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眼の進化 まとめですね [生命の誕生]

ここら辺で、まとめておきましょう。

細胞の形からいきましょうか?

原始的な光を感知する細胞は、
動物の光受容体細胞0.png
こんな感じに、繊毛に光を感知する蛋白が蓄積したものと考えられているようです。
これは、光を感じる部分の基部に繊毛の痕跡?が残っているためです。
この部分は光を感じる部分との伝達を担うという働きがあります。


単細胞生物もそうでしたが、鞭毛or繊毛を操作する目的として光受容体が生成されただろう、
ということがここからも示唆されるのが面白いでしょうかねっ?


この後、繊毛部分は、光を感知するために数を増やしたり、幾重にも層をなしたりしていきます。
その変化の仕方が、種により異なるというわけのようです。

Protostomia
前口動物 Ecdysozoa 脱皮動物
Gastrotricha 腹毛動物 イタチムシ 動物の光受容体細胞06.png
Onychophora 有爪動物 カギムシ、ハルケギニア 動物の光受容体細胞06.png
Lophotrochozoa 冠輪動物
Plathelminthes 扁形動物 ウズムシ 動物の光受容体細胞01.png
Nemertini 紐形動物 ヒモムシ 動物の光受容体細胞06.png
Mollusca 軟体動物 イカ、タコ 動物の光受容体細胞06.png
Polychaeta 多毛類 ゴカイ 動物の光受容体細胞04.png
Deuterostomia
後口動物 Hemichordata 半索動物
Enteropneusta 腸鰓類 ギボシムシ 動物の光受容体細胞04.png
Cephalochordata 頭索動物 (ナメクジウオ)
Tunicata 尾索動物
ascidian larva ホヤ幼生 動物の光受容体細胞02.png
Cyclostomata 円口類
hagfish メクラウナギ 動物の光受容体細胞04.png
arval lamprey pineal 幼虫ヤツメウナギ松果体 動物の光受容体細胞05.png
adult lamprey retina 大人のヤツメウナギ網膜 動物の光受容体細胞03.png
Gnathostomata 顎口上綱
gnathostome retina 顎口上綱網膜 動物の光受容体細胞03.png

具体的には上表のようになるでしょうか?(略図はおおざっぱですのでくわしくは、参考をご覧ください)


混じっているところもありますが、
前口(旧口)動物と後口(新口)動物に分かれる時に、
繊毛が縦にのびたのが前口で、横へ(層に)のびたのが後口動物ということのようです。

実際には、縦と、横(層)の両方の遺伝子を持つ細胞があって、どちらかが発達したと考える方が正解?のようです。
進化の過程で入れ違いが生じている説明がたやすいためと考えられなくもありません???
あるいは、コウモリと鳥のように似てきたと考える学者さんもいるようです。
相変わらず進化とは難しさをはらんでいます。

Int. J. Dev. Biol. 47: 563-571 (2003)、
Nat Rev Neurosci. 2007 December ; 8(12): 960–976.、
Current Biology 20, R114–R124, February 9, 2010、などが参考になるでしょうか。


今度は、細胞の配列です。

前口動物 複眼:compound eye(tube-worm、arcid clam) 動物の光受容体細胞配列02.png
節足動物の複眼:arthropod compound eye 動物の光受容体細胞配列01.png
頭足類:cephaopod lens eye 動物の光受容体細胞配列04.png
後口動物 脊椎動物:vertebrate eye 動物の光受容体細胞配列03.png

典型的なレンズ眼と、複眼のみを作表しています。
current biology 1996,vol6 No.1:39-42、からです。

同じ複眼でも、細胞内にレンズがある場合もあったり、

同じレンズ眼でも、細胞の方向が逆だったりするのですね。
これは眼の細胞の由来が、脊椎動物では皮膚ではないためらしいです。
(層が異なるため)


9/10)鞭毛について総説を追記しました。
タグ:進化

多細胞の眼 [生命の誕生]

単細胞生物の眼にも色々ある事がわかってきて、最終的には、レンズ眼まで到達するのですね。

細胞ひとつでも眼を形づくる事ができるということは、多細胞生物に変化?進化?(直接ではありませんが)するための材料は出そろったということでしょう。

そのまま物質を使ったり、他の目的で使用されていたものがたまたま?使用されることもあります。
(レンズのクリスタリンと呼ばれる透明なたんぱく質は、色々な生物で機能する酵素として使用されているものと同一であることなどもあるようです。
色々な報告があるのでいまさら参考はいらないでしょうか?)
これで、はれて多細胞生物の眼について考えられそう・・・

