Hva er menneskelige akselererte områder?

Human Accelerated Regions (HAR) er et sett med segmenter av det menneskelige genomet som, til tross for at de er delt med andre virveldyr, observeres på en bemerkelsesverdig annen måte i vår art.

Hva skiller oss fra en sjimpanse? Atferd, kognitive uttrykk og evnen til å generere språk og sivilisasjoner er en refleksjon av den nevrologiske utviklingen til mennesket på to forskjellige nivåer: det ene genetiske og det andre kulturell. For å avdekke hemmelighetene til disse egenskapene som gjør oss så forskjellige fra andre dyrearter, er det derfor nødvendig å gå til vår evolusjonshistorie og genetiske kartlegging.

Menneskelige akselererte regioner eller HAR-er prøver å svare på dette imponerende spørsmålet, siden variasjonen i loci (faste posisjoner til et kromosom) mellom arter likheter, som mennesker og sjimpanser, kan delvis være responsen på den evolusjonære motoren som har ført oss til en "dominerende" posisjon som art i Land.

• Relatert artikkel: "Deler av den menneskelige hjernen (og funksjoner)"

Human Accelerated Regions: Nøkkelen til atferd

Komparativ genomikk omhandler studien likhetene og forskjellene mellom settet av gener i kromosomene til planetens organismer.

Denne vitenskapelige disiplinen prøver å oppdage hvilke egenskaper som har blitt fikset av naturlig utvalg gjennom hele tid, for å forstå de ulike evolusjonspressene som levende vesener har vært utsatt for gjennom livet. generasjoner.

Å forstå disse underliggende mekanismene som presser levende ting til å variere over tid, er det nødvendig å klargjøre at det er et fenomen med "genetisk rensing" i den naturlige verden.

Hva skjer når vi avviker fra naturlig utvalg?

Det er nødvendig å merke seg at negativ seleksjon er en evolusjonsmekanisme som alleler skadelige (hver av to eller flere versjoner av et gen) for en art elimineres over tid, og "renser" genpoolen til populasjonen.

For eksempel vil et dyr som presenterer en mutasjon som ikke er gunstig for samfunnet det lever i ha færre etterkommere eller vil dø raskere (populasjonsgenetiske mekanismer), noe som vil eliminere det skadelige allelet gjennom generasjonene. generasjoner. Hvis en fugl blir født uten øye på grunn av en mutasjon, ville du forvente at den reproduserer mindre eller blir jaktet raskere enn resten, ikke sant?

Men... hva med mennesker? at vi har kvittet oss med denne mekanismen for negativ seleksjon, fordi i en verden fra et vestlig synspunkt, overlevelsesraten til individet er ikke påvirket av mutasjonshindringene, så lenge medisinen tillater det (for eksempel autoimmune sykdommer eller manglende lemmer). eksempel). Dette, blant mange andre faktorer som er et resultat av et rent antropisk samfunn, kan føre til tre mekanismer:

• Akkumulering av nøytrale mutasjoner i gensekvenser som har mistet sin essensielle funksjon.
• Forutinntatt genkonvertering ved ikke å reagere på adaptiv evolusjon.
• Utveksling av en negativ seleksjonspåvirkning for en positiv seleksjonsmekanisme.

Vi beveger oss i vanskelig terreng som inkluderer svært kompleks genetisk terminologi, men en idé må være klar: menneskelige akselererte regioner lider av relativt høye mutasjonshastigheter Sammenlignet med resten av genomet, og på grunn av mangel på selektivt trykk og adaptive responser, er disse sonene svært divergerende sammenlignet med andre homininer.

• Du kan være interessert i: "Teorien om biologisk evolusjon"

Kodifiserende og konkluderende, eller ikke?

I dette punktet, det er viktig å understreke at 99 % av menneskelig DNA er ikke-kodende, det vil si at det ikke presenterer informasjon for produksjon av proteiner, og virker derfor ikke direkte på metabolismen til individet.

Selv om man først trodde at disse DNA-segmentene var "søppel", blir det i økende grad anerkjent at de spiller viktige roller i reguleringen av aktivering av essensielle gener på forskjellige måter, da det har vist seg at visse regioner kan fremme aktivering eller undertrykkelse av transkripsjon av visse proteiner.

Dette er et av de store problemene i menneskelige akselererte regioner, siden 92% av dem er i ikke-kodende regioner. Derfor er de fleste av disse genetiske elementene i ukarakteriserte områder av genomet og deres Evolusjonær bevaring trenger ikke forutsi en spesifikk differensiell funksjon i levende vesener. mennesker.

Likevel, dette betyr ikke at disse svært muterte områdene ikke reagerer på menneskelige egenskaper. Mange av dem er tilstede i "intergene" regioner, det vil si regulatoriske sekvenser som kan modulere uttrykket eller undertrykkelsen av visse gener som er kodifisert. Selvfølgelig må disse ideene studeres mer i dybden for å komme til pålitelige konklusjoner.

