Kdo má čtyřkomorové srdce?
Přísně vzato, čtyřkomorové srdce, jak je, je pouze u ptáků a savců, včetně lidí. Důvodem je rozdělení oběhového systému těchto zvířat do dvou kruhů krevního oběhu. Velký kruh krevního oběhu dodává krev přímo do orgánů těla, zatímco malý kruh slouží k nasycení krve kyslíkem v plicích. Krokodýli mají podmíněně čtyřkomorové srdce, protože i když má odloučení srdce do dvou komor a dvou síní, toto oddělení není úplné a v případě potřeby může krokodýl poslat venózní krev bohatou na oxid uhličitý do tepen - tato schopnost pomáhá krokodýlům s trávením stimulovat produkci žaludeční šťávy. Dokonce více konvenčně, čtyřkomorový může být považován za srdce ryb, který, kromě atria a komory, mít dvě malé komory - venózní sinus a kužel aorty.
Čtyřkomorové krokodýlí srdce.
Krokodýli jsou jediným plazem, který má takové srdce.
Mimochodem, oni mají malou díru v přepážce mezi žaludky a krev míchá poměrně často. To je důvod, proč krokodýli mohou zůstat pod vodou po dlouhou dobu.
Říkají také, že žáby mají čtyřkomorové srdce, ale zdá se, že to nebylo prokázáno (přesně nevím).
Čtyřkomorové srdce má na Zemi takové živé bytosti jako: normální člověk, krokodýl, ptáci, savci, čtyřkomorové srdce: levé atrium a komora, pravá atrium a komora.
V rybách srdce jsou dvoukomorové, obojživelníky a ve většině plazů tři komory, ale pouze ptáci a savci mají čtyřkomorové srdce. Jediný plaz se srdcem se 4 kamerami je krokodýl. Je však mírně horší, protože atria nejsou zcela odděleny meziobratlovou přepážkou.
Žáby mají trojkomorové srdce, ale v nich jsou ještě dvě samostatnější rozdělení, takže pouze podmíněně lze mít za to, že tyto obojživelné komory mají pouze tři.
To je věřil, že první čtyři-komorní srdce se objevila na úsvitu času v dinosaurech, a pak tento rys v průběhu evoluce přešel na jejich přímé potomky.
Muž, který je savec, má také čtyřkomorové srdce.
Čtyřkomorové srdce je u ptáků a savců, včetně lidí.
Krokodýl plazů (plazů) má také takové srdce, ale to je podmíněné, protože atria mají mezi sebou vzkaz.
Čtyři komory jsou dvě atria, oddělené síňovou přepážkou, a dvě komory, také oddělený přepážkou (interventricular) t
Atria komunikuje s komorami otvory, na kterých je ventil na každé straně (na pravé straně jsou tři ventily, dva vlevo, nazýváme také mitrální ventil).
Levá polovina obsahuje arteriální krev, pravou - žilní. Žádná zpráva. Je pravda, že plod má díru v interatriální přepážce, která normálně roste při narození nebo na prvním cíli života. Pokud se tak nestane, pak se vyvíjí srdeční vada.
Zvláštní, jak to může znít, má člověk čtyřkomorové srdce.
Ptáci mají stejné srdce - například holub má takové srdce.
Jak již bylo zmíněno, krokodýl se stal šťastným vlastníkem tohoto důležitého těla.
Ve skutečnosti, bez ohledu na to, co srdce někoho - hlavní věc, že to bije a funguje.
Čtyřkomorové srdce se skládá z pravé síně, pravé komory, levé síně a levé komory. Ptáci a savci (včetně lidí) mají taková srdce.
Plazi mají trojkomorové srdce, ale jeden z jejich zástupců, krokodýl, již má čtyřkomorové srdce (ačkoliv interatriální přepážka ještě neodděluje atrium úplně).
Obecně platí, že čtyřkomorové srdce, u ptáků a savců, včetně lidí. Čtyřkomorové srdce zahrnuje levé síň a komoru a pravou síň a komoru. Jediným obojživelníkem se čtyřkomorovým srdcem je krokodýl.
Za prvé, samozřejmě, jsme s vámi, to znamená, že lidé mají čtyřkomorové srdce. Také čtyřkomorové srdce má ptáky, savce, plazy. Struktura srdce všech těchto jedinců je velmi podobná.
U lidí, krokodýlů, jsou všechna zvířata savčí třídy a mnoho dalších.
Kdo má čtyřkomorové srdce?
Čtyřkomorové krokodýlí srdce.
Krokodýli jsou jediným plazem, který má takové srdce.
Mimochodem, oni mají malou díru v přepážce mezi žaludky a krev míchá poměrně často. To je důvod, proč krokodýli mohou zůstat pod vodou po dlouhou dobu.
Říkají také, že žáby mají čtyřkomorové srdce, ale zdá se, že to nebylo prokázáno (přesně nevím).
Přísně vzato, čtyřkomorové srdce, jak je, je pouze u ptáků a savců, včetně lidí. Důvodem je rozdělení oběhového systému těchto zvířat do dvou kruhů krevního oběhu. Velký kruh krevního oběhu dodává krev přímo do orgánů těla, zatímco malý kruh slouží k nasycení krve kyslíkem v plicích. Krokodýli mají podmíněně čtyřkomorové srdce, protože i když má odloučení srdce do dvou komor a dvou síní, toto oddělení není úplné a v případě potřeby může krokodýl poslat venózní krev bohatou na oxid uhličitý do tepen - tato schopnost pomáhá krokodýlům s trávením stimulovat produkci žaludeční šťávy. Dokonce více konvenčně, čtyřkomorový může být považován za srdce ryb, který, kromě atria a komory, mít dvě malé komory - venózní sinus a kužel aorty.
Gene a vznik čtyřkomorového srdce
Biologové objevili gen, změny, které vedly k evolučnímu přechodu z tříkomorového srdce u obojživelníků a plazů do čtyřkomorové u ptáků a zvířat, což pomůže rozluštit, jak se stali teplokrevnými. Čtyřkomorové srdce ptáků, savců a krokodýlů, rozdělených na dvě poloviny, umožňuje existenci dvou kruhů krevního oběhu, „sloužících“ resp. Plic a organismu jako celku. V důsledku toho se arteriální a venózní krev nemíchají, jako v tříkomorovém srdci obojživelníků, a tělo je mnohem lépe zásobováno kyslíkem.
Mezi plazy jsou různé varianty "designu" srdce. Zejména želva v komoře tříkomorového srdce má přepážku, která je však zcela neodděluje. "Srdce plazů bylo předmětem kontroverze - ať už má jedinou komoru nebo dvě komory, které nejsou plně odděleny," píše studie, skupina vědců z USA, Kanady a Japonska pod vedením Katsuko Koshiba-Takeuchi z University of California v San Franciscu.
