Mehrere DNA, eine Kreatur

Wie Scott Downey in seinem Kommentar feststellte , geschieht dies bereits beim Menschen .

Wenn Sie nach etwas Makroskopischerem suchen: Der portugiesische Man-O-War scheint ziemlich gut in die Rechnung zu passen. Es sind mehrere verschiedene Kreaturen ( Bearbeiten dank Mike Nichols , die alle dieselbe DNA haben, also vielleicht nicht genau das, wonach Sie suchen), die so aufeinander angewiesen sind, dass sie nicht unabhängig voneinander funktionieren können.

BEARBEITEN: Ich fühle mich gezwungen, auf die Antwort von QuadmasterXLII auf Lichen hinzuweisen . Ich denke, was Sie suchen, ist etwas in der Größenordnung des Man-O-War, aber mit dem Symbioseniveau der Flechte (das vor der vollständigen mitochondrialen Integration, die wir haben, aufhört).

Ja ist also die Antwort auf Ihre Frage. Kann passieren, ist passiert, fühlen Sie sich frei, es wieder passieren zu lassen.

Flechte ist ein hervorragendes Beispiel, das genau zu dem passt, was Sie beschreiben. Die Pilz-DNA bestimmt die Struktur des Organismus und die Algen-DNA ist für die Energiegewinnung verantwortlich.

Das gibt es in der realen Welt: Chimären

Es gibt tatsächlich Kreaturen (einschließlich Menschen), die mehrere zelluläre DNA-Ströme haben, die durch ihren Körper fließen. Diese Leute (oder Bestien, wie es der Fall sein mag) werden Chimären genannt .

Tetragametischer Chimärismus (oder monströser Chimärismus) ist normalerweise angeboren und das Ergebnis der Verschmelzung nicht identischer Zwillingszygoten. Solche Chimären können zum Beispiel manchmal mehrere Sätze von Geschlechtsorganen mit unterschiedlicher genetischer Ausstattung haben. Diese führen normalerweise zu einem nicht standardmäßigen Körperplan.

Die meisten Fälle sind viel subtiler und führen zu einem normalen Körperplan, der oft unentdeckt bleibt. Es gab Fälle von Frauen, die genetisch ihre eigenen Schwestern oder Nichten zur Welt brachten (weil genetisches Material von ihren eigenen Müttern oder Zwillingen in den Embryo gelangte).

Der berühmteste Fall in dieser Richtung ist der von Lydia Fairchild , die Kinder geboren hatte, die genetisch nicht von ihr zu sein schienen, was sie vor Gericht in heißes Wasser brachte, als sie um Kindesunterhalt bat. Später wurde gezeigt, dass sie eine Chimäre ist.

Keines dieser Beispiele ist so speziell wie das, was Sie beschreiben, aber von der Realität zu Ihrem Beispiel ist kein so großer Sprung, wie man erwarten könnte

Chimären sind nur die halbe Antwort (nicht vererbbar)

Obwohl Chimären Zellen in verschiedenen Teilen des Körpers haben, die unterschiedliche Genome enthalten, wird dieser Zustand nicht an die Nachkommen weitergegeben, da die menschliche Fortpflanzung im Allgemeinen nur die Kombination einer Zelle von jedem Elternteil beinhaltet. Ein menschliches Kind kann also eine Chimäre sein, wenn zwei oder mehr befruchtete Eizellen verschmelzen, aber die Verteilung der Zellen jedes Genoms innerhalb des menschlichen Körpers korreliert nicht mit der Verteilung verschiedener Genome in beiden Elternteilen. Dies passt also zu Ihrer Forderung nach "mehrere DNA, eine Kreatur", hat aber nicht die Spezialisierung verschiedener Genome für bestimmte Aspekte des Körpers. Die Verteilung wird weitgehend zufällig und von einer Chimäre zur nächsten nicht konsistent sein.