Et praktisk eksempel

For å forstå alt dette mutagene og evolusjonære konglomeratet, er det best at vi går til et eksempel. Vi har foran oss HAR1-regionen, en DNA-sekvens som består av 118 nukleotider; vanligvis kalt baser, på grunn av den nitrogenholdige basen som hver av dem inneholder, adenin, cytosin, tymin og guanin. La oss se på noen avslørende fakta om dette segmentet:

• Når vi sammenligner HAR1-regionen mellom mennesker og sjimpanser, ser vi at det er 18 forskjellige baser.
• Hvis samme region sammenlignes mellom en kylling og en sjimpanse, finner vi bare en forskjell på to baser.
• Sjimpansens avstamning divergerte fra mennesker for 6 millioner år siden, mens kyllinger divergerte fra mennesker for 300 millioner år siden.
• Denne sekvensen er ikke til stede i fisk og frosker.

Disse dataene må bety noe, ikke sant? Ellers, hva er vitsen med at det oppstår mer variasjon mellom to avstamninger som har differensiert relativt nylig? Dette faktum får oss til å mistenke at denne raske mutasjonshastigheten kan være korrelert med noen egenskaper som gjør at vi definerer oss selv som "mennesker".

For å gjøre saken mer interessant, har andre studier vist det de fem raskest muterende menneskeakselererte områdene har 26 ganger flere substitusjoner (mutasjoner) enn sine sjimpanse-motstykker.

Men er det forskjeller mellom HAR-er i menneskets evolusjonshistorie? I følge andre kilder er forskjellene i disse regionene mellom arkaiske homininer (neandertalere) og moderne mennesker rundt 8 %, noe som eksemplifiserer at denne evolusjonære divergensen som kjennetegner oss må ha akselerert for rundt 500 000 år siden, og kunne ha vært avgjørende for karakteriseringen av slekten Homo. Selvfølgelig kan variasjonene i det menneskelige genomet gjennom vår evolusjonshistorie inneholde mye av svaret på våre egenskaper som art.

HAR og psykiske lidelser

Enda mer overraskende, hvis mulig, er å vite at studier har observert det visse muterte gener finnes i nærheten av disse akselererte områdene hos pasienter med psykiske lidelser som schizofreni, og derfor postuleres det at de kan bli påvirket av dem.

Utover dette har annen forskning dokumentert at ulike genetiske variasjoner hos autismepasienter finnes i akselererte områder. Dette kan oversettes til en spesifikk modulering når det kommer til produksjon av proteiner som samhandler med hjernen, noe som vil betinge en "normal" funksjon i individets oppførsel.

konklusjoner

Som vi har sett, akselererte de menneskelige områdene er segmenter av DNA som kan spille en viktig rolle i utviklingen av mennesker, det vil si de helt spesielle egenskapene som definerer oss som en art.

I tillegg har studier avslørt at de kunne modulere uttrykket av visse gener, noe som ville betinge metabolisme av individet og derfor hans oppførsel, spesielt ved lidelser som schizofreni eller autisme.

Så mye som forskningen har lagt noen lovende grunnlag, er det viktig å understreke at vi ikke på noe tidspunkt har sluttet å bevege oss i teoretiske og eksperimentelle rammer. Ingenting av det som står her må tolkes som et dogme eller en absolutt realitet, siden det fortsatt er det krever en omfattende periode med forskning for å forstå det unike ved disse segmentene genetisk.

Bibliografiske referanser:

• Allele, National Genome Human Research Institute. Samlet 31. august i https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Alelo
• Capra, J. A., Erwin, G. D., McKinsey, G., Rubenstein, J. L., & Pollard, K. S. (2013). Mange menneskelige akselererte regioner er utviklingsforsterkere. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 368(1632), 20130025.
• Doan, R. N., Bae, B. I., Cubelos, B., Chang, C., Hossain, A. A., Al-Saad, S.,... & Gascon, G. g. (2016). Mutasjoner i menneskelige akselererte regioner forstyrrer kognisjon og sosial atferd. Cell, 167(2), 341-354.
• Hubisz, M. J., & Pollard, K. S. (2014). Å utforske opprinnelsen og funksjonene til Human Accelerated Regions kaster lys over deres rolle i menneskelig evolusjon. Aktuell mening i genetikk og utvikling, 29, 15-21.
• Katzman, S., Kern, A. D., Pollard, K. S., Salama, S. R., & Haussler, D. (2010). GC-biased evolusjon nær menneskelige akselererte regioner. PLoS Genet, 6(5), e1000960.
• Levchenko, A., Kanapin, A., Samsonova, A., & Gainetdinov, R. R. (2018). Menneskelige akselererte regioner og andre menneskespesifikke sekvensvariasjoner i sammenheng med evolusjon og deres relevans for hjernens utvikling. Genombiologi og evolusjon, 10(1), 166-188.
• Hva er ikke-kodende DNA. Genetikk Hjem Referanse. Samlet 31. august i https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna