr.
Selvfølgelig ville det være endnu mere interessant at designe sådanne genetisk modificerede firben eller skildpadder, hvor Tbx5 ville udtrykke sig som hos mus og kyllinger, det vil sige på venstre side af ventriklen stærkt og på højre side er det svagt, og se om det ikke gør det hjerte mere som et fire-kammer. Men dette er stadig ikke teknisk muligt: reptilgenetik har ikke udviklet sig hidtil.
Hvem har et firekammer hjerte
I fisk er hjertet tokammeret, består af et atrium og en ventrikel. En cirkel af blodcirkulation: venet blod fra hjertet går til gællerne, hvor det bliver arterielt, går til alle organer i kroppen, bliver venøst og vender tilbage til hjertet.
I amfibier (frøer og newter) er hjertet trekammeret og består af en ventrikel og to atria. To cirkler af blodcirkulation:
- Stor cirkel: Fra ventrikel blandet blod går til alle organer i kroppen, bliver venøst, vender tilbage til højre atrium.
- Lille cirkel: Fra ventrikel det blandede blod går til lungerne, bliver arteriel, vender tilbage til venstre atrium.
- Fra atria blod går ind i ventriklen, det blandes op.
I reptiler (øgler, slanger, skildpadder) er kredsløbssystemet det samme som i amfibier, der ses en ufuldstændig septum i ventriklen, som delvis adskiller blod: lungerne modtager det mest venøse blod, hjernen er mest arterielle og alle andre organer blandes. Krokodiller har et hjerte med fire kammer, blodblanding forekommer i arterierne.
I pattedyr og fugle er kredsløbssystemet det samme som hos mennesker.
test
26-01. Fire-kammer hjerte
A) alligator
B) skildpadder
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 kredsløbssystemet i fisk?
A) hjertet er kun fyldt med venøst blod
B) der er to cirkler af blodcirkulation.
C) trekammerhjerte
D) Transformationen af arterielt blod ind i venøs forekommer i rygmarvets blodkar
4.26. Dannelsen af amfibier i udviklingen af et trekammerhjerte førte til, at cellerne i deres krop begyndte at blive forsynet med blod.
A) venøs
B) arteriel
B) blandet
D) rig på ilt
5.26. Fremkomsten af det trekammerhjerte i amfibier bidrog
A) deres landgang
B) åndedræt
B) øge kroppens størrelse
D) udvikling af deres larver i vand
26-06. Har repræsentanter for hvilken af de ovennævnte klasser af akkordater en blodcirkulation?
A) fugle
B) fisk
C) pattedyr
D) reptiler
7.26. I udviklingsprocessen førte udseendet af en anden cirkel af blodcirkulation i dyr til fremkomsten
A) åndedræt
B) lungeskade
B) trakeal vejrtrækning
D) åndedræt i hele kroppen
8.26. Er dommene om fiskens kredsløbssystem korrekte?
1. Fisk har et tokammerhjerte, det indeholder venøst blod.
2. I fiskens gylle beriges venøst blod med ilt og omdannes til arterielt blod.
A) kun 1 er sandt
B) kun 2 er sandt
C) begge domme er sande
D) begge domme er forkerte
9.26. Er dommene om cirkulationssystemet af amfibere korrekte?
1. Hjertet af amfibier består af to kamre.
2. Venøst blod fra organer og væv indsamles i venerne og går ind i højre atrium og derefter ind i ventriklen.
A) kun 1 er sandt
B) kun 2 er sandt
C) begge domme er sande
D) begge domme er forkerte
Hvilke dyr har et trekammer hjerte
Som et resultat af evolutionen blev alle organer af levende væsener forbedret, herunder kredsløbssystemet. Hjertet er hovedorganet i systemet, der er ansvarlig for blodgennemstrømningen gennem blodkarrene.
De enkleste skabninger og organismer har ikke dette organ. Det mest primitive hjerte forekommer i brystorms orme, som er repræsenteret af en enkelt ventrikel. Det tokammerhjerte udvikler for første gang i fisk og lamellat-podning.
Udseendet af et trekammer hjerte blev lettet af fremkomsten af skabninger på land. Det har mange flere fordele i forhold til de tidligere, men stadig ikke perfekte. Orgelet består af en ventrikel og to atria. Derudover har dyr med et trekammerhjerte 2 cirkler med blodcirkulation.
Hvem ejer ejet af et trekammerhjerte?
- amfibier eller amfibier (frøer, padder, frøer, salamandere);
- reptiler (slanger, skildpadder, øgler, krokodiller).
Vi bør også overveje strukturen af krokodilhjerte. Ventrikelens septum er hul og danner dermed et firekammerhjerte. Men da der er et hul i midten i skillevæggen, er krokodilets hjerte ikke et fuldt fire-kammer, ligesom i fugle, pattedyr og mennesker.
Hvordan trekammerets hjerte blev fire-kammer
Fremkomsten af hvirveldyr på land var forbundet med udviklingen af lungeskade, hvilket krævede en radikal omstrukturering af kredsløbssystemet. I åndedrættende gylder, en cirkel af blodcirkulation og henholdsvis hjertet, to-kammer (består af et atrium og en ventrikel). I terrestriske hvirveldyr er der et tre- eller firekammerhjerte og to cirkler af blodcirkulation. En af dem (små) driver blod gennem lungerne, hvor det er mættet med ilt. Så vender blodet tilbage til hjertet og går ind i venstre atrium. Den store cirkel leder det iltrige (arterielle) blod til alle andre organer, hvor det giver op ilt og vender tilbage til hjertet gennem venerne til højre atrium.
Hos dyr med trekammeret kommer blod fra begge atrier ind i en enkelt ventrikel, hvorfra den derefter bevæger sig til lungerne og til alle andre organer. Samtidig blandes arterielt blod med venøst blod. Hos dyr med et kammer med fire kammer, under udvikling er en enkelt ventrikel oprindeligt opdelt af en septum i venstre og højre halvdel. Som følge heraf er de to cirkler af blodcirkulation helt adskilt: iltfattigt blod går fra højre atrium ind i højre ventrikel og går derfra til lungerne, mættet med ilt fra venstre atrium kun i venstre ventrikel og går derfra til alle andre organer.
Dannelsen af et firekammerhjerte var en nødvendig forudsætning for udviklingen af varmblodighed hos pattedyr og fugle. Varmblodede væv bruger meget ilt, så de har brug for "rent" arterielt blod, den mest mættede med ilt. Et blandet arterielt venøst blod kan være tilfreds med koldblodede hvirveldyr med et trekammerhjerte. Et trekammerhjerte er karakteristisk for amfibier og de fleste reptiler, selvom sidstnævnte har en delvis adskillelse af ventriklen i to dele (en ufuldstændig intraventrikulær septum udvikler sig). Det nuværende firkammerhjerte udviklede sig uafhængigt i tre evolutionære linjer: i krokodiller, fugle og pattedyr. Dette er et levende eksempel på parallel udvikling.
Biologer fra USA, Canada og Japan lykkedes delvist at dechiffrere molekylære genetiske grundlag for denne store evolutionære begivenhed (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Hovedrollen i den blev spillet af ændringer i Tbx5 genet. Dette gen, som koder for et regulerende protein, udtrykkes forskelligt i det udviklende hjerte i amfibier (Xenopus spur-like frog) og varmblodede (kylling og mus) hjerter. I det førstnævnte udtrykkes det ensartet gennem den fremtidige ventrikel, i sidstnævnte er dets udtryk maksimal i venstre del af anlage (i den fremtidige venstre ventrikel) og minimal til højre. Og hvad med reptiler?
Det blev fundet, at Tbx5-genet i reptiler - firben og skildpadder - i tidlige embryonale stadier udtrykkes på samme måde som i en frø, det vil sige jævnt i den fremtidige ventrikel. I firbenet er alt tilbage til udgangen af udviklingen. Som en frøen danner firben ikke noget som ligner en septum (i det mindste delvis) mellem ventriklerne.
Hvad angår skildpadden, dannes der i sine sene faser en ekspressionsgradient - det samme som i kyllingen, kun mindre udtalt. Med andre ord, i den højre del af ventriklen, mindskes genaktiviteten gradvist, mens den i venstre del forbliver høj. Således er skildpadden ifølge karakteren af Tbx5-ekspression mellem lizard og kylling. Det samme kan siges om hjertets struktur. Skildpadden danner en ufuldstændig skillevæg mellem ventriklerne, men i senere stadier end i kyllingen. Turtles hjerte er mellemliggende mellem det typiske tre-kammer (som i amfibier og firben) og fire kammer, som i krokodiller og varmblodede.
For at bekræfte Tbx5-genets ledende rolle i udviklingen af hjertet blev eksperimenter udført med modificerede mus. I disse mus var det muligt, på eksperimentets anmodning, at slukke Tbx5-genet i en eller en anden del af hjertekimen. Det viste sig, at hvis du slukker genet i hele ventrikulærknoppen, begynder kimen ikke engang at opdele sig i to halvdele: en enkelt ventrikel udvikler sig uden at få spor af septum. Få musembryoner med et trekammerhjerte! Sådanne embryoner dør på den 12. dag med embryonisk udvikling.