Provedli komparativní studii želv červenonohých (Trachemys scripta elegans) a iguanas - anolů červenohrdlých (Anolis carolinensis) z hlediska genetických faktorů spojených s vývojem srdce v embryonálních fázích. Výsledky pozorování ukázaly, že u želv i iguanů se v první fázi projevuje gen Tbx5 na celém povrchu budoucí komory, ale v pozdějších stádiích želv tento gen funguje pouze v levé polovině. U savců a ptáků je tento gen spojen právě s tvorbou levé komory.
To znamená, že v procesu evoluce začíná gen Tbx5 postupně vytvářet strukturu čtyřkomorového srdce. Pro potvrzení této hypotézy, vědci provedli experiment na myších, kteří měli vypnutý Tbx5 gen. Výsledkem je, že dělení mezi komorami u myší zmizelo, bylo vytvořeno tříkomorové srdce, podobné srdci plazů.
Kdo má jednokomorové dvoukomorové tříkomorové čtyřkomorové srdce?
Obojživelníci a plazi již mají dva kruhy krevního oběhu a jejich srdce je tříkomorové (objeví se mezioperační septum). Jediný moderní plaz, který má podřadný (interatrial septum ne zcela odděluje atria), ale již čtyřkomorové srdce je krokodýl. Předpokládá se, že se poprvé objevilo čtyřkomorové srdce u dinosaurů a primitivních savců. V budoucnu, přímí potomci dinosaurů - ptáci a potomci primitivních savců - moderní savci zdědili tuto strukturu srdce.
Srdce všech strunatců nutně má srdeční vak (perikard), ventilové zařízení. Srdce měkkýšů mohou mít také ventily, mají perikard, který v plži zakrývá zadní střevo. U hmyzu a jiných členovců mohou být orgány oběhového systému ve formě peristaltických expanzí velkých cév nazývány srdcem. V akordech je srdce nepárovým orgánem. U měkkýšů a členovců se množství může lišit. Pojem "srdce" se nevztahuje na červy atd.
[upravit překlad] Srdce savců a ptáků
Molekulární mechanismus transformace tříkomorového srdce na čtyřkomorové srdce je dešifrován.
Vzhled čtyřkomorového srdce u ptáků a savců byl nejdůležitější evoluční událostí, díky které se tato zvířata mohla stát teplokrevným. Podrobná studie vývoje srdce v embryích ještěrky a želvy a jeho srovnání s dostupnými údaji o obojživelnících, ptácích a savcích ukázala, že klíčovou roli při transformaci tříkomorového srdce na čtyřkomorový hrály změny v regulačním genu Tbx5, který funguje v původně jediné komoře. Je-li Tbx5 expresivní (pracuje) rovnoměrně v celém klíči, srdce je tříkomorové, pouze na levé straně - čtyřkomorové.
Vznik obratlovců na pevnině byl spojen s rozvojem plicního dýchání, které vyžadovalo radikální restrukturalizaci oběhového systému. V rybách dýchacích žlabech, jeden kruh krevního oběhu, a srdce, respektive dvoukomorový (sestává z jednoho atria a jedné komory). U suchozemských obratlovců je zde tři nebo čtyřkomorové srdce a dva kruhy krevního oběhu. Jeden z nich (malý) pohání krev plícemi, kde je nasycen kyslíkem; pak se krev vrátí do srdce a vstoupí do levé síně. Velký kruh vede kyslík bohatou (arteriální) krev do všech ostatních orgánů, kde se vzdává kyslíku a vrací se do srdce skrze žíly do pravé síně.
U zvířat s trojkomorovým srdcem vstupuje krev z obou síní do jediné komory, odkud se potom dostává do plic a do všech ostatních orgánů. Současně se arteriální krev míchá v různých stupních s žilní krví. U zvířat se čtyřkomorovým srdcem během embryonálního vývoje je jediná komora nejprve rozdělena přepážkou do levé a pravé poloviny. V důsledku toho jsou obě kruhy oběhu zcela odděleny: žilní krev vstupuje pouze do pravé komory a jde odtud do plic, arteriální krev jde pouze do levé komory a jde odtud do všech ostatních orgánů.
Tvorba čtyřkomorového srdce a úplné oddělení kruhů krevního oběhu bylo nezbytným předpokladem pro rozvoj teplokrevnosti u savců a ptáků. Tkáně teplokrevných živočichů konzumují hodně kyslíku, takže potřebují „čistou“ arteriální krev, která je maximálně nasycena kyslíkem, a ne smíšenou arteriální žilní krev, s níž jsou spokojeni chladnokrevní obratlovci s trojkomorovým srdcem (viz: Fylogeneze cirkulační soustavy akordů).
Trojkomorové srdce je charakteristické pro obojživelníky a většinu plazů, ačkoli toto má částečnou separaci komory do dvou částí (se vyvíjí neúplné intraventrikulární septum). Současné čtyřkomorové srdce se vyvinulo nezávisle ve třech evolučních liniích: u krokodýlů, ptáků a savců. Toto je považováno za jeden z nejvýznamnějších příkladů konvergentní (nebo paralelní) evoluce (viz: Aromorfózy a paralelní evoluce; paralelismus a homologická variabilita).
Velká skupina výzkumných pracovníků ze Spojených států, Kanady a Japonska, kteří publikovali své výsledky v posledním čísle časopisu Nature, se rozhodla zjistit molekulárně genetický základ této důležité vůně.
Autoři podrobně studovali vývoj srdce u dvou plazů plazů - želvy rudohlavé Trachemys scripta a ještěrky anolské (Anolis carolinensis). Plazi (kromě krokodýlů) jsou obzvláště zajímaví pro řešení problému, protože struktura jejich srdce je v mnoha směrech mezi typickou tříkomorovou (jako jsou obojživelníci) a skutečnou čtyřkomorovou, jako jsou krokodýli, ptáci a zvířata. Mezitím, podle autorů článku, nikdo 100 let vážně nezkoumal embryonální vývoj plazů.
Studie provedené na jiných obratlovcích stále neposkytly jednoznačnou odpověď na otázku, jaké genetické změny způsobily v průběhu evoluce vznik čtyřkomorového srdce. Bylo však poznamenáno, že regulační gen Tbx5, kódující protein, regulátor transkripce (viz transkripční faktory), pracuje odlišně (exprimovaný) ve vyvíjejícím se srdci u obojživelníků a teplokrevných. V prvním případě je jednotně vyjádřena v celé budoucí komoře, v posledním je jeho exprese maximálně v levé části anlage, z níž je vytvořena levá komora, a to minimálně vpravo. Bylo také zjištěno, že snížení aktivity Tbx5 vede k defektům ve vývoji přepážky mezi komorami. Tyto skutečnosti umožnily autorům navrhnout, že změny v aktivitě genu Tbx5 by mohly hrát roli ve vývoji čtyřkomorového srdce.