でっ、


進む前にちょっと、横道にそれて単細胞生物が脊椎動物へと進化するために何が必要なのかを考えると、ここら辺がはっきりするような気がします。



EVOLUTION & DEVELOPMENT 10:2, 241–257 (2008)に、
6段階に分けたホヤ~脊椎動物への進化の過程を解説した報告があります。
以前ボルボックスさんへの進化の段階を12にわけた報告をご紹介しましたがそれの動物版と言ったところでしょうか?

1 METAZOA 一種の多細胞化
2 EUMETAZOA 内側の形成(腸?)
3 NEURALIA 感覚、神経細胞の分化
4 TRIPLOBLASTICA 内部に細胞の形成(内胚葉)
5 BILATERIA 軸の形成(上下あるいは左右の差異の形成)
6 EUBILATERIA 口と肛門の形成

な感じです。
おそらく、それぞれの段階の生物がいるのでしょうが、私には見つけられませんでした。
見つけたらご紹介しましょうか?


眼の形成は、神経の形成と同時期か、あるいは先か、後かという考察はさておいて、
内胚葉=消化器官など、中胚葉=血液その他よりも早く形成された可能性がありそうということですね。
(あくまで、この報告の過程でこうであったかは・・・)

この辺のところは、以前のお話と重複しますが、現在生存し(発見?され)ている生物が少ない?ない?ので
本当なのかどうかは・・・   想像ですよというお話ですね。


結局のところ、単細胞生物でも色々なめが進化していることから、結構早い時期に眼が作られたのではと考えられるというお話でした。
タグ:進化

かく核しかじか② [生命の誕生]

今日は、私のメモです・・・


核を2つ持つということはどういうことなのでしょう?
普通に考えるとなんか無意味な気もしなくもありませんね。


さて、生物が多様化⇔多数化?する中で、何が重要か?ということに落ち着きそうです。

でっ、まず生物は増殖しますね、すなわち数が増えるということですね。
ここでは、ボルボックスや、クンショウモコエラストルムなどが代表なのでしょう。
多核細胞、多核体、そして多細胞でもお話しました。

ですが、増殖以外の方法をとる場合もあります。それが大きくなるということなのでしょう。

単細胞のまま大きくなるためには細胞内の物質を増やせばいいわけで、
DNAからの合成を増やすということに帰結しそうです。

以前、セントラルなドグマのところで、DNAの合成にふれましたが、
リボゾームによって蛋白を合成するわけです。
なので、リボゾームを増やすということが①ということでしょうか。
事実、同じRNAに数珠つなぎにrRNAが結合して合成が行われることが知られています。

では、②はというとDNA自体を増やせばいいわけでこの場合、遺伝情報が重複し核が肥大します。
核細胞分裂.png
な感じですね。

しかし、DNAの重複は複製の段階でコストが高そうですので、
複製をになうDNAを他に持つようになりました。
核細胞分裂2.png
でっ、ゾウリムシさんたちが出来たのでしょう?

その他に、同じDNA情報を完全にコピーしたものを複数持つというバリエーションもあり得ます。
その代表が、スピロストマムさんで、
多核の恩恵?として、どこを切っても複製できるってことになったような感じがします。
核細胞分裂3.png
こんな感じですね。

多核にも色々とあるようですね。

2重螺旋、DNA螺旋、20Å×1mmで6Mbit? [生命の誕生]

ここ数日は写真の整理でブログをさぼってしまいましたので・・・(投稿のためですね)
今日はDNAの螺旋を詳しく見てみました。

10段で1回転らしいので、36°ずつで、
DNA螺旋.jpg
微妙にずれてますが、こんなものでしょうか?

