화음동물과 척추동물의 기원

사이언스(Science, 298, 2157-2166, 2002)저널에 게재된 보고서에 따르면 호두(Ciona enteris)의 게놈 연구가 미국 에너지부 게놈연구소와 미국 에너지부 산하 게놈연구소에서 진행됐다. 이 프로젝트는 분자 및 세포 생물학과, 교토 대학 동물학과, 일본 국립 유전학 연구소가 주도하는 5개국 20개 이상의 연구 부서와 협력하여 완료되었습니다. 게놈이 해독된 일곱 번째 동물로서 척추동물의 무척추동물인 멍게의 게놈 서열이 밝혀졌으며, 마침내 과학자들은 비교유전체학 방법을 사용하여 인간과 비교함으로써 인간의 뇌와 심장을 더 깊이 이해할 수 있는 기회를 얻었습니다. 또는 다른 동물의 신경계와 면역체계 등의 기원과 진화에 대해 알아보고 화음류와 척추동물의 기원과 진화에 대해 더 깊이 이해합니다.

아시디안은 무척추동물과 척추동물 사이의 진화적 연결을 제공하기 때문에 생물학자들의 마음 속에 특별한 위치를 차지하고 있다고 UC 버클리의 유전학 및 발달 교수인 마이크 레빈(Mike Levine)은 말했습니다. 성체를 보면 단순한 동물이라고 생각하겠지만, 아리스토텔레스는 그것이 연체동물이라고 생각했습니다. 그러나 배아 발달을 보면 그것은 명백히 복잡한 고등 동물입니다. 유충 꼬리의 척색. . 그들은 우리의 아주 오래된 사촌입니다.

5억여 년 전부터 동물은 빠르게 진화하기 시작해 다양한 체계를 갖춘 30~40개의 문이 됐다. 오늘날 살아있는 동물계는 35개의 문으로 나눌 수 있다. 그 중 척추(혹은 척색)가 없는 34문을 통칭하여 무척추동물이라 하고, 나머지 문을 척색동물이라 부른다. 척색동물은 척삭, 등쪽(빈 신경삭), 인두 틈, 근육질의 항문후 꼬리 등 4가지 주요 공통 특징을 가지고 있습니다. Chordata는 세 가지 하위 문으로 나뉩니다. 하나는 amphioxus로 표시되는 Acrania라고도 알려진 Cephalochordata이고, 다른 하나는 Ascidians와 같은 Acrania라고도 알려진 Urochordata이며, 둘 다 원시 척삭이며 세 번째는 없습니다. 어류, 양서류, 파충류, 조류 및 포유류를 포함하여 가장 친숙한 두개골 중 하나인 척추동물입니다.

그러나 척추동물은 두족류나 요척류류와는 달리 척추동물의 신경계 전단은 복잡한 뇌와 눈과 같은 기관과 관련된 감각으로 특화되어 있습니다. 귀, 코 등은 환경에 더 잘 반응하고, 운동 기관은 감각 기관의 변화에 ​​대처하기 위해 더욱 정교합니다. 뇌는 분할된 척추로 진화된 척색 및 내부 기관으로 보호됩니다. , 이러한 특성으로 인해 척추동물은 다른 화음류보다 환경에 더 잘 적응할 수 있으며, 척추동물은 화음류 중에서 종과 양 측면에서 가장 발전된 가지가 됩니다.

화석 기록에 따르면 가장 먼저 인식된 척추동물은 4억 7500만 년 전 오르도비스기의 오스트라코더름(Ostracoderms)으로 바다 밑바닥에 살았으며 가슴지느러미와 같은 움직일 수 있는 지느러미가 없습니다. 위턱과 아래턱에 있는 골반 지느러미. 외배엽에 가장 가까운 척추동물은 노파(Hag) 물고기와 아그나타(Agnatha) 강에 속하는 칠성장어입니다. 이들의 척추는 여전히 연골이며 아주 원시적인 척추동물입니다.

3억 9500만년 전 실루리아기 말, 위턱과 아래턱을 가진 물고기 무리가 지구상에 나타났습니다. 이는 원래 여과 생활을 하던 척추동물을 만든 매우 중요한 변화였습니다. 활발한 포식자가 되었고 움직임을 더욱 유연하게 만들기 위해 움직일 수 있는 지느러미를 진화시켰습니다.