Během vývoje srdce ještěrky, svalový válec se vyvíjí v komoře, částečně oddělit ventrikulární výstup od jeho hlavní dutiny. Tento válec interpretovali někteří autoři jako strukturu homologní s mezistupňovým dělením obratlovců se čtyřkomorovým srdcem. Autoři článku, o němž se diskutuje, na základě studia růstu válce a jeho jemné struktury tuto interpretaci odmítají. Věnují pozornost skutečnosti, že stejný polštář se objeví krátce v průběhu vývoje srdce kuřecího embrya - spolu se skutečným septem.
Data získaná autory ukazují, že se v ještěrce nevytvářejí žádné struktury homologní k současné interventrikulární přepážce. Želva naopak tvoří neúplnou přepážku (spolu s méně vyvinutým svalovým válečkem). Vznik tohoto rozdělení v želvě začíná mnohem později než v kuře. Ukázalo se však, že srdce ještěrky je „primitivnější“ než želva. Srdce želvy se nachází mezi typickými tříkomorovými (jako jsou obojživelníci a ještěrky) a čtyřkomorovými, jako jsou krokodýli a teplokrevníci. To je v rozporu s obecně přijímanými představami o vývoji a klasifikaci plazů. Na základě anatomických rysů želv, to bylo tradičně považováno za nejprimitivnější (bazální) skupina mezi moderními plazy. Nicméně srovnávací analýza DNA provedená řadou výzkumníků tvrdohlavě upozorňovala čas od času na blízkost želv k archosaurům (skupina krokodýlů, dinosaurů a ptáků) a základní pozici šupinatých (ještěrek a hadů). Struktura srdce potvrzuje tento nový evoluční systém (viz obrázek).
Autoři studovali expresi několika regulačních genů v rozvíjejícím se srdci želvy a ještěrky, včetně genu Tbx5. U ptáků a savců, již ve velmi raných stádiích embryogeneze, vzniká v komorovém pupenu ostrý gradient exprese tohoto genu (exprese rychle klesá zleva doprava). Ukázalo se, že v raných fázích ještěrky a želvy je gen Tbx5 exprimován stejným způsobem jako u žáby, tj. Rovnoměrně po celé budoucí komoře. V ještěrce tato situace přetrvává až do konce embryogeneze a v pozdních stádiích želvy se tvoří gradientový gradient - v podstatě stejný jako u kuřete, ale pouze méně výrazný. Jinými slovy, v pravé části komory se aktivita genu postupně snižuje, zatímco v levé části zůstává vysoká. Podle vzorce exprese genu Tbx5 tedy želva zaujímá mezilehlou pozici mezi ještěrkou a kuřecím masem.
Je známo, že protein kódovaný genem Tbx5 je regulační - reguluje aktivitu mnoha jiných genů. Na základě získaných dat bylo přirozené předpokládat, že vývoj komor a interventrikulární přepážka jsou řízeny genem Tbx5. Již dříve bylo prokázáno, že snížení aktivity Tbx5 v myších embryích vede k defektům ve vývoji komor. To však nestačilo k úvaze o „vedoucí“ roli Tbx5 ve formování čtyřkomorového srdce.
Pro více přesvědčivých důkazů autoři použili několik linií geneticky modifikovaných myší, ve kterých během embryonálního vývoje mohl být gen Tbx5 vypnut v jedné nebo v jiné části srdečního zárodku na žádost experimentátora.
Ukázalo se, že pokud vypnete gen v celém komorovém pupenu, zárodek se ani nezačne dělit na dvě poloviny: z něj se vyvíjí jediná komora bez jakýchkoli stop interventrikulární přepážky. Rovněž se nevytvářejí charakteristické morfologické znaky, kterými lze pravou komoru odlišit zleva, bez ohledu na přítomnost přepážky. Jinými slovy, myší embrya s trojkomorovým srdcem jsou získána! Taková embrya uhynou 12. den embryonálního vývoje.
Dalším experimentem bylo, že gen Tbx5 byl vypnut pouze na pravé straně komorového pupenu. Tudíž koncentrační gradient regulačního proteinu kódovaného tímto genem byl ostře posunut doleva. V zásadě bylo možné očekávat, že v takové situaci začne interventrikulární přepážka tvořit více doleva, než by měla být. To se ale nestalo: oddíl se vůbec nezačal formovat, ale rozdělení bylo provedeno na levé a pravé části podle jiných morfologických znaků. To znamená, že gradient exprese Tbx5 není jediným faktorem, který řídí vývoj čtyřkomorového srdce.
V dalším experimentu se autorům podařilo zajistit, aby byl gen Tbx5 rovnoměrně exprimován v zárodcích komor myších embryí, přibližně stejně jako u žáby nebo ještěrky. To opět vedlo k vývoji myších embryí s trojkomorovým srdcem.
Získané výsledky ukazují, že změny v práci regulačního genu Tbx5 by mohly hrát významnou roli ve vývoji čtyřkomorového srdce a tyto změny se vyskytly paralelně a nezávisle u savců a archaurů (krokodýlů a ptáků). Studie opět potvrdila, že změny v aktivitě genů - regulátorech individuálního vývoje hrají klíčovou roli ve vývoji zvířat.
Samozřejmě by bylo ještě zajímavější navrhnout takové geneticky modifikované ještěry nebo želvy, ve kterých by se Tbx5 exprimoval podobně jako u myší a kuřat, tj. Na levé straně komory silně, a na pravé straně je slabý a zjistit, zda to není. srdce více jako čtyřkomorový. To však ještě není technicky proveditelné: genetické inženýrství plazů zatím neprošlo.
Kdo má čtyřkomorové srdce
U ryb je srdce dvoukomorové, skládá se z jednoho atria a jedné komory. Jeden kruh krevního oběhu: žilní krev ze srdce jde do žábry, tam se stává arteriální, jde do všech orgánů těla, stává se žilní a vrací se do srdce.
U obojživelníků (žáby a mloci) je srdce tříkomorové a skládá se z jedné komory a dvou atria. Dva kruhy krevního oběhu:
- Velký kruh: od komory míchaná krev jde do všech orgánů těla, stává se žilní, vrací se do pravé síně.
- Malý kruh: ze komory se míchaná krev dostane do plic, stane se tepenným, vrátí se do levé síně.
- Z atria krev vstupuje do komory, mísí se.
U plazů (ještěrky, hady, želvy) je oběhový systém stejný jako u obojživelníků, v komoře se objevuje neúplná přepážka, která částečně odděluje krev: plíce dostávají nejvíce venózní krev, mozek je nejvíce arteriální a všechny ostatní orgány jsou smíšené. Krokodýli mají čtyřkomorové srdce, v tepnách se mísí krev.
U savců a ptáků je oběhový systém stejný jako u lidí.
Testy
26-01. Čtyřkomorové srdce
A) aligátor
B) želvy
C) hadi
D) ještěrky
26-02. U zvířat, která mají systematickou skupinu dvoukomorové srdce?
A) hmyz
B) Flatworms
C) Obojživelníci
D) Ryby
26-03. Jaké znamení charakterizuje oběhový systém u ryb?
A) srdce je naplněno pouze žilní krví
B) existují dva kruhy krevního oběhu.
