Zum Beispiel haben Sie eine Zelle oder bereits ein Bündel von Zellen. Diese Zelle(n) teilen sich und nach einigen Wochen haben Sie einen gewachsenen Organismus, zum Beispiel einen Menschen mit Gliedmaßen, mehreren verschiedenen Organen usw. Aber woher wissen Zellen, wo oben, unten, links, rechts usw. ist? Ich weiß, dass links und rechts in der Physik klar definiert werden können, zum Beispiel durch das Wu-Experiment, das bestätigt, dass Paritätsverletzungen tatsächlich auftreten.
Doch wie definieren Zellen diese Richtungen? Was sind die Mechanismen, mit denen sie in eine bestimmte Richtung wachsen und anderen Zellen sagen, dass sie eine bestimmte Eigenschaft erlangen sollen?
Vielleicht möchten Sie in "Evolutionary - Developmental Biology" nachsehen , das sich damit befasst, wie sich ein Embryo zu einem erwachsenen Organismus entwickelt.
Somit bestimmen Hox-Gene durch kombinatorische Spezifizierung der Identität bestimmter Körperregionen, wo Gliedmaßen und andere Körpersegmente in einem sich entwickelnden Embryo oder einer Larve wachsen werden. Ein Musterbeispiel für ein Toolbox-Gen ist Pax6/eyeless, das die Augenbildung bei allen Tieren steuert. Es wurde festgestellt, dass es Augen in Mäusen und Drosophila produziert, selbst wenn Maus Pax6/eyeless in Drosophila exprimiert wurde.
Kurz gesagt, es gibt eine Abfolge von Genaktivierungen, die den Körper nach und nach in verschiedene Regionen abbilden. Zunächst gibt es nur 3 Regionen (Kopf, Körper, Schwanz), dann werden diese in immer feiner abgegrenzte Abschnitte zerlegt.
Sie können sich diese Abschnitte als GPS-Koordinaten für den Körper vorstellen. Eine Genkombination an einer bestimmten Stelle bedeutet, dass dort ein Glied wächst.
Sie können sich das „Sonic Hedgehog“-Gen ansehen, das es Wissenschaftlern ermöglichte, ein unscharfes Wachstum auf dem Kopf einer Fruchtfliege zu erzeugen.
Das Interessanteste ist, dass jedes Lebewesen mit der gleichen Toolbox von Genen kartiert/gebaut wird . Die Gene, die definieren, wo ein Fruchtfliegenflügel ist, definieren auch, wo ein menschlicher Arm ist.
Embryonale Zellen "wissen" durch chemische Signale, wo sie relativ zueinander sind, genau wie bei Erwachsenen. Diese Moleküle sind als Morphogene bekannt (spezifische Beispiele umfassen Sonic Hedgehog und β-Catenin). Die Menge an Morphogen in einer Zellregion bestimmt, welches Gen angeschaltet wird und zu was es sich entwickelt. Und die Menge hängt davon ab, wie weit sie von der Quelle des Morphogens entfernt sind. Obwohl AFAIK, verstehen Wissenschaftler ihre Mechanismen noch nicht vollständig (wie sie verteilt werden, wie die verschiedenen Konzentrationen starr gehalten werden usw.).
Bei Waffen usw. sind die frühesten Zellen unspezialisiert (Stammzellen). Sie „definieren“, was was wird, schon früh durch ihre Anordnung. Denken Sie daran, dass ihr "oben, unten, links und rechts" relativ zu ihnen ist, nicht zu ihrer Umgebung. Der erste vielzellige Hohlball aus Stammzellen, die Blastula, trennt sich während der Gastrulation in verschiedene Keimblätter - das Ektoderm, Mesoderm, Entoderm. Jede dieser Schichten entwickelt sich bei weiterer Teilung zu etwas anderem. Was sich danach entwickelt, ist im Grunde ein Wurm, der aus einer Reihe sich wiederholender "Segmente" (Somiten) mit einem deutlichen Kopf- und Schwanzbereich besteht. Somiten sind zunächst undifferenziert. Die Aufgabe, zu bestimmen, welches Segment zu dem wird, was auf Hox-Gene fällt. So wird zum Beispiel ein Segment zum Kopf, ein anderes zum Arm- und Schultergürtel, ein anderes wird zu einer Rippe + einem Wirbel usw. Hox-Gene sind in Clustern innerhalb der DNA angeordnet, relativ zu denen, die zuerst exprimiert werden. Das erste Hox-Gen ist zum Beispiel für den Kopf, während das letzte für die Schwanzspitze (das spitzeste Segment des Steißbeins beim Menschen) ist. Obwohl diese Cluster selbst oft zu einer Art redundanter Ausfallsicherungen wiederholt werden.Diese Seite der University of Utah erklärt es ziemlich gut . Es hilft, wenn Sie die Embryogenese mehr oder weniger als Echos der Evolution im Zeitraffer betrachten.