이러한 어류에는 멸종된 판피어류(Placodermi), 상어, 가오리 등과 같은 일부 현존하는 연골 어류(Chondrichthyes), 그리고 현대 해양과 담수를 지배하는 경골어류(Osteichthyes)가 포함됩니다. 경골어류의 한 가지가 천천히 육지로 발달하여 오늘날 육상의 다양한 척추동물로 진화했습니다.

과거에 많은 동물학자들은 척추동물의 조상이 아마도 요척류에서 진화했을 것이라고 믿었습니다. 성체 ascidian에는 뚜렷한 척색이 없지만 유충의 꼬리에는 분명히 척색이 있습니다. 어떤 사람들은 캄브리아기 초기에 요척색 유충이 생식기를 겪었고 변태 전에 생식 기관이 성숙했다고 믿습니다. 자연선택 이후 척삭동물 유충은 몸을 지탱하기 위해 분할된 근육과 강한 뼈를 발달시켰고, 머리의 형성이 환경 적응에 상당히 유리했기 때문에 머리와 내골격을 갖춘 척추동물이 진화했다.

미국 에너지부 산하 게놈연구소 소장인 에디 루빈은 이들이 우리와는 매우 다르지만 여전히 척추동물과 동일한 특징을 많이 갖고 있다고 믿습니다. 게놈을 비교함으로써 우리는 분자 수준에서 서로의 관계를 이해할 수 있으며 이러한 유사한 시스템과 유전자가 5억년 전에 동일한 조상으로부터 어떻게 진화했는지 연구할 수 있습니다.

Ascidians, urochordates는 전 세계의 얕은 바다에서 발견됩니다. 통 모양의 멍게는 바위, 둑, 배, 해저에 달라붙어 바구니 모양의 여과섭식 장치를 이용해 플랑크톤을 먹습니다. 수정 후 하루 만에 아스키디안 알은 세포 수가 2,500개에 불과한 작은 유충으로 성장합니다. 곧 정착할 장소를 찾아 성충으로 변태합니다.

아시디안의 게놈은 160만 개의 염기로 구성되어 있는데, 이는 인간의 20분의 1 정도이고 가장 작은 척추동물 게놈인 복어의 게놈에 비해 절반에 불과하다. 그 중에는 100~170,000개의 염기로 구성된 약 16,000개의 유전자가 있으며, 그 중 80%는 인간과 다른 척추동물에서도 발견된다. 그러나 유전자 수는 인간의 절반에 불과하다. 미국 에너지부 게놈 연구소의 전산 유전체학 책임자인 Daniel Rokhsar는 아시디안 게놈이 그토록 얇은 이유는 대부분의 척추동물이 여러 개의 유전자 복사본을 갖고 있는 반면 아시디안은 단 하나의 복사본만을 갖고 있으며 추가 백업이 돌연변이를 일으키거나 사라지거나 다른 기능을 수행하도록 진화합니다. Ascidian 게놈에서 우리는 인간 가계도의 새로운 발전을 볼 수 있습니다. 예를 들어 일부 특정 면역 체계 및 신경계 유전자는 Ascidian에서 발견되지 않습니다. 이것은 분명히 척추 동물의 새로운 장비입니다. 척추동물의 복잡성은 다수의 유전자 중복으로 인해 발생할 수도 있습니다.

Ascidians에는 척추동물의 신체 구조를 결정하는 중요한 Hox 유전자가 많이 부족합니다. 일부 Hox 유전자는 혼자 남아 있는 반면 다른 유전자는 사라집니다. 그러나 멍게에는 척추동물에서 발견되는 것과 유사한 빛 감지 유전자와 심장 및 갑상선을 형성하는 다른 유전자도 있습니다. 그러나 Ascidians는 산소를 운반하기 위해 적혈구가 아닌 헤모시아닌을 사용하며 콜레스테롤과 히스타민을 만드는 유전자가 부족합니다. 어떤 면에서 멍게는 척추동물보다 박테리아, 곰팡이, 식물과 더 유사합니다. 즉, 먹이 빨대를 지지하는 섬유막을 만드는 유전자는 다른 동물에서 발견되는 셀룰로오스를 만드는 유전자와 유사할 수 있습니다. 식물로부터의 수평적 유전자 전달은 발견되지 않을 수 있습니다.

Levine은 Ascidian 게놈 분석 결과가 Darwin의 1871년 저서 "The Descent of Man"(The Descent of Man)과 완전히 일치한다고 믿습니다. 한 가지가 호시디언으로 진화했고, 다른 가지가 척추동물로 꽃을 피웠습니다.