Vererbbare divergente Genome sind grundsätzlich möglich

Es ist möglich, ein vielzelliges Tier zu haben, das sich nicht nur mit einer einzigen Zelle reproduziert, sondern stattdessen allen seinen Zellen erlaubt, sich zu teilen, bis sich das gesamte Tier in zwei Teile teilen kann. Dies bedeutet, dass ein spezialisierter Zelltyp im Nachkommen von demselben spezialisierten Zelltyp im Elternteil abstammt. Die Existenz dieser Tierart bedeutet, dass es prinzipiell möglich wäre, dass das Genom einer spezialisierten Zellart driftet und sich signifikant von anderen Zellarten innerhalb desselben Organismus unterscheidet.

Das bekannte Beispiel, das wir auf der Erde haben, eines vielzelligen Organismus mit spezialisierten Zellen, die sich unabhängig vermehren, wird Trichoplax genannt .

Die spezialisierten Zelltypen können sich im Laufe der Zeit nur ausdifferenzieren, wenn die Vermehrung ausschließlich durch Teilung erfolgt. Dies kann mit Trichoplax möglich sein, da sie anscheinend die Fähigkeit verloren haben, sich sexuell zu reproduzieren (was sonst dazu führen würde, dass alle Zellen wieder dasselbe Genom teilen).

Sie werden vielleicht feststellen, dass die Linie, die Sie ziehen, künstlicher ist, als Sie denken. Die Idee der "mehreren DNAs" ist ein Konstrukt, das es Menschen leicht machen soll, die Verhaltensweisen zu beobachten, die sie sehen. Wenn es um die eigentliche Funktion von Zellen geht, kümmern sich die Zellen nicht um diese künstliche Linie: DNA ist DNA.

Betrachten Sie nach unseren Beobachtungen virale DNA, die eindeutig von einer fremden Spezies stammt. Und doch behandeln die Zellen es nicht anders. Bedenken Sie, dass sie sich so ähnlich sind, dass tatsächlich hin und wieder ein Stück viraler DNA durch die Reparaturmechanismen versehentlich in unsere eigene DNA gespleißt wird.

Stellen Sie sich vor, wir haben 46 einzigartige separate Chromosomen, aber sie kommen in Paaren vor, die sich so ähnlich sind, dass wir oft davon ausgehen, dass es sich um 23 Paare handelt. Und doch betrachten wir es als ein Genom.

Bedenken Sie, dass wir verschiedene Gene in verschiedenen Bereichen „hochregulieren“. Während alle Zellen ungefähr den gleichen genetischen Inhalt haben, ist das, was Zähne zu Zähnen macht, dass sie die Produktion von Proteinen hochreguliert haben, die für das Bestehen von Zähnen unerlässlich sind.

Es kann sich herausstellen, dass Sie unser Genom tatsächlich grob als Ihre multiple DNA aufteilen können, wobei einige DNA die Körperstruktur, einige die Zähne usw. handhaben. Der Körper muss jedoch ein interessantes Problem lösen: Wie weiß eine Zelle, ob es eine ist? ein Zahn? Ein Teil dieses Ergebnisses ist ein cleveres Management, wenn sich die frühen Stammzellen teilen, aber ein Teil davon ist, dass der Körper gegenüber Fehlern widerstandsfähig ist. Anstelle von "Ich bin eine Zahn-DNA" haben Sie "Ich bin ein DNA-Körper, der für Zähne nützlich ist". Wenn es an der falschen Stelle hochreguliert wird, könnte es für eine Weile in Ordnung sein. Tatsächlich könnte ein Zahn-Gen in der Leber versehentlich für eine Weile hochreguliert und dann abgeschaltet werden, wenn die Zelle erkennt, dass dieses Gen nicht sehr hilfreich ist.

Während die anderen Antworten auf den Titel Ihrer Frage geantwortet haben, glaube ich nicht, dass sich jemand wirklich mit der spezifischen Frage befasst hat, die Sie gestellt haben. Kann ein Organismus in verschiedenen Organen oder Organsystemen unterschiedliche DNA-Sätze verwenden? Die Antwort ist mit ziemlicher Sicherheit ja, mit ein paar Vorbehalten.

Vorbehalt 1: Die Fortpflanzungszellen des Organismus, die alle anderen Zellen hervorbringen, benötigen eine vollständige Kopie des Genoms jedes Organs, da sonst das Genom dieses Organs verloren geht, da es sich nicht selbst reproduziert. Das bedeutet, dass Ihr Embryo die gesamte DNA haben wird, die benötigt wird, um jedes Organ im Körper zu bilden, und wenn sich die Zellen differenzieren, werden sie die DNA verwerfen, die sie nicht mehr verwenden. Die Keimbahnzellen behalten jedoch die gesamte DNA für die nächste Generation.

Vorbehalt 2: Viele der Gene in einem vielzelligen Organismus werden tatsächlich von jeder Zelle verwendet. Diese werden Haushaltsgene genannt und kümmern sich um Dinge wie die grundlegende Wartung der Zelle. Gene wie RNA-Polymerase II, ribosomale RNAs und der Nuclear Pore Complex müssen in jeder Zelle vorhanden sein, sodass sich Ihre verschiedenen DNA-Sätze stark überschneiden werden.

Abgesehen davon sehe ich keinen Grund, warum ein vielzelliger Organismus die Differenzierung nicht durch DNA-Verlust bewältigen könnte. Derzeit schaffen alle Organismen, von denen ich je gehört habe, unterschiedliche Zelltypen und Organe durch unterschiedliche Regulation der Gene in ihrer DNA. Sie haben eine Million Möglichkeiten, die Ausgabe von Genen zu modulieren, und schaffen unglaublich komplexe regulatorische Netzwerke voller Rückkopplungsschleifen und bistabiler Schalter. Im Vergleich dazu scheint es ziemlich einfach zu sein, nur die Gene zu löschen, die notwendig sind, um ein Neuron zu sein, wenn Sie sich entscheiden, eine Gliazelle zu werden.

Der einzige Trick besteht darin, dass die DNA für verschiedene Funktionen im Genom räumlich getrennt werden muss, damit sie leicht gelöscht werden kann. Der einfachste Weg wäre vielleicht der chromosomale Weg. Angenommen, die Chromosomen 1, 2 und 3 enthalten alle allgegenwärtigen Haushaltsgene, 4, 5 und 6 enthalten ektodermspezifische Gene, 7, 8 und 9 enthalten Mesodermfaktoren und 10, 11 und 12 sind für Endoderm erforderlich . Wenn eine Zelle beschließt, Ektoderm zu werden, baut sie einfach die Chromosomen 7-12 ab.

Offensichtlich ist es schwierig, dass sich diese Art von räumlicher Organisation entwickelt hat. Vielzeller hätten ursprünglich mit dieser Differenzierungsmethode beginnen müssen. Wenn dies jedoch der Fall ist, wird die Regulierung dessen, was Zellen tun, tatsächlich viel einfacher, da die Zellen in dieser Angelegenheit wirklich keine Wahl haben. Auf der anderen Seite haben Sie schon immer Krebs geheilt!

Betrachten Sie den bescheidenen Schmetterling. Sie hat nur ein Genom, das sie mit der noch bescheideneren Raupe teilt.

Der Schmetterling hat sechs magere Beine, Flügel, einen laaaangen, eingerollten Rüssel, eine Diät aus Nektar... die Raupe hat sechzehn Stummelbeine (sechs davon „echte“, zehn „Vorbeine“), Spinnweben, Haare, Mandibeln und a Diät der Blätter ... völlig andere Kreatur. Von denselben Genen.

Zwischen den beiden Formen wird gewechselt, indem ein Teil des Genoms aktiviert und ein anderer deaktiviert wird. Somit können Gene zur Schaffung und zum Betrieb zweier im Wesentlichen völlig unterschiedlicher Kreaturen von einem einzigen Genom aus arbeiten.

Es passiert schon. Zumindest etwas ähnliches, wie Sie es sich vorstellen.
Menschen haben ein ganzes Mikrobiom aus vielen verschiedenen Organismen, die in uns leben und verschiedene Dinge für uns tun. Ein überraschend kleiner Prozentsatz der Zellen in Ihrem Körper besteht eigentlich aus „Ihrer“ DNA. Vor allem Mütter werden auch viel hilfreiches "nicht-menschliches" Erbgut an ihre Nachkommen weitergeben.