C) tříkomorové srdce
D) transformace arteriální krve do žil se vyskytuje v spinální cévě
26-04. Tvorba obojživelníků v procesu vývoje tříkomorového srdce vedla k tomu, že buňky jejich těla začaly být zásobovány krví.
A) žilní
B) arteriální
B) smíchán
D) bohatý na kyslík
26-05. Vznikl vznik trojkomorového srdce u obojživelníků
A) jejich landfall
B) dýchání kůže
B) zvětšit velikost jejich těla
D) vývoj jejich larv ve vodě
26-06. Mají představitelé těch tříd akordů oběhu krve?
A) ptáci
B) ryby
C) savci
D) plazi
26-07. V procesu evoluce, vznik druhého kruhu krevního oběhu u zvířat vedl ke vzniku
A) gill dýchání
B) plicní dýchání
B) tracheální dýchání
D) dýchání v celém těle
26-08. Jsou rozhodnutí o oběhové soustavě ryb správná?
1. Ryby mají dvoukomorové srdce, obsahují žilní krev.
2. V žábách ryb je žilní krev obohacena kyslíkem a přeměněna na tepnovou krev.
A) pouze 1 je pravdivá
B) pouze 2 je pravdivá
C) oba rozsudky jsou pravdivé
D) oba rozsudky jsou chybné
26-09. Jsou rozsudky o oběhovém systému obojživelníků správné?
1. Srdce obojživelníků se skládá ze dvou komor.
2. Žilní krev z orgánů a tkání se shromažďuje v žilách a vstupuje do pravé síně a pak do komory.
A) pouze 1 je pravdivá
B) pouze 2 je pravdivá
C) oba rozsudky jsou pravdivé
D) oba rozsudky jsou chybné
Jaká zvířata mají trojkomorové srdce
V důsledku evoluce byly zlepšeny všechny orgány živých bytostí, včetně oběhového systému. Srdce je hlavním orgánem systému zodpovědného za průtok krve cévami.
Nejjednodušší stvoření a organismy tento orgán nemají. Nejprimitivnější srdce se objevuje v červech štětin-červů, který je reprezentován pouze jednou komorou. Dvoukomorové srdce se poprvé rozvíjí při roubování ryb a lamelátů.
Vzhled tříkomorového srdce byl usnadněn vznikem tvorů na zemi. Má mnohem více výhod než ty předchozí, ale stále není dokonalý. Orgán se skládá z komory a dvou atria. Kromě toho, zvířata s tříkomorovým srdcem mají 2 kruhy krevního oběhu.
Kdo je vlastníkem tříkomorového srdce?
- obojživelníci nebo obojživelníci (žáby, ropuchy, žáby, mloci);
- plazi (hadi, želvy, ještěrky, krokodýli).
Měli bychom také zvážit strukturu krokodýlího srdce. Septa komory je dutá a tvoří tak čtyřkomorové srdce. Ale protože ve středu je přepážka, srdce krokodýla není plná čtyřkomorová, jako u ptáků, savců a lidí.
Jak se trojkomorové srdce stalo čtyřkomorovým
Vznik obratlovců na pevnině byl spojen s rozvojem plicního dýchání, které vyžadovalo radikální restrukturalizaci oběhového systému. V rybách dýchacích žlabech, jeden kruh krevního oběhu, a srdce, respektive dvoukomorový (sestává z jednoho atria a jedné komory). U suchozemských obratlovců je zde tři nebo čtyřkomorové srdce a dva kruhy krevního oběhu. Jeden z nich (malý) pohání krev plícemi, kde je nasycen kyslíkem. Potom se krev vrátí do srdce a vstoupí do levé síně. Velký kruh vede kyslík bohatou (arteriální) krev do všech ostatních orgánů, kde se vzdává kyslíku a vrací se do srdce skrze žíly do pravé síně.
U zvířat s trojkomorovým srdcem vstupuje krev z obou síní do jediné komory, odkud se potom dostává do plic a do všech ostatních orgánů. Současně se arteriální krev smísí s žilní krví. U zvířat se čtyřkomorovým srdcem je v průběhu vývoje jediná komora nejprve rozdělena přepážkou do levé a pravé poloviny. Výsledkem je, že obě kruhy krevního oběhu jsou zcela odděleny: krev s obsahem kyslíku přichází z pravé síně do pravé komory a přechází odtud do plic, nasycených kyslíkem z levé síně pouze do levé komory a odchází odtud do všech ostatních orgánů.
Tvorba čtyřkomorového srdce byla nezbytným předpokladem pro rozvoj teplokrevnosti u savců a ptáků. Tepelně krevní tkáně spotřebovávají velké množství kyslíku, takže potřebují „čistou“ arteriální krev, která je nejvíce nasycená kyslíkem. Smíšená arteriální žilní krev může být spokojena se studenokrevnými obratlovci s tříkomorovým srdcem. Trojkomorové srdce je charakteristické pro obojživelníky a většinu plazů, ačkoli toto má částečnou separaci komory do dvou částí (se vyvíjí neúplné intra-ventrikulární septum). Současné čtyřkomorové srdce se vyvinulo nezávisle ve třech evolučních liniích: u krokodýlů, ptáků a savců. To je živý příklad paralelního vývoje.
Biologům z USA, Kanady a Japonska se podařilo částečně dešifrovat molekulárně genetický základ této významné evoluční události (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Klíčovou roli v něm hrály změny v genu Tbx5. Tento gen, který kóduje regulační protein, je exprimován odlišně ve vyvíjejícím se srdci u obojživelníků (Xenopus spur-like frog) a teplokrevných (kuřecích a myších) srdcí. V prvním případě je jednotně vyjádřena v celé budoucí komoře, v druhé je jeho exprese maximálně v levé části anlage (v budoucnosti levé komory) a minimálně vpravo. A co plazi?
Bylo zjištěno, že u plazů - ještěrek a želv - v časných embryonálních stadiích je gen Tbx5 exprimován stejným způsobem jako u žáby, tj. Rovnoměrně po celé budoucí komoře. V ještěrkách vše zbývá až do konce vývoje. Stejně jako žába, ještěrka netvoří nic, co by připomínalo přepážku (alespoň částečnou) mezi komorami.
Co se týče želvy, pak se v pozdních fázích vytváří gradient exprese - stejně jako u kuřete, jen méně výrazný. Jinými slovy, v pravé části komory se aktivita genu postupně snižuje, zatímco v levé části zůstává vysoká. Tak, povaha Tbx5 výrazu, želva je mezitím mezi ještěrkou a kuře. Totéž lze říci o struktuře srdce. Želva tvoří neúplnou mezeru mezi komorami, ale v pozdějších fázích než v kuře. Srdce želvy je mezi typickou trojkomorovou (jako u obojživelníků a ještěrek) a čtyřkomorové, jako u krokodýlů a teplokrevníků.