1段の高さは、
DNA螺旋3.png
大体、3.5Å(3.5×10^-10m = 0.35nm)くらいですね。
1mmの高さで、3000000段くらい?であってますでしょうか。
だいたい、3Mビット、いえ1段で2ビット分保存できますので6Mビットといったところでしょうか。

幅は、
DNA螺旋2.png
外周までは測ってませんが、20Åくらいですね。

細かい角度を測ってみると。
DNA螺旋.png
こんな感じです。

何を考えているかは次回にでも。では。

tRNAを回してみました。 [生命の誕生]

今度は、こちらですね。
(Avogadroとかのソフトをインストールしなくても、ページの
3D view→画面が出たら、右クリック→Style→Scheme→Ball and stick でも下と同様な表示が可能ですね。
Select a Viewer で、J smal(Java Script)を選択で。)

構造式?はクローバーみたいに書きますが、実際の構造は逆L字金具みたいです。
以前お話しましたね)
tRNA.gif
孤立している酸素(赤●)は水?氷?でしょうかね。

上左の明るい部分の一番細い部分にアミノ酸(このtRNAはフェニルアラニン用です)が結合します。
m_tRNA.jpg
下の明るい部分がmRNAに結合する部分で、コードを示しています。

mRNAに結合する部分を拡大して横に倒すと、
tRNA.jpg
コドン(コード)部分を拡大するとちゃんとAAGで、mRNAのUUCに対応するのですね。
(A-U、C-Gと結合します)

tRNAの真下にあると思っていたのですが、実際は下は下でも横に向いているのですね。
この物質がひとつひとつアミノ酸を運んでくるって不思議ですよね。

アミノ酸1個に大掛かりな物質だと思うのは私だけでしょうか?

では。
タグ:tRNA

DNAを回してみました。 [生命の誕生]

ここに、DNAのデータがありましたので読み込んでまわしてみました。

CGCGAATTCGCGの部分ですね。
DNA.gif
二重らせんの構造がよくわかると思います。
青い点がある部分が塩基で、3段で一つのアミノ酸を表しますね。
これがデーターなんてほんとによく出来ています。

X線回折(X‐ray diffraction)によるデータですので、昨日の私が作った適当なのとは違って、ずれはないと思います。


このサイトには、ほとんどの構造データがあるのですね。
すごい。

では、短いですがこの辺で。
タグ:DNA

助さん、格さん、そろそろいいでしょう? [生命の誕生]

核酸とはどんな物質か見てみたくなったので、ソフトを探していたら、
Avogadroというソフトがあったので、使ってみました。

リボヌクレオチド(Ribonucleotide)ですね。(→RNAの構成成分です)
RNA_1.png

デオキシリボヌクレオチド(Deoxyribonucleotide)です。(→DNAの構成成分です)
DNA_1.png
どちらもシトシンを元に描いてみました。
意外と簡単な物質なのですね。

このソフトは、結構簡単に構造が書けるので面白いですね。
(いつもなら自分で作るのですが、これはなかなか真似出来そうもありません。
なのでしばらく使うような感じがします。)

ついでにつなげてみました。
DNAtoRNA.png
左がRNAで、右がDNAです。
ひねってみましたが、RNAは違いますかね?難しい。


それほど形は違わないのですが結構性質が異なっているのですよね。
実験でRNAを抽出するのに苦労した方がおられるかもしれませんね。
(RNaseがどこにでもあってすぐ溶けちゃうんですよね・・・それだけではありませんが)


反対にDNAはすぐ取り出せます。
理科の実験でDNAを取り出した方はご存知でしょう?。
(塩水につけながら生物をすり潰し、アルコールを加えることで白いもやもやが取り出せますね。
口をゆすいだ水とか、ブロッコリーとか色々ですよね)


この構造自体に生命を生み出すカギが握られているなんて不思議ですよね?

では、また。

卵で卵が生まれます、核酸が蛋白合成を触媒 [生命の誕生]

さて、RNAが生命の起源を握っているだろうことは大体つかめてきました。


ここまでで、RNAはRNAで複製出来るということはなんとなくわかりましたが、
最終的にはRNAからたんぱく質を合成するということに進まなければなりません。

では、「RNAだけからたんぱく質が合成出来るのかどうか?」ということですね。


要するにリボゾームはRNAで出来ていて、tRNA(アミノ酸を運んでくるRNA)もまたRNAで出来ています。
で、結果としてアミノ酸を結合するのがRNAで出来るかどうかにかかっているような気がします。


ここで、面白い実験をした方がいて、ピリジン(炭素5個、窒素1個からなる6角形の物質)を使用すると、
RNAだけで蛋白質が合成出来てしまうということを発見しました。
(驚くべきことにATPなどは必要がないそうです)


さらに、ピリジンはよく見ると核酸に構造が似ているので、
核酸(RNAなどのもと)であるアデニン、グアニン、シトシン、チミンでもどうなるか確認したところ、
反応が促進することがわかったのです。
(アデニンが一番効率がよかったそうです。チミンはほんの少し程度で、
何もなくても反応は進むようです。妄想ではなかったみたいでちょっと安心?)