I et andet forsøg lykkedes forfatterne at sikre, at Tbx5-genet er jævnt udtrykt i kim af musembryoens ventrikler - ligesom i frøen og firbenet. Dette førte igen til udviklingen af museembryoner med et trekammerhjerte.
Det ville selvfølgelig være endnu mere interessant at konstruere sådanne genetisk modificerede firben eller skildpadder, hvor Tbx5 ville udtrykke sig som hos mus og kyllinger, dvs. stærkt i venstre side af ventriklen, svagt i højre side og se om fra dette hjerte er mere som et fire-kammer. Men dette er endnu ikke muligt: reptilgenetik har ikke udviklet sig hidtil.
Det er klart, at evolution for at skabe en varmblodhed, og alt, der giver denne transformation (hjerte, kredsløbssystem, integument, udskillelsessystem osv.) Anvendte enkle værktøjer: jo mindre indstillinger er nødvendige, desto bedre. Og hvis et trekammerhjerte kan omdannes til et firekammer i et trin, så er der ingen grund til ikke at udnytte det.
Gen duplikering
MULTIFUNCTIONAL GENES - GRUNDLAG AF EVOLUTIONÆRE INNOVATIONER.
Tanken om, at genduplikation er den vigtigste kilde til evolutionære innovationer, blev udtrykt allerede i 1930'erne af en fremragende biolog John Haldane (Haldane, 1933). I dag er der ingen tvivl om det. Ideen er enkel. Udseendet af en "ekstra" kopi af et gen i genomet åbner frihed til evolutionært eksperiment. Mutationer, der forekommer i en af de to kopier og svækker genens oprindelige funktion, vil ikke blive elimineret ved udvælgelse, fordi der er en anden kopi, der forbliver den samme funktionalitet. Udvælgelse udelukker kun de mutationer, som reducerer kroppens egnethed, og for dette er det nødvendigt, at begge kopier af genet bliver forkælet på en gang. Derfor vil et af eksemplerne sandsynligvis forblive mere eller mindre uændret, mens den anden vil begynde at frigøre tilfældige mutationer frit. Mest sandsynligt vil denne skiftende kopi være håbløst ødelagt eller helt tabt. Der er dog en chance for, at en eller anden mutation vil tilføje en ny nyttig ejendom til en skiftende kopi. Det er nok, at denne ejendom oprindeligt blev udtrykt i den mindste grad. Udvalget vil "gribe" den fordel, der er opstået, og vil begynde at optimere genet for den nye funktion.
Denne måde at udvikle innovation kaldes neofunctionalization. Et af kopierne af det fordoblede gen forbliver under virkningen af rensningsvalget, ændrer ikke og bevarer den gamle funktion, mens den anden kopi erhverver en ny. Selvfølgelig vil den nye funktion i de fleste tilfælde være relateret til den oprindelige: det vil være en vis variation på det gamle tema (husk, vi talte i kapitel 1 om overgangsproblemet fra en elevation af fitnesslandskabet til et andet?)
Det sker ofte, at et protein, som er optimeret ved valg til en enkelt funktion, også kan udføre andre funktioner, der er sekundære eller helt unødvendige for kroppen med lav effektivitet, blot som en bivirkning. For eksempel kan de fleste enzymer specialiseret til at arbejde med et enkelt substrat arbejde lidt med andre molekyler svarende til hovedsubstratet. Man kan sige om sådanne enzymer, at de er præ-tilpasset til erhvervelsen af en ny funktion. Hvis forholdene ændrer sig på en sådan måde, at denne ekstra funktion viser sig nyttig, kan proteinet specialisere sig i det - gøre hobbyen til et hovedjob (Conant, Wolfe, 2008). Desuden vil det være særligt nemt at gøre, hvis proteinet genet utilsigtet gennemgår en overlapning. Faktisk kan i dette tilfælde et af genkopierne beholde den gamle specialisering, og den anden kan optimeres til at udføre den nye funktion. Dette kaldes subfunktionalisering eller simpelthen adskillelse af funktioner.
Tja, hvis vigtigste funktion af proteinet er stadig nyttig ekstra funktion ( "hobby") er også nyttige, og arbejdsdelingen ikke forekommer, fordi genet ikke duplikeres? I dette tilfælde vil udvælgelsen optimere proteinet til at udføre begge funktioner samtidigt. Dette er den mest almindelige ting: mange gener udfører faktisk ikke en, men flere nyttige funktioner i kroppen (for enkelhed vil vi tale om sagen, når der er to funktioner). Et sådant gen er i en tilstand af adaptiv konflikt. Hvis der opstår en mutation i den, der forbedrer ydelsen af en af funktionerne, vil den kun være nyttig, hvis den anden funktion ikke lider under dette. Som følge heraf repræsenterer genet mellem de to retninger for optimering og dets struktur et kompromis mellem modstridende udvælgelseskrav. Det er klart, at ingen af de to funktioner i en sådan situation kan bringes til perfektion. For sådanne gener kan overlapning blive en "efterlengtet befrielse" fra intern konflikt. Hvis det multifunktionelle gen bliver til sidst dupliceret, vil de resulterende kopier sandsynligvis dele opgaverne indbyrdes og hurtigt optimeres i forskellige retninger. Sådan er mønsteret for at undgå adaptiv konflikt.