Pro potvrzení vedoucí úlohy genu Tbx5 ve vývoji srdce byly prováděny experimenty s modifikovanými myšmi. U těchto myší bylo možné na žádost experimentátora vypnout gen Tbx5 v jedné nebo v jiné části srdečního zárodku. Ukázalo se, že pokud vypnete gen v celém komorovém pupenu, zárodek se ani nezačne dělit na dvě poloviny: z ní se vyvíjí jediná komora bez jakýchkoliv stop septum. Získejte myší embrya s trojkomorovým srdcem! Taková embrya uhynou 12. den embryonálního vývoje.
V dalším experimentu se autorům podařilo zajistit, aby byl gen Tbx5 rovnoměrně exprimován v zárodcích komor embrya myší - stejně jako u žáby a ještěrky. To opět vedlo k vývoji myších embryí s trojkomorovým srdcem.
Samozřejmě by bylo ještě zajímavější zkonstruovat takové geneticky modifikované ještěry nebo želvy, ve kterých by se Tbx5 exprimoval jako u myší a kuřat, tj. Silně na levé straně komory, slabě na pravé straně a zjistit, zda z tohoto srdce je spíš jako čtyřkomorový. Ale to ještě není proveditelné: genetické inženýrství plazů zatím nepokročilo.
Je jasné, že evoluce k vytvoření teplokrevnosti a všeho, co tuto transformaci poskytuje (srdce, oběhový systém, integument, vylučovací systém atd.), Používá jednoduché nástroje: čím méně nastavení je zapotřebí, tím lépe. A pokud může být tříkomorové srdce přeměněno na čtyřkomorový v jednom kroku, pak není důvod, proč ho nevyužít.
Duplikace genů
MULTIFUNKČNÍ GENY - ZÁKLAD EVOLUČNÍCH INOVACÍ.
Myšlenka, že duplikace genů je nejdůležitějším zdrojem evolučních inovací, byla vyjádřena již ve třicátých letech minulého století významným biologem Johnem Haldaneem (Haldane, 1933). Dnes o tom není pochyb. Myšlenka je jednoduchá. Vzhled „extra“ kopie genu v genomu otevírá svobodu pro evoluční experimentování. Mutace, které se vyskytují v jedné ze dvou kopií a oslabují původní funkci genu, nebudou vyloučeny selekcí, protože existuje druhá kopie, která zůstává stejná. Selekce vylučuje pouze ty mutace, které snižují tělesnou zdatnost, a proto je nutné, aby obě kopie genu byly zkaženy najednou. Jedna z kopií tedy pravděpodobně zůstane víceméně nezměněna, zatímco druhá začne volně akumulovat náhodné mutace. S největší pravděpodobností bude tato změna kopie beznadějně poškozena nebo zcela ztracena. Existuje však možnost, že některá mutace přidá novou užitečnou vlastnost do měnící se kopie. Stačí, když byl tento majetek zpočátku vyjádřen do velmi minimálního stupně. Výběr „chytí“ výhodu, která vznikla, a začne optimalizovat gen pro novou funkci.
Tento způsob vyvíjející se inovace se nazývá neofunkcionalizace. Jedna z kopií zdvojeného genu zůstává v činnosti čistícího výběru, nezmění se a nezachovává starou funkci, zatímco druhá kopie získá novou. Samozřejmě, že ve většině případů se nová funkce bude vztahovat k původní funkci: bude to určitá variace na staré téma (nezapomeňme, že jsme v kapitole 1 hovořili o obtížnosti přechodu z jedné nadmořské výšky fitness krajiny na jinou?)
Často se stává, že protein, který je optimalizován výběrem pro jednu funkci, může také provádět jiné funkce, které jsou sekundární nebo zcela zbytečné pro tělo s nízkou účinností, jednoduše jako vedlejší účinek. Například většina enzymů specializovaných pro práci s jedním substrátem může pracovat s jinými molekulami podobnými hlavnímu substrátu. O takových enzymech lze říci, že jsou předem přizpůsobeny na získání nové funkce. Pokud se podmínky změní takovým způsobem, že se tato dodatečná funkce ukáže jako užitečná, protein se na ni může specializovat - přeměnit své koníčky na hlavní zaměstnání (Conant, Wolfe, 2008). Navíc bude obzvláště snadné, pokud gen proteinu neúmyslně podstoupí duplikaci. V tomto případě může jedna z kopií genu zachovat starou specializaci a druhá může být optimalizována pro provedení nové funkce. Toto se nazývá subfunkcionalizace nebo jednoduše oddělení funkcí.
Pokud je hlavní funkce proteinu stále užitečná, je také užitečná další funkce („hobby“) a oddělení funkcí se nevyskytuje, protože gen není duplikován? V tomto případě bude výběr optimalizovat protein pro provádění obou funkcí současně. To je ta nejběžnější věc: mnoho genů ve skutečnosti neplní jednu, ale několik užitečných funkcí v těle (pro jednoduchost budeme hovořit o případě, kdy existují dvě funkce). Takový gen je ve stavu adaptivního konfliktu. Pokud v něm dojde k mutaci, která zlepšuje výkon jedné z funkcí, bude užitečná pouze v případě, že tato funkce netrpí druhou funkcí. V důsledku toho gen vyvažuje mezi dvěma směry optimalizace a jeho struktura představuje kompromis mezi konfliktními požadavky na výběr. Je zřejmé, že v takové situaci nemůže být ani jedna z obou funkcí přivedena k dokonalosti. U takových genů se může zdvojení stát „dlouho očekávaným vysvobozením“ z vnitřního konfliktu. Pokud je multifunkční gen nakonec duplikován, výsledné kopie pravděpodobně rozdělí funkce mezi sebou a rychle se optimalizují v různých směrech. Takový je způsob, jak se vyhnout adaptivnímu konfliktu.
Klasické příklady vzniku nových genů duplikací
Krystaly jsou proteiny oční čočky. Rozpustnost ve vodě, transparentnost a stabilita (dlouhá "skladovatelnost") - téměř jediné povinné požadavky na výběr proteinů krystalinu. Je to pravděpodobně proto, že různé druhy krystalinů u zvířat byly opakovaně tvořeny z nejrůznějších „improvizovaných materiálů“. Například delta-krystaly ptáků a plazů se vyskytly duplikací a subfunkcí z enzymu argininosukcinát-lyasy, tau-krystalinů z enolázy, SIII-krystalinů z glutathion-S-transferázy, zeta-krystalického z chinonoxidoreduktázy. Některé krystaliny si dokonce zachovaly svou enzymatickou aktivitu: tyto proteiny mohou fungovat jako krystaly v čočce a v jiných tkáních jako enzymy nebo chaperony [70]. Tudíž epsilon-krystalický u ptáků je současně enzymem laktát dehydrogenáza (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Duplikace genů a subfunkcionalizace je často od takové kombinace osvobozují. Například u lidí krystalické alfa-B kombinuje funkce krystalického a chaperonu, zatímco v zebrafish, odpovídající gen duplikuje, s jednou kopií (alfa-B1) se zaměřením na optickou funkci v krystalické čočce a druhou (alfa B2) na funkci chaperonu v jiných tkáních (Smith et al., 2006).