なんと・・・単純だったのでしょう?


核酸がたんぱく質の合成を促進するなんて、
やっぱり、偶然ではないって気がしてきませんか?ねぇ。

高分子 44巻9月号(1995年)604-607.からのお話でした。


追加)この方たちはいずれノーベル賞を受賞するような感じがしますがどうでしょう?

RNA生物???、膜生物●×△ [生命の誕生]

生物の始まりを続けましょうか。


まずRNAを透過する膜が出来ます。この膜はRNAをどんどん取り込んでいったと考えられます。

あつまった、
RNA(アデニン (A)、グアニン (G)、シトシン (C)、ウラシル (U)の4種のうちいくつか)はつながっていきます。
RNAは結構簡単につながるらしいのでした。

こんな感じですね。
RNA生物?.gif
透過された、RNAはさらに、つながった鎖に対するようにさらに繋がります。


このままではでたらめなRNAの塊になるだけですが、
いつしかRNAを選択的につなげるRNAの塊が出来ました。


リボゾームもどき(RNA依存性RNAポリメラーゼ:RNA polymerase)の誕生です。
RNA生物2?.gif
リボゾームもどきは正しく複製を作りだしました。

と、こんな感じにRNA生物?の誕生です。


いまの多く?の方から支持されている始まりはRNAであっただろうということですね。
リボゾームの構成物質の多くがRNAからできているのはこのためだそうです。

(実際にはリボゾームは蛋白の合成を行いますのでRNAを複製するわけではありません。
しかし2つのユニットのうち、小サブユニットはRNAを選択的に結合させることが知られています。
なので、どこかにRNAで出来たRNAポリメラーゼがあるのかもしれません。
いろんな研究者が探している最中だそうです。)


さて、これってよく見ると、小胞体≒祖面小胞体(rough-surfaced endoplasmic reticulum)って感じがしませんか。
最初の生物は祖面小胞体だったのかもしれませんね。


しかし、まだ生物?とはいえませんよね、ウイルス以下です。
後は何が必要なのでしょう???

では、このへんで。

セントラルなドグマⅡ [生命の誕生]

今日は、DNAからRNAの生成部分ですね。

図示すると下のようになりますか。
DNAtoRNA2.gif
RNAポリメラーゼという酵素がDNAに結合し、DNAの螺旋をほどきDNAの鋳型からRNAを結合させていきます。

図示すると簡単ですが、うまいことを考えた?ものです。

RNAより、もっと安定しているDNAに遺伝情報を蓄えておき必要な時にその情報を解きほぐし、
利用するのです。

さて昨日、3組のお話をしましたが、遺伝の暗号は3文字で1つのアミノ酸を表します。
通常はここで、64種の暗号で、20種のアミノ酸を示すので3文字必要ですと言ったお話なのですが、
本当のところどうなのでしょう。
(1文字が4種あるので4×4×4=64種ですね)

ここのところはいろんな方がいろんな解説をしているので、興味的な部分をかいつまんでみましょう。

アミノ酸の数を20種と仮定すると、1文字が4種では、2文字で16種しか表現できませんが、
1文字が6種という組み合わせを考えた方がいるのですね。
この場合6×6=36種でOKですよね。
この組み合わせの場合、イソグアニンとイソシトシンを加えるとうまくいくそうです。
(アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)+イソグアニンとイソシトシンの6種)

さらに、1文字が4種のままで4文字で暗号を作ることも可能なのだそうです。
(最大4×4×4×4=256種のアミノ酸を使用できます、実際は開始と停止も入れるので少し少なくなりますね)

いやあ皆さん色々考えるものです。
ひょっとするとそんな遺伝子を持った生物がいるかもしれませんね。

では、このへんで。

Nat Methods. 3:923-929 (2006) .と
生化学 第 87 巻第 1 号(2015) 101-111.からのお話でした。

タグ:DNA RNA
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