Klassiske eksempler på fremkomsten af nye gener ved dobbeltarbejde
Kristalliner er proteiner fra øjets linsen. Vandopløselighed, gennemsigtighed og stabilitet (lang "holdbarhed") - næsten de eneste obligatoriske krav til udvælgelse af proteiner til crystallin. Det er sandsynligvis af denne grund, at forskellige typer krystalliner hos dyr blev gentagne gange dannet af det mest forskelligartede "improviserede materiale". F.eks. Forekom deltakrystaller af fugle og reptiler ved duplikation og subfunktionalisering fra enzymet argininosuccinat-lyase, tau-krystalliner fra enolase, SIII-krystalliner fra glutathion-S-transferase, zeta-krystallinsk fra quinonoxidoreduktase. Nogle krystalliner beholdt endda deres enzymatiske aktivitet: Sådanne proteiner kan fungere som krystalliner i linsen og i andre væv som enzymer eller chaperoner [70]. Således er epsilon-krystallinsk hos fugle samtidigt et enzym lactat dehydrogenase (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Gen duplikationer og subfunctionalization frigøre dem ofte fra en sådan kombination. For eksempel kombinerer krystallinsk alfa-B i mennesker krystallinske og chaperonfunktioner, mens det tilsvarende gen duplikerer det tilsvarende gen med en kopi (alfa-B1) med fokus på den optiske funktion i den krystallinske linse og den anden (alfa B2) på chaperonens funktion i andre væv (Smith et al., 2006).
Især ofte er krystalliner dannet af glycolysenzymer - en biokemisk proces, hvorunder cellen gemmer energi, splitter glukose uden at bruge ilt. Faktum er, at linsen i embryonisk udvikling dannes af celler, der ikke er i stand til iltrespiration: disse celler kan kun udvinde energi ved glykolyse. Derfor er de ligefrem fyldt med glycolytiske enzymer. Men naturligt valg er en stor opportunist og opportunist; han skaber tilpasninger ikke fra det, der er bedre, men fra det der kommer først.
Ved at tiltrække chaperoner for kristallinernes rolle, handler logikken om det samme - opportunistiske. Chaperoner er ansvarlige for stabiliteten af strukturen af andre proteiner og glider virkningerne af stressfaktorer, det være sig mutationer eller temperatursvingninger. Linsen er dannet i en vis forstand i "stressfulde" forhold (uden oxygen respiration), og dets indhold skal være meget modstandsdygtig overfor enhver stress: linsen skal bibeholde sin gennemsigtighed og lysbrydningsegenskaber gennem hele livets levetid under høje lysforhold uden nogen hjælp udefra uden blodkar uden nerver. Derfor er tilstedeværelsen af chaperoner i formlinsen en tilpasning ret logisk. Nå, da de allerede er der, hvad er der ikke noget materiale for udviklingen af nye krystalliner?
Protein antifreezes af Antarktis fisk. Nototeny fisk er den mest forskelligartede og massegruppe af fisk i de kolde Antarktis hav. Succesen med nototeny er forbundet med tilstedeværelsen i deres blod af fantastiske frostvæske proteiner. Disse proteiner slutter sig til de efterfølgende iskrystaller og tillader dem ikke at vokse, hvilket gør dem i stand til at leve ved ekstremt lave temperaturer (saltt havvand fryser ved -1,9 ° C og blodet af almindelig havfisk ved -0,7... -0,1 ° C). Overraskende nok er antifreeze nototenyh afledt af protein, hvis funktion ikke har noget at gøre med beskyttelse mod frysning. Deres forfader var trypsin, et enzym i bugspytkirtlen, der bryder ned proteiner i fordøjelseskanalen. Alle antifreeze gener (der er flere af dem) ligner hinanden meget og er tydeligt forekommet ved successive duplikationer fra et enkelt forfædre gen, der igen blev dannet ud fra et duplikat af genet, som koder for trypsinogen (proteinet, hvorfra enzym trypsin produceres). Begyndelsen og slutningen af antifreeze-generne forblev den samme som trypsinegenet, og i midten var et repetitivt (amplificeret) ni-nukleotidfragment fra den midterste del af trypsingenet, som koder for tre aminosyrer: threonin-alanin-alanin. Dette gentagne aminosyre-motiv danner rygraden i frostvæskemolekylet. At dømme efter indikationerne på molekylet uret, duplikering af det oprindelige trypsin gen og udseendet af den første frostvæske opstod for 5-14 millioner år siden. Dette falder omtrent sammen med tiden for en skarp afkøling i Antarktis (10-14 Ma) såvel som med udbrud af hurtig adaptiv stråling af nototeniumfisk (Chen et al., 1997).
