如何从生物进化的角度来解释动物寿命和端粒基因呢?

作者&投稿:闻河 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
如何从生物进化的角度来解释动物寿命和端粒基因?~

首先,端粒不是被加上用来“限制寿命”,而相反的,是用来保护DNA在复制过程中的完整性。

线状染色体复制起始于RNA引物结合在复制起始位点,然后DNA聚合酶从5’到3’方向延伸合成新链。RNA引物在复制完成后,将从DNA链上解离并留下一段单链DNA在5’末端。每次DNA的复制,新链就会再损失RNA引物的长度和信息。端粒就可以看做在DNA链的两端,一些不包含信息的序列。那么每次复制的时候,我们仅损失的端粒部分的序列,就有效保护了其他含有信息的部分。除了存在于染色体末端充当物理上的屏障以外,端粒的序列可以被一系列的端粒相关的蛋白识别并结合形成一定的二级结构。 这些蛋白和二级结构的存在使得染色体末端不被DNA修复通路识别(特别是double-stranded breaks), 从而不同的染色体末端免遭被DNA修复通路乱牵红线。如果没有这些端粒蛋白的保护,不相干的两个染色体可能会共价连接在一起,悲惨共度短短的一生。因此端粒是非常必要的染色体结构。

尽管DNA复制会导致端粒逐代变短,端粒酶会在S到G2周期中在染色体末端添加几个重复的固定的序列,让端粒再补回来一点。这个机制是十分保守的。除了果蝇外,被研究过的物种小到酵母草履虫,大到老鼠和人,都是利用端粒酶来保持端粒的长度在固定的范围内(后面会提到这个固定的端粒长度范围因物种而异)。那么为什么端粒酶没有无休止的把端粒添加到足够长让细胞一直长生呢?其中一个原因是:这样会很浪费!过长的端粒除了浪费核苷酸以外其实并没有什么优势,在酵母中还有因为过长的端粒威胁细胞生存的例子呢(McEachern and Blackburn, Nature. 1995)!因为体细胞凋亡或细胞程序性凋亡其实是受调控的,大意就是它到了时间就一定要跪了,让位新的细胞, 并不会仅仅因为端粒还算长而决定多活一会儿。干细胞和癌细胞的端粒酶活性一般就比较高,细胞复制和分化的能力也比较强。

如何从生物进化的角度来解释动物寿命和端
端粒长度决定生物寿命
西班牙马德里国立癌症研究中心的玛莉亚·比拉斯科博士是这项商业端粒检测方法的发明者,她说这是一种非常简单、快捷的检测方法,能在同一时间对很多样本进行分析.更重要的是,可以通过检测发现危险的、非常短的端粒.

1,为什么要有端粒?
对于环状基因组的生物来说不需要端粒。但对于线性染色体的生物,简单来说,因为DNA聚合酶的性质,每次DNA复制都会丢失一点末端序列。如果没有一个末端延长机制,染色体会不可逆的缩短。端粒其实是一段重复序列,可以通过端粒酶向末端重复延长。
但如果有其他末端延长机制,端粒也不是必须的。果蝇就没有标准的端粒,用一套转座子系统实现染色体末端延长的功能。
有了线性染色体加上端粒系统,就可以实现遗传信息的无限复制。
2,为什么体细胞中端粒酶活性要被限制?
我觉得这个才是楼主问的问题。
多细胞生物会分化发育为体细胞和生殖细胞。在生殖细胞中端粒酶活性完好无损,但在体细胞中没有端粒酶,于是普通体细胞的分裂周期便受端粒长度的限制。
普通体细胞没有端粒酶属于细胞分化的结果,可以套用蚁群来理解。为什么工蚁不能生殖?因为这样就乱套了。多细胞生物是一个整体,不需要每个细胞来分化繁殖,反而经常需要少数细胞的自我牺牲来保全个体。如果套自私基因的说法,体细胞要扩展自己的基因只能通过同一个个体的生殖细胞实现。如果体细胞无限繁殖,就成癌细胞了。
3,寿命和端粒有没有关系?
理论上说即便有上述一整套系统,从DNA和细胞复制的角度说多细胞生物还是可以永生的:因为干细胞中有端粒酶活性,理论上可以无限产生各种体细胞,因此理论上说端粒系统不是限制生命寿命的因素。
至于为什么生物会死亡,这个问题太大,我回答不了。但即便是单细胞的酿酒酵母(budding yeast)也是有寿命的,每次出芽都会在身上留下一个疤,到了一个极限也会挂。