Es gibt hier viele gute Antworten, aber ich möchte die Wurzel der Frage angreifen. Ich denke, das grundlegende DNA-Konzept des OP ist falsch. DNA ist der Bauplan eines Organismus, der die Anweisungen enthält, wie jede Zelle, die diesen Organismus bildet, konstruiert und betrieben wird. DNA allein erfüllt keine biologische Funktion. Daher kann ein Organismus nur einen DNA-Satz haben. HINWEIS: Diese DNA kann sich aufgrund verschiedener biologischer Prozesse wie teleometrischer Zerfall, selektiver Retention usw. von Zelle zu Zelle leicht unterscheiden, aber die DNA ist immer noch dieselbe, nur möglicherweise fehlende Teile, die in der ursprünglichen DNA enthalten waren.

Ich denke, wonach das OP wirklich sucht, ist eine Hypersymbiose bis hin zur gegenseitigen Abhängigkeit. Symbiose ist, wo verschiedene Organismen denselben physischen Körper teilen und verschiedene biologische Prozesse verteilen, was zu größerem Wohlstand für den Körper führt (meine geschlachtete Definition davon jedenfalls). Ein mögliches Beispiel hierfür ist unser Verdauungssystem, in dem wir auf eine Vielzahl verschiedener Organismen angewiesen sind, um die Nahrung, die wir zu uns nehmen, in Nahrung zu zerlegen, die von unserem eigentlichen Körper aufgenommen werden kann. Unser Körper erhält die Nährstoffe, die er benötigt, und die Organismen erhalten einen sicheren Lebensraum mit einem höheren Versprechen an Nährstoffen, die sie benötigen. Wenn Sie all diese Organismen abtöten würden, bin ich mir ziemlich sicher, dass Sie sterben würden.

Zurück zum beabsichtigten Komplexitätsgrad des OP ist es möglich. Es würde mehrere Organismen erfordern, eine symbiotische Beziehung einzugehen und diese Beziehung dann weiterzuentwickeln. Dies ist höchst unwahrscheinlich, da es so viel evolutionäre Zusammenarbeit erfordern würde, aber ich glaube, bei all dem potenziellen Leben in unserer Galaxie hat irgendwo eine Gruppe von Organismen die kosmische Lotterie gewonnen.

Es ist sehr vernünftig, an die Existenz solcher Systeme zu glauben. Pilz- und Algensymbiose, wie in den obigen Antworten beschrieben, kann als unmittelbares Beispiel dienen.

Theoretisch können wir als Beispiel Endosymbiose nennen, bei der bestimmte Zellorganellen eine andere DNA als die der Zelle haben.

Und angesichts der jüngsten technologischen Fortschritte sehe ich nicht ein, warum es unmöglich ist, dasselbe in der Biotechnik oder verwandten Disziplinen anzuwenden.

Es ist schwer zu sagen, da wir im Vergleich zu allen existierenden Arten nur eine kleine Anzahl von Arten sequenziert haben. Aber eine einfache Antwort ist, es selbst über das Gebiet der Synthetischen Biologie zu versuchen. Stellen Sie weitere Fragen in der Google-Gruppe DIYbio, wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie und wo Sie anfangen können, und ob die Schule oder ein Hackerspace oder ein Heimlabor eher Ihr Stil ist.

Eine Spezies mit mehreren Körpern wird gleichzeitig mehrere DNA haben

Der Man o' War ist eine Art von Kreatur, die nicht eine ist, sondern mehrere Kreaturen, die alle zusammenkommen, um eine einzige Spezies zu bilden. Jede der vier Arten hat ihre eigene DNA. Eine fortgeschrittene Version dieses Mehrkörperkonzepts ist der Ameisenhaufen . Während die Kreatur mehrere DNA-Stränge hat, könnte man argumentieren, dass eine Kreatur mit mehreren Körpern sogar ihre eigene Kreatur ist.