En repræsentant for nototenia, den antarktiske tandfisk Dissostichus mawsoni, påviste et proteinmellemprodukt mellem trypsinogen og typisk frostvæske: fragmenter af det oprindelige trypsinogen forblev i det, som blev tabt af de resterende antifreezes. Dette protein er en reel molekylær "overgangsform".
Nogle arktiske fisk i løbet af tilpasning til livet i det iskolde vand syntes også frostbeskyttelsesproteiner, men andre. Antifreeze torsk ligner i sin struktur frostvæske nototenivyh, men har intet til fælles med trypsinogen. Oprindelsen af torsk frostvæske er endnu ikke blevet afklaret, det er kun klart, at det var en selvstændig erhvervelse. Andre arktiske fisk har deres egen unikke frostvæske dannet af andre proteiner - lectiner og apolipoproteiner (True, Carroll, 2002).
Udseendet af specialiseret ribonuklease (et enzym der nedbryder RNA) hos aber, der fodrer på blade. I Kolobins - Old World-aber, der føder sig til at fordøje plantefødevarer - har en særlig del af maven udviklet sig, hvor symbiotiske bakterier fordøjer den uspiselige dyremasse [71]. Apen selv foderer faktisk på disse bakterier, og i dem er der som i nogen hurtigt voksende bakteriepopulationer en masse RNA.
For at fordøje bakteriel RNA har kolobiner et enzym - RNase, der er i stand til at arbejde i et surt miljø. Forfædrene af kolobin havde ikke noget sådant enzym. Men de, som alle aber, havde en anden RNase (RNase1), der arbejder i et alkalisk medium og i stand til at spalte dobbeltstrenget RNA. Dette er en af mekanismerne for antiviral beskyttelse, der ikke er relateret til fordøjelsen.
I forbindelse med overgangen til ernæringen af symbiotiske bakterier har kolobin udviklet en ny RNase, RNase1B. Det produceres i bugspytkirtlen og kommer ind i tyndtarmen. I tarmene af colobiner er i modsætning til andre aber, miljøet surt og ikke alkalisk. Det nye enzym fordøjer perfekt bakteriel RNA, men er ikke i stand til at neutralisere dobbeltstrenget viralt RNA.
Rnase1B genet fremkom som et resultat af duplikering af det oprindelige RNase1 gen. Efter duplikering bevarede en af kopierne den gamle funktion, mens den anden fik en ny. Samtidig blev den første kopi handlet med et rensningsvalg, og det andet var positivt, hvilket førte til konsolidering af ni betydelige udskiftninger. Eksperimenter har vist, at hver af disse ni substitutioner reducerer effektiviteten ved at udføre den oprindelige funktion - splittelse af dobbeltstrenget RNA. Derfor var dobbeltarbejde nødvendigt for udviklingen af en ny funktion: Hvis Kolobin ikke havde en "reserve" kopi af genet, der fortsatte med at udføre den gamle funktion, ville udvælgelsen næppe kunne klare disse ni mutationer (Zhang et al., 2002).
Mælkeproteiner af kakerlakken Diploptera punctata. Disse viviparøse kakerlakker fodrer deres unge afkom med specielle proteiner, der er opstået ved overlapning og neofunktionalisering fra lipocalin-ekstracellulære proteiner, der er ansvarlige for transport af små hydrofobe molekyler (lipider, steroider, retinoider osv.) (Williford et al., 2004). Tilsyneladende var der fra det samme forfædre lipocalin i en anden kakerlak, Leucophaea maderae, et afrodisiakelt protein, hvor mænd tiltrækker kvinder (Korchi et al., 1999).
Er det i praksis muligt at skelne nefunktionalisering fra at undgå adaptiv konflikt? I teorien bør det ikke være så svært. I det første tilfælde udsættes en kopi af genet for rensning (negativ) udvælgelse og fortsætter med at udføre den oprindelige funktion, og den anden kopi udsættes for positiv udvælgelse. Vi diskuterede, hvordan man bestemmer hvilken type udvælgelse der blev handlet på genet i kapitel 2. I det andet tilfælde er begge kopier underlagt positivt valg, og effektiviteten i at udføre begge funktioner øges.