Zvláště často jsou krystaly tvořeny z glykolýzových enzymů - biochemického procesu, během kterého buňka uchovává energii, štěpící glukózu bez použití kyslíku. Faktem je, že při embryonálním vývoji je čočka tvořena buňkami, které nejsou schopny dýchat kyslík: tyto buňky mohou extrahovat energii pouze glykolýzou. Proto jsou vyloženy glykolytickými enzymy. Ale přirozený výběr je velký oportunista a oportunista, který vytváří adaptace ne z toho, co je lepší, ale z toho, co přichází jako první.
Při přitahování chaperonů pro roli krystalinů je logika zhruba stejná - oportunistická. Chaperony jsou zodpovědné za stabilitu struktury jiných proteinů a vyhlazují účinky stresových faktorů, ať už jde o mutace nebo kolísání teploty. Čočka se vytváří v určitém smyslu v „stresových“ stavech (bez kyslíkového dýchání) a její obsah musí být velmi odolný vůči jakémukoli stresu: čočka musí udržet svou transparentnost a světelné refrakční vlastnosti po celou dobu života organismu, za vysokých světelných podmínek, bez jakékoli pomoci zvenčí, bez cév, bez nervů. Přítomnost chaperonů ve tvořící čočce je tedy adaptací zcela logická. No, protože už jsou tam, co není materiálem pro vývoj nových krystalinů?
Proteinové antifreezní antarktické ryby. Nototeny ryby jsou nejrozmanitější a hmotnostní skupina ryb v chladných antarktických mořích. Úspěch nototeny je spojen s přítomností úžasných nemrznoucích proteinů v jejich krvi. Tyto proteiny spojují vznikající ledové krystaly a nedovolují jim růst, což jim umožňuje žít při extrémně nízkých teplotách (slaná mořská voda mrzne při -1,9 ° C a krev obyčejných mořských ryb při −0,7... −0,1). ° C). Překvapivě, nemrznoucí nototenyh pochází z bílkovin, jejichž funkce nemá nic společného s ochranou před mrazem. Jejich předchůdcem byl trypsin, enzym pankreatu, který štěpí proteiny v trávicím traktu. Všechny geny proti zamrznutí (existuje několik z nich) jsou navzájem velmi podobné a zřetelně k nim dochází následnými duplikacemi z jediného rodového genu, který byl vytvořen z duplikátu genu kódujícího trypsinogen (protein, ze kterého se potom produkuje enzym trypsin). Začátek a konec antifreeze genů zůstal stejný jako u genu trypsinu a uprostřed byl repetitivní (amplifikovaný) devíti nukleotidový fragment ze střední části genu trypsinu kódujícího tři aminokyseliny: threonin-alanin-alanin. Tento opakující se aminokyselinový motiv tvoří páteř molekuly proti zamrznutí. Soudě podle indikací molekulárních hodin došlo k duplikaci původního trypsinového genu a výskytu první nemrznoucí směsi před 5-14 miliony lety. To se přibližně shoduje s časem prudkého ochlazení v Antarktidě (10–14 ma), stejně jako s nástupem rychlého adaptivního ozáření nototeniových ryb (Chen et al., 1997).
Jeden zástupce nototenie, rybník Antarktida Dissostichus mawsoni, detekoval proteinový meziprodukt mezi trypsinogenem a typickou nemrznoucí směsí: v něm zůstaly fragmenty původního trypsinogenu, které byly ztraceny zbývajícími antifreezes. Tento protein je skutečnou molekulární "přechodnou formou".
Některé arktické ryby v průběhu adaptace na život v ledové vodě také vypadaly jako nemrznoucí proteiny, ale jiné. Antifreeze cod se ve své struktuře podobá mrazuvzdorné nototenivyh, ale nemá nic společného s trypsinogenem. Původ nemrznoucí směsi tresky obecné dosud nebyl objasněn, je pouze jasné, že se jednalo o nezávislou akvizici. Ostatní arktické ryby mají svou vlastní unikátní nemrznoucí směs vytvořenou z jiných proteinů - lektinů a apolipoproteinů (True, Carroll, 2002).
Vzhled specializované ribonukleázy (enzymu, který štěpí RNA) u opic, které se živí listy. V Kolobinech - opicích Starého světa, které se živí těžko stravitelnou rostlinnou potravou - se vyvinula speciální část žaludku, kde symbiotické bakterie tráví nepoživatelnou živočišnou buničinu [71]. Samotná opice se živí těmito bakteriemi a v nich, stejně jako v každé rychle rostoucí bakteriální populaci, existuje mnoho RNA.
Pro štěpení bakteriální RNA potřebují kolobins enzym - RNázu, schopný pracovat v kyselém prostředí. Předci kolobin neměli takový enzym. Ale stejně jako všechny opice měly další RNázu (RNase1), která pracovala v alkalickém médiu a byla schopna štěpit dvouvláknovou RNA. To je jeden z mechanismů antivirové ochrany, nesouvisející s trávením.
V souvislosti s přechodem na výživu symbiotických bakterií vyvinula kolobin novou RNázu RNase1B. Vyrábí se ve slinivce břišní a vstupuje do tenkého střeva. Ve střevech kolobinů, na rozdíl od jiných opic, je prostředí kyselé a ne alkalické. Nový enzym dokonale štěpí bakteriální RNA, ale není schopen neutralizovat dvouvláknovou virovou RNA.
Gen Rnase1B se objevil jako výsledek duplikace původního genu RNase1. Po duplikaci si jedna z kopií zachovala starou funkci, zatímco druhá získala novou. První kopie byla zároveň provedena očistným výběrem a druhá pozitivní, což vedlo ke konsolidaci devíti významných substitucí. Experimenty ukázaly, že každá z těchto devíti substitucí snižuje účinnost provádění původní funkce - štěpení dvouvláknové RNA. V důsledku toho byla pro vývoj nové funkce nutná duplikace: kdyby Kolobin neměl „náhradní“ kopii genu, který by pokračoval v provádění staré funkce, selekce by sotva mohla tyto devět mutací opravit (Zhang et al., 2002).
Mléčné proteiny švábů Diploptera punctata. Tito viviparous švábi krmí jejich mladé potomstvo speciálními bílkovinami, které se vyskytly duplikací a neofunkcionalizací z lipocalin - extracelulárních proteinů zodpovědných za transport malých hydrofobních molekul (lipidy, steroidy, retinoidy atd.) (Williford et al., 2004). Zřejmě ze stejného rodového lipocalin v jiném švábovi, Leucophaea maderae, byl afrodiziakální protein, se kterým samci přitahují samice (Korchi et al., 1999).