DNA不会缩短到coding region或者important regulatory region,同时据说也可以“protection against homologous recombination (HR) and non-homologous end joining (NHEJ)”。原核生物多为circular DNA,所以不需要,有的是linear,但是结构和真核生物的很不一样。端粒起的作用不是限制寿命,恰恰相反,端粒的存在以及配套端粒酶的活性对于细胞的持续复制是必须的,比如germ cell,或者,在不正常的情况下,cancer cell。
至于长命百岁这个说法,好多动物植物等等的寿命是超过字面意义的100年的。只是绝大多数生物都存在衰老这个现象,老的一般又弱又残又病的,野外环境下,是捕食者填饱肚子的最好选择。至于为何会出现衰老,衰老的具体机制,以及如何调控甚至逆转,到现在都是很热门的科研话题,有兴趣的话可以去搜下ageing,longevity之类关键词的reviews。



不利,随着细胞分裂,DNA复制的错误不断累积,癌变的几率越来越大。繁衍死亡的过程相当于操作系统运行一两年后格式化重装,维护整个系统永不出错需要大量备份,是几乎不可能完成的任务;而保证生殖细胞的优良要简单有效得多。衰老的个体更不适合产生后代,这样的个体对于种群来说会浪费太多资源。自然竞争条件下,优胜劣汰的“优”首先是利于种群,其次才是有利于个体基因的传递。
人类的祖先曾经可以自己体内制造维生素C,后来出现了很多含有VC的食物,于是逐渐丧失了体内合成VC的能力。
衰老也是同样的道理,其实生物“进化”只是一个不断与环境相适应的过程,而非真正意义上的变得更强大。
个体的长生不老对于种群来说没什么意义,并且还要占据大量的资源,所以“进化”不出永葆青春的基因来。
另外,生物体作为一个耗散性系统,如果自我更新能力不足,自然而然的就会走下坡路,不需要专门去编写衰老的程序。而端粒逐渐变短也是走下坡路的表现,随着端粒变短,细胞自我更新、分裂增殖的能力也逐渐下降。



与细菌的环状DNA不同,我们真核生物拥有线状染色体,带有庞大的基因组,同时也埋下了一个重大的安全隐患:DNA双螺旋的两条链方向相反,但DNA复制只能沿一个方向推进,其中一条链就必须倒着分段复制再接起来,但DNA聚合酶不能从端点处结合,这条反链的开头处只好被丢弃,令DNA复制一次就遗失一截。 为了避免染色体因此解体,真核生物在每条染色体的两端进化出一段重复序列,专用于磨损,就是“端粒”,同时还有一种端粒酶修补这段重复序列,使其生生不息。 绝大多数动物的端粒酶都只在生殖细胞和部分干细胞中保持活跃,体细胞分裂若干次就会磨秃端粒,程序性地死亡;但树木各处分生组织中的端粒酶都能保持活跃,让植物永恒地延长、加粗、分枝。 这种巨大差异并没有想象的那么难以理解:动物的新陈代谢非常旺盛,生存斗争总是表现为你死我活的搏斗,这要求复杂而精密的生理结构,体细胞种类繁多、各司其职,一旦分化成熟就必须维持现状,细胞分裂只是为了弥补损失,朝不保夕的日子能坚持到繁殖成功即可。 植物则不然,它们极低的代谢效率几乎不能支持任何运动,在生存斗争中十分被动,任何一个结构都可能被突然吃掉,于是细胞种类很少,分化程度很低,用不断的分裂弥补缺失的结构,对于多年生植物来说,越是长寿,体量越大,对繁殖越有利。 在这个规律的支配下,动物界也有一些长生不老的生物,比如刺胞动物门,包括珊瑚、水螅、水母和海葵。它们动作缓慢且细胞分化程度极低,在很大程度上酷似植物。它们的生活史也类似植物的世代更替:水母的受精卵会孵化发育成水螅,水螅在海床上营养生殖,再出芽生殖产生大量的水母。

如何从生物进化的角度来解释动物寿命和端粒基因呢?
答:但对于线性染色体的生物,简单来说,因为DNA聚合酶的性质,每次DNA复制都会丢失一点末端序列。如果没有一个末端延长机制,染色体会不可逆的缩短。端粒其实是一段重复序列,可以通过端粒酶向末端重复延长。但如果有其他末端延长机制,端粒也不是必须的。果蝇就没有标准的端粒,用一套转座子系统实现染色体末端...