Ich wollte einige hilfreiche Referenzen hinzufügen. Die 6. Ausgabe des Gilbert Developmental Biology-Lehrbuchs ist im NCBI-Bücherregal erhältlich . Es ist ein bisschen alt (2000), aber viele der Informationen sind immer noch relevant. Sie können dieses Lehrbuch nach bestimmten Begriffen durchsuchen, aber nicht durchsuchen.
Es gibt auch ein gemeinsames Wissenschafts-/Modeprojekt zwischen den Storey-Schwestern namens Primitive Streak , das die frühen Stadien der menschlichen Entwicklung dokumentiert.
Für jeden gegebenen Entwicklungsprozess gibt es eine Reihe von Genen, die in diesem Stadium aktiviert und/oder inaktiviert werden, die bestimmen, wie und wann Strukturen wachsen. Ereignisse können auch Achsen bestimmen; Beispielsweise wird die dorsale/ventrale Achse des Embryos dadurch bestimmt, wie sich die Embryo-Blastozyste in die Uteruswand einnistet. Die Links-Rechts-Achse des Körpers wird durch die Richtung bestimmt, in der sich Flüssigkeit durch eine Struktur namens Knoten bewegt, die von haarähnlichen Strukturen namens Zilien geleitet wird. Wenn der Knotenfluss rückwärts ist, wechseln Ihre inneren Organe die Seite, die als Situs inversus bezeichnet wird.
Zurück zum Gliedmaßenbeispiel ... bei Tetrapoden oder Tieren mit 4 Gliedmaßen basiert der Bereich, in dem Gliedmaßen entstehen, auf der Hox-Genexpression, und ob daraus ein Vorderbein (Arme) oder ein Hinterbein (Beine) wird oder nicht, wird von beiden bestimmt Tbx5- bzw. Tbx4-Genexpression.
Die Proximal-Distal-Achse (proximal = zum Rumpf hin; distal = vom Rumpf weg) wird durch die FGF-Genexpression bestimmt, die die Bildung einer Struktur induziert, die als apikaler ektodermaler Kamm (AER) bezeichnet wird.
Die Anterior-Posterior-Achse (Head to Tail) wird durch die Sonic-Hedgehog-Genexpression in einer Region bestimmt, die als Zone of Polarizing Activity (ZPA) bezeichnet wird.
Die dorsal-ventrale Achse (hinten-vorne; oder Handrücken/Arm – Handfläche/Arminnenseite) wird durch das Wnt7a-Gen bestimmt, das auf der dorsalen Seite exprimiert wird.
Das Auswachsen der Extremität wird durch die Hox-Genexpression bestimmt.
Die Bildung von Ziffern (Fingern) hängt vom Zelltod zwischen den Fingern ab - Hände beginnen mit Schwimmhäuten, ähnlich wie Enten, und dann verursachen Gene wie die BMPs, dass Zellen zwischen den Fingern sterben.
Begriffe zum Nachschlagen für weitere Details, da ich hier noch nicht genug Street Credential habe, um mehr als 2 Links zu posten:
Ja, die Hox-Gene sind für die Spezifikation des Standorts unerlässlich, aber das tatsächliche Wachstum der Gliedmaßen wird durch eine Reihe von Proteinen und anderen Faktoren bestimmt. Die proximale Extremität enthält fgf (Fibroblasten-Wachstumsfaktoren), wnt (siehe Wnt-Weg) und hohe Retonsäurespiegel, während die distalen Extremitäten einen hohen fgf-Wert und wenig bis gar keine RA aufweisen. Das Sonic the Hedgehog-Gen, über das in der anderen Antwort gesprochen wurde, hat mit der Anteriorisierung (nach oben) / Posteriozing (nach unten) des Autopods (Ziffern, Handwurzeln) zu tun. was den dorsalen ventralen Wnt anbelangt, wäre der Übeltäter
Kornelius