For at teste sådanne teorier i praksis har biologer kun lært for nylig. For eksempel anvendte genetik fra Duke University (USA) i 2008 disse kriterier for et duplikeret enzymgen i ipomoea, en genus af planter fra familien af convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzymet hedder dihydroflavonol-4-reduktase (DFR). Det genopretter forskellige flavonoider, der gør dem til rød, lilla og blå anthocyaninpigmenter. Dette er den oprindelige funktion af dette enzym, som det udfører i næsten alle blomstrende planter. Derudover katalyserer enzymet nogle andre kemiske reaktioner, og det fulde spektrum af dets evner er endnu ikke blevet fastslået.
I Ipomoea og flere af sine nære slægtninge er DFR-genet til stede i form af tre kopier placeret tæt på hinanden (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Andre genkonvolutter har kun en kopi. Alle convolvulaceae med triple DFR gen danner et klade, dvs. en gruppe stammende fra en fælles forfader og inklusiv alle dens efterkommere. I de indledende stadier af udviklingen af denne gruppe gennemgik genet to successive tandem-duplikationer. Først kom to kopier op, hvoraf den ene blev DFR-B-genet, og det andet blev dupliceret igen og omdannet til DFR-A og DFR-C.
Med hensyn til forholdet mellem synonyme og signifikante substitutioner fandt forfatterne, at genet efter den første duplikation, som senere splittede sig i DFR-A og DFR-C, var påvirket af positiv udvælgelse. Det registrerede hurtigt signifikante substitutioner, dvs. en adaptiv udvikling fandt sted. Hvad angår DRF-B-genet, synes fikseringshastigheden af signifikante substitutioner i det efter overlapning ikke at være forøget. Dette ser ud til at argumentere for neofunktionalisering, det vil sige, at DRF-B genet beholdt den oprindelige funktion, og DFR-A og DFR-C erhvervede en ny. Det er imidlertid stadig tidligt at drage konklusioner på dette stadium, fordi vigtige adaptive ændringer kan skyldes et meget lille antal betydelige substitutioner. I princippet kan selv en enkelt aminosyresubstitution ændre egenskaberne af et protein.
For nøjagtigt at bestemme, om den adaptive udvikling af DFR-B genet fandt sted efter overlapning, var det nødvendigt at eksperimentelt undersøge egenskaberne af proteinet kodet af det. Det er netop det, som forfatterne har gjort. De studerede den katalytiske aktivitet af DFR-A, DFR-B og DFR-C Ipomoea proteinerne samt den oprindelige version af DFR-proteinet fra andre fanger. Alle proteiner blev testet for evnen til at genoprette fem forskellige substrater (stoffer fra gruppen af flavonoider).
Det viste sig, at Ipomoea DFR-B-proteinet virker effektivt med alle fem substrater. Det originale protein DFR klare alle dem meget værre. Endelig udviser DFR-A og DFR-C ikke nogen katalytisk aktivitet over for disse fem substrater.
DFR-B-proteinet efter overlapning er således bedre i stand til at klare hovedfunktionen - restaureringen af flavonoider - end før overlapning. Og dette er på trods af at der efter overlapning var få meningsfulde substitutioner. Som det viste sig, øgede en enkelt erstatning i en nøgleposition kraftigt enzymets effektivitet. Historien viste sig at være ret detektiv.
Størstedelen af blomstrende planter i position 133 i DFR-proteinet er aminosyre-asparagin (Asn133), som spiller en vigtig rolle i enzymetes "indstilling" af dets substrat. DFR-proteiner med Asn133 regenererer effektivt flavonoider. Imidlertid blev denne meget vigtige asparagin erstattet af asparaginsyre (Asp133) i de fjerntliggende forfædre af krybende kryber (i den fælles forfader for Passel-farven og Gentian). Dette har ført til en forringelse af enzymets "flavonoid" funktion. Hvorfor blev en sådan skadelig mutation ikke screenet ved udvælgelse? Naturligvis fremkom DFR-proteinet i denne evolutionære linje (dvs. forfædrene til frøblomstringen og gentianen) på den tid en ny yderligere funktion. Udvælgelsen begyndte at optimere proteinet i to retninger på én gang, og udskiftningen af asparagin med asparaginsyre i 133. position var resultatet af et kompromis - et direkte resultat af en adaptiv konflikt. Hvad er denne ekstra funktion, desværre kunne ikke finde ud af. Men ændringen skete i proteinområdet, som er ansvarlig for at binde substratet, hvilket betyder, at det er et spørgsmål om at arbejde med nogle nye substrater.