Je možné v praxi rozlišovat neofunkčnost od vyhýbání se adaptivnímu konfliktu? Teoreticky by to nemělo být tak těžké. V prvním případě je jedna kopie genu podrobena purifikační (negativní) selekci a pokračuje v provádění původní funkce a druhá kopie je podrobena pozitivní selekci. Diskutovali jsme o tom, jak určit, který typ výběru na gen v kapitole 2 působil. V druhém případě jsou obě kopie předmětem pozitivního výběru a zvyšuje se efektivita provádění obou funkcí.
Pro testování těchto teorií v praxi se biologové naučili teprve nedávno. Například, v roce 2008, genetika z Duke University (USA) aplikovala tato kritéria na duplikovaný enzymový gen v ipomoea, rod rostlin z čeledi convolvulaceae (Des Marais, Rausher, 2008). Enzym se nazývá dihydroflavonol-4-reduktáza (DFR). Obnovuje různé flavonoidy a mění je na červené, fialové a modré antokyaninové pigmenty. To je původní funkce tohoto enzymu, který provádí téměř ve všech kvetoucích rostlinách. Enzym navíc katalyzuje některé další chemické reakce a dosud nebyl stanoven celý rozsah jeho schopností.
V Ipomoea a několika jeho blízkých příbuzných je gen DFR přítomen ve formě tří kopií umístěných blízko sebe (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Jiné genové konvolváty mají pouze jednu kopii. Všechny convolvulaceae s trojitým genem DFR tvoří clade, tj. Skupinu pocházející z jednoho společného předka a zahrnující všechny jeho potomky. V počátečních stadiích vývoje této skupiny se gen podrobil dvěma postupným tandemovým duplikacím. Nejprve se objevily dvě kopie, z nichž jedna se stala genem DFR-B a druhá byla znovu duplikována a přeměněna na DFR-A a DFR-C.
Pokud jde o poměr synonymních a významných substitucí, autoři zjistili, že po první duplikaci byl gen, který se později rozdělil na DFR-A a DFR-C, pod vlivem pozitivní selekce. Rychle zaznamenal významné substituce, tj. Došlo k adaptivní evoluci. Pokud jde o gen DRF-B, zdá se, že rychlost fixace významných substitucí v něm po duplikaci se nezvýšila. Zdá se, že argumentuje ve prospěch neofunkcionalizace, to znamená, že gen DRF-B si zachoval původní funkci a DFR-A a DFR-C získaly novou. V této fázi je však ještě brzy vyvozovat závěry, protože důležité adaptivní změny mohou být způsobeny velmi malým počtem významných substitucí. V zásadě může i substituce jedné aminokyseliny změnit vlastnosti proteinu.
Aby bylo možné přesně určit, zda po duplikaci došlo k adaptivnímu vývoji genu DFR-B, bylo nutné experimentálně zkoumat vlastnosti proteinu kódovaného tímto genem. To je přesně to, co autoři udělali. Studovali katalytickou aktivitu proteinů DFR-A, DFR-B a DFR-C Ipomoea, stejně jako původní verzi proteinu DFR jiných odsouzených. Všechny proteiny byly testovány na schopnost obnovit pět různých substrátů (látky ze skupiny flavonoidů).
Ukázalo se, že Ipomoea DFR-B protein funguje efektivně se všemi pěti substráty. Původní protein DFR zvládá všechny z nich mnohem horší. Konečně DFR-A a DFR-C nevykazují žádnou katalytickou aktivitu vůči těmto pěti substrátům vůbec.
Protein DFR-B po duplikaci se tak lépe dokázal vyrovnat s hlavní funkcí - obnovou flavonoidů - než před duplikací. A to navzdory skutečnosti, že po duplikaci bylo jen málo smysluplných substitucí. Jak se ukázalo, jediná náhrada v klíčové pozici výrazně zvýšila účinnost enzymu. Příběh se ukázal být docela detektivní.
Většina kvetoucích rostlin v poloze 133 proteinu DFR je aminokyselina asparagin (Asn133), která hraje důležitou roli v "nastavení" svého substrátu enzymem. DFR proteiny s Asn133 účinně regenerují flavonoidy. Nicméně, ve vzdálených předchůdcích creep-creeps (ve společném předku Passel-barva a Gentian), tento velmi důležitý asparagine byl nahrazený kyselinou asparagovou (Asp133). To vedlo ke zhoršení funkce "flavonoidu" enzymu. Proč nebyla taková škodlivá mutace vyřazena selekcí? Je zřejmé, že do té doby se protein DFR v této evoluční linii (tj. Předci semena kvetoucího a hořce) jevil jako nová doplňková funkce. Výběr začal optimalizovat protein ve dvou směrech najednou a nahrazení asparaginu kyselinou asparagovou ve 133. pozici bylo výsledkem kompromisu - přímého výsledku adaptivního konfliktu. Co je to další funkce, bohužel, nemohl přijít. K této změně však došlo v oblasti proteinu, který je zodpovědný za vazbu substrátu, což znamená, že se jedná o práci s některými novými substráty.
Od té doby musela být většina semen a odrůd hořce uspokojena „kompromisní“ variantou DFR proteinu. Ale mezi předky Ipomoea se gen DFR zdvojnásobil, existuje jedinečná příležitost uniknout z adaptivního konfliktu a rozdělit funkce mezi proteiny. A předkové Ipomoea tuto příležitost nevynechali. Po duplikaci protein DFR-B izoloval asparagin ve 133. pozici. To dramaticky zvýšilo katalytickou aktivitu vůči flavonoidům. Účinnost enzymu je opět vysoká, stejně jako ve vzdálených předcích, u kterých enzym ještě nemá další funkci. Pro tento účel postačovala jediná aminokyselinová substituce (proto analýza poměru signifikantních a synonymních substitucí neodhalila žádné stopy pozitivní selekce v genu DFR-B).
Co se stalo s geny DFR-A a DFR-C? Samozřejmě zcela opustili starou funkci (práce s flavonoidy) a věnovali se realizaci nové. Pokud bylo nahrazení asparaginu kyselinou asparagovou kompromisním řešením, které nějakým způsobem kombinovalo obě funkce ve stejném proteinu, pak lze předpokládat, že v DFR-A a DFR-C je kyselina asparagová nahrazena něčím jiným, ale nikoli asparaginem. To se stalo. V různých typech ipomei v DFR-A proteinu, 133. pozice je obsazena různými aminokyselinami, zatímco v DFR-C proteinu je vždy isoleucin, který zbavuje protein jeho schopnosti pracovat s flavonoidy.
Ačkoliv v této studii zůstala nepříjemná „díra“ - nebylo možné zjistit, jaká je nová funkce proteinů DRF, nicméně výsledky ukazují, že to bylo právě odchod z adaptivního konfliktu a neofunkcionalizace. Gen DRF se stal bifunkčním dlouho před duplikací. Duplikace umožnila rozdělení funkcí mezi kopie, odstranění adaptivního konfliktu a optimalizaci každého genu pro provedení jedné funkce.
