动物和植物以非常不同的方式为其细胞做好准备—但没有人知道为什么。英国研究人员的一支团队现在认为它已经解决了难题。

在举行的行为之前,人类和动物在这项行为之前善待性感。在生命的最早阶段,在胚胎中,我们的生殖细胞开始发展。这些是将继续形成精子和卵的细胞,其中染色体数量的一半。在女性中,鸡蛋被搁置并保持在被捕的发展,直到需要它们。青春期后,雄性在整个寿命中连续产生精子,但是专业的细菌系列是早期创建的,从而从中制作精子。

但珊瑚,海绵和植物没有这样的蜂窝计划。它们最初仅开发身体(体细胞)细胞,每个体细胞都具有完全补充染色体。当时间来伴侣时,根据需要从成年组织的干细胞从干细胞中形成它们时,它们会产生其性细胞或配子。

为什么差异?根据伦敦大学学院的生物化学尼克车道,更复杂的动物创造了一个致力的种系,以保护他们的线粒体的质量—专门的能量产生的细胞中坐在细胞核外并具有自己的基因。

突变窘境

在12月20日公布的数学模型中,他的同事们阐述了他们的论点。根据该团队的说法,人类和其他复杂的动物的问题是,如果将成人细胞反复在生命中反复分裂,然后将其中一些人变成配子,那么它们的线粒体将迅速积累基因突变和误差。一些配子可能会获得高负荷的这些突变的线粒体,导致后代质量差的组织。生产早期需要的所有鸡蛋避免这个问题。

思想‘protecting’之前提出了静态蛋中的线粒体DNA。但是在那里’这张照片的问题:一些突变对我们的线粒体有益。突变是进化的发动机,使得有利的线粒体基因型出现。因此,由反复复制的成人细胞制成的配子可以具有有用的变化。进化可以保护‘good’突变并消除‘bad’最终提高线粒体质量。 

那里’■在具有种系的益处和缺点之间进行了微妙的平衡。在没有建立突变的情况下,您如何获得足够的变化以进行演变,而不会损害那些由那些配子制成的生物的突变?

进化赌博

由车道和同事设计的模型, 报道 PLOS生物学,为为什么各种生物发现不同的妥协提供潜在的解释。

在更复杂的动物中,线粒体基因复制中的错误率相对较高。在这种情况下,最好的解决方案是具有有限的细胞分裂突发以形成雌性配子前体,给出比需要更多的种系细胞,然后剔除大多数以产生随机选择变体。这种叫做atresia的过程被发现在许多有机体中,包括人类,但其功能困惑的科学家。

一旦获得了良好的雌性配子种群,就会停止进一步分裂,以免在发育后期积累过多的线粒体突变。这种突变确实在精子中积累,这比卵子经历了更多一轮细胞分裂。但这并不是’T件,因为当鸡蛋受精时,他们的线粒体被抛弃,所以没有被传递到下一代。

但在植物和‘basal’珊瑚和海绵等动物,线粒体基因复制中的错误率相当低。在这种情况下,有’不太需要避免复制线粒体基因,因此配子在开发后面形成,收获遗传变异的益处而不冒着质量差的线粒体。

相反,为什么复制错误率的差异在第一位置存在仍然是一个谜。它可能是因为作为早期动物的喂养策略的变化多样化—从过滤到移动捕食—推动有氧活动的增加,需要更多的氧气,因此需要将更多线粒体包装到细胞中,提高复制的错误率。

测试困难

新的工作是“一个挑衅的研究”伯明翰大学伯明翰大学的生物表演者Iain Johnston说。“他们的案子是合理的和创造性的。”但他指出,即使在物种中,线粒体DNA复制的错误率也不是给出的—它也可以在选择性压力下改变。

巷道说,该模型解释了几种不同的性繁殖方面,但是测试它将是挑战性的。“没有可能的实验可以欣赏到这种广泛的自然历史,” he says. “只有理论和建模才有可能得到它。 ”

然而,Johnston表示,该模型是部分可测试的,至少伪造。“发现具有高复制错误率的生物体的发现’酸化生殖器—或者有一个低错误率—将提供针对理论的证据," he says.

Lane补充说,也应该使用该模型来生成关于休息区之间关系的预测和配子之间的线粒体差异。然后可以针对真实生物的数据检查这些预测。

本文已及其复制而成 第一次出版 2016年12月20日。