如何从生物进化的角度来解释动物寿命和端粒基因?
答:首先,端粒不是被加上用来“限制寿命”,而相反的,是用来保护DNA在复制过程中的完整性。线状染色体复制起始于RNA引物结合在复制起始位点,然后DNA聚合酶从5’到3’方向延伸合成新链。RNA引物在复制完成后,将从DNA链上解离并留下一段单链DNA在5’末端。每次DNA的复制,新链就会再损失RNA引物的长度和...

试从生物进化的角度分析“某些动物比地球上最高等的生物人类更能适应复...
答:从进化的话。首先,地球的环境经过了一个由不稳定到稳定,再到不稳定再到稳定,这样的往复过程。而进化的特点是适应环境,所以在环境不稳定的时期,生物对环境的适应能力能够达到较高的水平。高级灵长类出现直到发展到人类,都是在环境相对稳定的时期,所以这一段对环境适应力并没有较大的改善,甚至说...

从生物进化历程的角度论述生物进化与地球环境变化的关系
答:(1)能量。随着纬度的降低,温度越来越高,能量越来越充沛,生物多样性也在增加,从寒带、温带、暖温带、亚热带、热带,生物多样性是逐渐增加的,其中热带雨林的生物多样性最高[19],这充分体现了能量是复杂系统创造力动力的作用、(2)多样性。多样性是复杂系统创造力的条件。生物进化史,就是一幅生...

现代科学是怎样解释生物如何进化的?
答:在此基础上,人们开始从种群的角度重新认识达尔文的自然选择说,产生了“现代达尔文主义”。现代达尔文主义用自然选择模式的概念解释了生物适应性和多样性的问题,还开始利用群体遗传学原理研究进化机制,这为之后的进化论研究来说是个重要贡献。20世纪中期至今利用遗传学角度进行研究时,学者们发现...

从生物进化的角度解释,人还有很多动物都是5个手指,为嘛?
答:1、 减法论:从总鳍鱼骨骼数量较多的前肢,进化为两栖类较为典型的五指前肢,我们的老祖先们,进行了一段时间的减法练习。将数量较混乱较多,支撑力不强的前肢骨 骼简化优化。当减法做到n-1-1-1-1-x=5的时候,结构较清晰,数量较少,能够附着较多肌肉产生较强的支撑能力的五指前肢就定性批量生产了...

用生物的角度来说人类进化史,在线等。。
答:世界在演变,天气在变化,慢慢的恐龙出现了,然后由于陨石的到来进入了冰河期,只有熬过了生物才活了下来。时间在前进,物种在进化,在变异。当时间到一万年前,猿人出现了,他们被认为是最与现代人相似的物种,被一些人认为是人类的祖先。(这段所说的时间不够准确,希望不会误导你,我只是在讲故事)...

从生物进化的角度看,人是由什么进化而来的?
答:从达尔文的生物进化论来看,认为人类是生物进化的产物,现代人和现代类人猿有着共同的祖先。根据已发现的古猿和古人类化石材料,最早的人类可能在距今300万年或400万年之前出现。 人类起源过程分为三大阶段,古猿阶段,能制造工具的人的阶段,后阶段包括猿人和智人两大时期;它们又分为早期和晚期两个阶段。1859年,英国生物学...

从生物进化的角度分析
答:是黄雀,进化规律是有低等到高等,首先是昆虫,然后是冷些动物,到恒温动物,恒温又分为,哺乳动物和鸟类,鸟类有比哺乳动物低一级,根据我说的,试试自己会做了吗?不会,再联系我,保你教会。 记得采纳哦

从生物进化的角度看,人类是地球的主宰吗?
答:首先第1点就是从目前而言,从现在进行考虑的话,我们人类的确算得上我们地球的一个主宰。因为我们现在人类根本没有任何生物可以和我们匹敌,我们人类根本就没有任何的天敌,我们人类可以利用地球上的这些武器和各种器具来捕捉或者进行防御。所以其他动物想要能够杀灭我们人类根本不可能,因此我们人类能够变成地球...