V závěru článku autoři uvádějí důležitou poznámku. Zdůrazňují, že v případě odchylky od adaptivního konfliktu ve srovnání s neofunkcionalizací existuje vyšší pravděpodobnost zachování „extra“ kopií genu po duplikaci. Konec konců, pokud duplikovaný gen provedl dvě funkce ještě před duplikací, pak proces separace funkcí může být iniciován mnoha různými mutacemi v jedné ze dvou kopií. Náhodné mutace pravděpodobně více zvýší jednu ze stávajících funkcí proteinu, než vytvořit zcela novou.
Z těchto pozic je snazší pochopit výsledky jiných studií, včetně údajů o dvou duplikacích plných genomů, ke kterým došlo na počátku vývoje obratlovců.
Encyklopedie lékařských omylů
Rozptýlení populárních mylných představ moderního člověka.
Srdce
Někteří lidé věří, že velikost srdce člověka může být určena velikostí jeho pěsti - říkají, že se shodují. Ve skutečnosti je srdce mnohem větší pěstí.
Pokud změříme pěstmi, pak jejich velikost bude asi dva a půl pěsti. Trvá srdce asi třetinu hrudníku.
Nápověda
U malých organismů není problém s dodáváním živin a odstraňováním metabolických produktů z těla (dostatečná rychlost difúze). Jak se však velikost zvětšuje, je třeba zajistit stále se zvyšující potřeby těla v procesu získávání energie a potravin a odstraňování spotřebovaných. Jako výsledek, primitivní organismy už mají takzvaný “srdce”, který poskytovat nezbytné funkce. Dále, stejně jako u všech homologních (podobných) orgánů, dochází ke snížení počtu kompartmentů na dvě (u lidí, například dva pro každou cirkulaci).
Paleontologické nálezy nám umožňují říci, že primitivní akordové už mají nějaký druh srdce. Plné tělo je však zaznamenáno u ryb. Je zde dvoukomorové srdce, ventilové zařízení a srdeční vak.
Obojživelníci a plazi již mají dva kruhy krevního oběhu a jejich srdce je tříkomorové (objeví se mezioperační septum). Jediný moderní plaz, který má podřadný (interatrial septum ne zcela odděluje atria), ale již čtyřkomorové srdce je krokodýl. Předpokládá se, že se poprvé objevilo čtyřkomorové srdce u dinosaurů a primitivních savců. Následně, přímí potomci dinosaurů zdědili tuto strukturu srdce - ptáci a potomci primitivních savců - tito jsou moderní savci.
Srdce všech strunatců nutně má srdeční vak (perikard), ventilové zařízení. Srdce měkkýšů mohou mít také ventily, mají perikard, který v plži zakrývá zadní střevo. U hmyzu a jiných členovců mohou být orgány oběhového systému ve formě peristaltických expanzí velkých cév nazývány srdcem. V akordech je srdce nepárovým orgánem. U měkkýšů a členovců se množství může lišit. Pojem "srdce" se nevztahuje na červy atd.
Biologové přišli na to, jak se u lidí tvoří srdeční vady
Biologům se podařilo najít klíčový protein, který mění srdce embrya ze tří komor do čtyřkomorové. Podle vědců jejich objev pomůže lidem zabránit rozvoji mnoha srdečních abnormalit.
Proč člověk potřebuje čtyřkomorové srdce
Pouze u ptáků a savců, včetně lidí, se srdce skládá ze čtyř komor - levé a pravé předsíně, stejně jako dvou komor. Taková struktura zajišťuje separaci okysličené arteriální a kyslíkaté žilní krve. Jeden proud, s žilní krví, je poslán do plic a druhý - s tepnovým zásobením celého těla. Z energetického hlediska je taková cirkulace co nejpřínosnější. Proto se vědci díky čtyřkomorovému srdci naučili udržovat konstantní tělesnou teplotu. Na rozdíl od teplokrevných v chladnokrevných, například obojživelníků, je srdce trojkomorové. U plazů je situace složitější. Jsou to zvláštní skupina. Faktem je, že jejich komory jsou odděleny přepážkou, ale v ní je díra. Jako čtyřkomorové srdce, ale ne úplně. Jedna část chybí: filmová přepážka, která by zakrývala mezikomorové otevření a vytvořila úplnou izolaci levé a pravé komory. Takový filmový oddíl se objevil u ptáků a savců mnohem později.
Jak se vytvoří oddíl
Jak tento oddíl vznikl, objevila se velká skupina amerických, kanadských a japonských vědců, vedená Dr. Benoitem G. Bruneauem z Gladstoneova institutu pro kardiovaskulární nemoci. Autoři zjistili, že dělení začíná tvořit, pokud je počet transkripčních faktorů proteinů Tbx5, které vážou DNA a spouští transkripci genů zodpovědných za syntézu kardiomyocytů, nerovnoměrně rozdělen v obou komorách. Kde počet Tbx5 začíná klesat a oddíl je tvořen.
Srdce želvy a ještěrka
Dr. Bruno a jeho kolegové studovali vývoj srdce v embryích želvy rudohlavé (Trachemus scripa elegans) a ještěrky Caroline Anolisové (Anolis carolinensis). „Pro nás bylo důležité vidět, jak je meziobratlová přepážka tvořena v embryích tohoto a jiného druhu. V želvě, ve které se začíná tvořit čtyřkomorové srdce, a v ještěrce s trojkomorovým srdcem, “vysvětlují vědci.
Ukázalo se, že protein Tbx5 je nerovnoměrně distribuován v želvě. Koncentrace tohoto proteinu se snížila, i když velmi postupně, zleva na pravou stranu komory. A v ještěrkách obsah Tbx5 byl obecně stejný v celé komoře, takže nebylo nutné, aby se objevil septum. „Na základě toho jsme se rozhodli, že výskyt interventrikulární přepážky je spojen s různými koncentracemi Tbx5,“ říkají vědci.
Myši se studenou želvou
Experiment byl úspěšný. Zůstalo jen pochopit, zda koncentrace Tbx5 je opravdu příčinou, a vzhled přepážky je důsledkem, nebo je to pouhá náhoda. Dr. Bruno a jeho kolegové modifikovali DNA myší tak, aby hladina Tbx5 v nich odpovídala hladině Tbx5 u želvy. Myši se tedy narodily s trojkomorovým želvovým srdcem - bez filmu zakrývajícího mezikomorové otevření. Bohužel všechny myši zemřely téměř okamžitě po narození. Díky této zkušenosti však vědci dokázali pochopit, že distribuce hladiny transkripčního faktoru skutečně vede k tvorbě přepážky pokrývající ventrikulární otvor.
Abnormality srdce mohou být léčeny Tbx5
„To, co jsme byli schopni objevit, je důležitým krokem k pochopení vývoje srdce. Pochopení toho, jak vzniklo mezikomorové septum, nám umožní jít ještě dále. A abychom zjistili, jak se vrozené vady objevují u lidí, proč se v některých embryích netvoří interventrikulární přepážka a jak lze tento proces ovlivnit, “říkají autoři.
Více informací o práci vědců lze nalézt v posledním čísle časopisu Nature.