Siden da havde de fleste af de frøblomster og gentianske sorter at være tilfredse med "kompromis" -varianten af DFR-proteinet. Men blandt forfædrene i Ipomoea er DFR-genet fordoblet, der er en enestående mulighed for at undslippe fra den adaptive konflikt og at opdele funktioner mellem proteiner. Og Ipomoeas forfædre savnede ikke denne mulighed. Efter duplikering genvandt DFR-B-protein asparagin i 133. position. Dette øgede dramatisk den katalytiske aktivitet mod flavonoider. Effektiviteten af enzymet er igen blevet høj, som i fjerne forfædre, i hvilke enzymet endnu ikke har en yderligere funktion. Og for dette var en enkelt aminosyresubstitution tilstrækkelig (derfor viste analysen af forholdet mellem signifikante og synonyme substitutioner ingen spor af positivt udvalg i DFR-B genet).
Hvad er der sket med DFR-A og DFR-C generne? De opgav helt klart den gamle funktion (arbejder med flavonoider) og dedikeret sig til implementeringen af den nye. Hvis erstatning af asparagin med asparaginsyre var en kompromisløsning, som på en eller anden måde kombinerede begge funktioner i det samme protein, kan det antages, at asparaginsyre i DFR-A og DFR-C erstattes af noget andet, men ikke asparagin. Dette er hvad der skete. I forskellige typer af ipomei i DFR-A-protein er 133-stillingen optaget af forskellige aminosyrer, mens der i DFR-C-protein altid er isoleucin, som fratager proteinet af dets evne til at arbejde med flavonoider.
Selv om der var et irriterende "hul" i dette studie - det var ikke muligt at finde ud af, hvad DRF-proteinerne ny funktion er, men resultaterne viser, at det netop var afvigelsen fra den adaptive konflikt og ikke en nyfunktionalisering, der fandt sted. DRF-genet blev bifunktionelt længe før duplikering. Overlapningen gjorde det muligt at opdele funktionerne mellem kopier, fjerne den adaptive konflikt og optimere hvert gen til at udføre en enkelt funktion.
I slutningen af artiklen gør forfatterne en vigtig bemærkning. De påpeger, at i tilfælde af afvigelse fra adaptiv konflikt sammenlignet med neofunktionalisering er der større sandsynlighed for at bevare "ekstra" kopier af genet efter dobbeltarbejde. Når alt kommer til alt, hvis et duplikeret gen udførte to funktioner selv før duplikering, kan processen med adskillelse af funktioner initieres af mange forskellige mutationer i en af to kopier. Tilfældige mutationer er mere tilbøjelige til at forbedre en af de eksisterende funktioner af et protein lidt, end at skabe en helt ny.
Fra disse positioner er det lettere at forstå resultaterne af andre undersøgelser, herunder data om to duplikeringer af fuldgenomet, der opstod ved begyndelsen af udviklingen af hvirveldyr.
Encyclopædi af medicinske misforståelser
Dispelling populære misforståelser af den moderne mand.
Hjertet
Nogle mennesker tror, at størrelsen af en persons hjerte kan bestemmes af størrelsen af sin knytnæve - de siger, at de falder sammen. Faktisk er hjertet meget større næve.
Hvis vi måler med næver, så bliver størrelsen omkring to og en halv næver. Det tager hjertet omkring en tredjedel af brystet.
oplysninger
For små organismer er der ikke noget problem med tilførsel af næringsstoffer og fjernelse af metaboliske produkter fra kroppen (diffusionshastigheden er tilstrækkelig). Men da størrelsen stiger, er der et behov for at sikre kroppens stadigt stigende behov i processerne for at opnå energi og mad og fjerne forbruget. Som følge heraf har primitive organismer allerede såkaldte "hjerter", som giver de nødvendige funktioner. Endvidere er der som med alle homologe (lignende) organer et fald i antallet af rum til to (hos mennesker, for eksempel to for hver cirkulation).
Paleontologiske fund tillader os at sige, at primitive akkordater allerede har et slags hjerte. Imidlertid er en hel krop noteret i fisk. Der er et tokammerhjerte, et ventilapparat og en hjertepose.
Amfibier og krybdyr har allerede to cirkler af blodcirkulationen, og deres hjerte er trekammeret (interatriale septum fremkommer). Den eneste moderne reptil, der har en ringere (den interatriale septum adskiller ikke fuldt ud atrierne), men allerede er det firekammerhjerte en krokodille. Det menes, at det første kammerhjerte for første gang optrådte i dinosaurer og primitive pattedyr. Derefter arvede de direkte efterkommere af dinosaurer denne struktur af hjertet - fugle og efterkommere af primitive pattedyr - det er moderne pattedyr.
Hjertet af alle akkordater har nødvendigvis en hjertepose (perikardium), ventilapparat. Mollusks hjerter kan også have ventiler, har et perikardium, som i svælget dækker tyndtarmen. I insekter og andre leddyr kan organerne i kredsløbssystemet i form af peristaltiske udvidelser af de store skibe kaldes hjerter. I akkordater er hjertet et oparret organ. I bløddyr og leddyr kan mængden variere. Begrebet "hjerte" gælder ikke for orme mv.
Biologer har fundet ud af, hvordan hjertefejl er dannet hos mennesker
Biologer formåede at finde et nøgleprotein, der vender hjertet af et embryo fra et trekammer til et firekammer. Ifølge forskere vil deres opdagelse hjælpe folk med at forhindre udviklingen af mange hjerteabnormiteter.
Hvorfor har en mand brug for et firekammer hjerte
Kun i fugle og pattedyr, herunder mennesker, består hjertet af fire kamre - venstre og højre atrium samt to ventrikler. En sådan struktur tilvejebringer adskillelse af oxygeneret arterielt og iltfattigt venøst blod. En strøm med venøst blod sendes til lungerne, og den anden - med arterielle forsyninger til hele kroppen. Fra et energisk synspunkt er en sådan omsætning så fordelagtig som muligt. Derfor, ifølge forskerne, takket være det firekammerhjerte lærte dyrene at opretholde en konstant kropstemperatur. I modsætning til varmblodet i koldblodede, for eksempel amfibier, er hjertet trekammeret. Med krybdyr er situationen mere kompliceret. De er en særlig gruppe. Faktum er, deres ventrikler er adskilt af en septum, men der er et hul i det. Ligesom et firkammerhjerte, men ikke helt. Én del mangler: en filmafsnit, der dækker den interventionelle åbning og skaber fuldstændig isolering af venstre og højre ventrikel. En sådan filmpartition forekom meget senere i fugle og pattedyr.
Hvordan partitionen er dannet
Da denne partition opstod, opdagede en stor gruppe amerikanske, canadiske og japanske forskere, ledet af dr. Benoit G. Bruneau fra Gladstone-instituttet for hjerte-kar-sygdomme. Forfatterne fandt ud af, at partitionen begynder at danne, hvis antallet af transkriptionsfaktorer af Tbx5-proteiner, der binder DNA og trigger transkription af gener, som er ansvarlige for kardiomyocyt-syntese, er ujævnt fordelt i begge ventrikler. Hvor antallet af Tbx5 begynder at falde, og partitionen dannes.
Turtle and Lizard Heart
Dr. Bruno og hans kollegaer studerede hjerteudviklingen i embryoner af den røde eskorte tortoise (Trachemus scripa elegans) og Caroline Anolis firbenet (Anolis carolinensis). "Det var vigtigt for os at se, hvordan den interventrikulære septum er dannet i embryoner af denne og en anden art. I en skildpadde, hvor et firkammerhjerte netop begynder at danne, og i et firben med et trekammerhjerte, "forklarer forskerne.
Det viste sig, at Tbx5 protein er ujævnt fordelt i en skilpadde. Koncentrationen af dette protein faldt, omend meget gradvist, fra venstre til højre side af ventriklen. Og i øgler var Tbx5-indholdet generelt det samme i hele ventriklen, så der var ikke behov for udseende af en septum. "På baggrund af dette besluttede vi, at forekomsten af interventricular septum er forbundet med forskellige koncentrationer af Tbx5," siger forskere.
Mus med en forkølelseskildpadde
Forsøget var vellykket. Det var kun at forstå, om koncentrationen af Tbx5 virkelig er årsagen, og udseendet af en septum er en konsekvens, eller er det bare en tilfældighed. Dr. Bruno og hans kolleger modificerede musens DNA, så niveauet af Tbx5 i dem faldt sammen med niveauet af Tbx5 i skildpadden. Så mus blev født med et tre-kammers skildpaddehjerte - uden en film der dækkede interventrikulær åbning. Desværre døde alle mus næsten umiddelbart efter fødslen. Men takket være denne erfaring kunne forskere forstå, at fordelingen af niveauet af transkriptionsfaktoren virkelig fører til dannelsen af en septum, der dækker ventrikulær åbning.
Hjerteabnormiteter kan behandles med Tbx5
"Det vi kunne opdage er et vigtigt skridt i forståelsen af hjertetes udvikling. Forståelse af, hvordan den interventrikulære septum blev dannet vil gøre det muligt for os at gå endnu længere. Og for at finde ud af, hvordan medfødte defekter forekommer hos mennesker, hvorfor er der ikke noget interventionsseptum i nogle embryoner, og hvordan denne proces kan påvirkes, siger forfatterne.
Flere detaljer om forskernes arbejde findes i det seneste nummer af tidsskriftet Nature.