Изследване оспорва теорията на Чарлз Дарвин за еволюцията чрез естествен подбор

[boyko]

Според ново проучване, публикувано в Nature, ДНК мутациите съвсем не са случайни. Три години изследват стотици растения Arabidopsis thaliana, вид кресон (считан за лабораторен плъх сред растенията) и идентифицират над 1 млн. мутации. Резултатите са неочаквани. Откриват петна от генома с ниски нива на мутации, в които обаче има свръхпредставяне на основни гени, като например тези, участващи в клетъчния растеж и генната експресия. В тези петна гените са защитени от мутации, а ако такива все пак се случат - поправянето изглежда е особено ефективно. Установили са и че начинът, по който ДНК е обвита около различни видове протеини, е добър индикатор за това дали даден ген ще мутира или не. На практика излиза, че растението е намерило как да защити важните си гени от негативни мутации и селектира само положителните, което според авторите противоречи на теорията на Дарвин за еволюцията чрез естествен подбор.

На мен малко пресилено ми се струва. Не виждам никакво противоречие. Поне доколкото го разбрах.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04269-6

[deaf]

Преди 18 минути, boyko said:

растението е намерило как да защити важните си гени от негативни мутации и селектира само положителните,

Там е проблемът на учените,че не могат да определят категорично кои са негативни и кои положителни гени.

[Кухулин]

Преди 59 минути, boyko said:

На практика излиза, че растението е намерило как да защити важните си гени от негативни мутации и селектира само положителните, което според авторите противоречи на теорията на Дарвин за еволюцията чрез естествен подбор.

На мен малко пресилено ми се струва. Не виждам никакво противоречие. Поне доколкото го разбрах.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04269-6

Наистина, в изследването никъде не се споменава такова заключение. Предполагам, че причината е в достатъчно глупавото му звучене. Просто се отхвърля аксиомата, че мутациите са разпределени случайно по целия геном. Съответно математическите модели на еволюционните процеси трябва да се преразгледат, параметрите да се изменят.

Нещо повече. Изрично се подчертава, че тези защитни механизми също са плод на еволюцията.

Преди 46 минути, deaf said:

Там е проблемът на учените,че не могат да определят категорично кои са негативни и кои положителни гени.

Никой не определя негативни и позитивни мутации. Просто в жизненоважните гени темпът на мутиране е по-нисък.

[deaf]

Преди 2 минути, Кухулин said:

в жизненоважните гени темпът на мутиране е по-нисък.

Кои са тези жизненоважни гени? Кое е по-важно? Продължителността на живота или кратък,но жизнен живот? И ако някой ген удължава живота,но му уврежда жизнеността,към кои гени да го причислим? "Добрите" или "лошите"?

[Кухулин]

Преди 2 минути, deaf said:

Кои са тези жизненоважни гени? Кое е по-важно? Продължителността на живота или кратък,но жизнен живот? И ако някой ген удължава живота,но му уврежда жизнеността,към кои гени да го причислим? "Добрите" или "лошите"?

Щом механизмът е плод на еволюцията, значи важността се определя от ефективността на размножаването. Предпазват се тези гени, чието предпазване вдига шансовете за ефективно размножаване.

[Warlord]

Както и предполагах - никакво противоречие с Дарвин. Просто доизкусуряване на детайлите около отделните аспекти на геномната еволюция 

[Exhemus]

Май, вместо да оспорва то потвърждава еволюцията.

То си е пределно ясно - тези гени са в основата на живота. На всички организми с изключение на най-простите.

Вирусите, очевидно, печелят от своята мутабилност,  но и при тях си има мяра.

В началото на живота сигурно е имало и други, съвсем различни механизми за кодиране, преписване, експресия и опазване на генетичната информация, но явно са били ненадеждни. 

  Господ (Дарвин) е казал:  Плодете се, множете се, но няма да ви пазя. Налага се да се пазите сами  

[gmladenov]

Преди 5 часа, boyko said:

В тези петна гените са защитени от мутации, а ако такива все пак се случат - поправянето изглежда е особено ефективно.

Благодаря за статията.

Аз самият винаги съм се чудел защо определени функции в организмите изглеждат "заключени"
(не се поддават на мутации), а други с охота се променят в процеса на еволюция.

По всичо личи, че мутациите наистина са диференцирани.

Това не го виждам като оборване на Дарвин, а напротив: като е много ценно наблюдение за това
как работи еволюцията. Така че браво на авторите.

Без стабилност на основни фунцкии, животът като цяло би бил нестабилен. Явно еволюцията го е
"схванала" това и е намерила начин да гарантира стабилност ... като в същото време разрешава
и адаптивност чрез по-бързата мутация на неосновни функции.

Не е за вярване колко добре го е измислисла еволюцията (или Господ ).

[Малоум 2]

Ето и превод:

https://nauka.offnews.bg/news/Novini_1/Novi-dokazatelstva-osporvat-ideiata-che-mutatciite-sa-napalno-sluchaj_179480.html

Нови доказателства оспорват идеята, че мутациите са напълно случайни

Прост крайпътен плевел - Arabidopsis thaliana - може да е ключът към разбирането и прогнозирането на ДНК мутациите. Кредит: Wikimedia Commons

Прост крайпътен плевел може да е ключът към разбирането и прогнозирането на ДНК мутациите.

Констатациите на ново изследване на учени от Калифорнийския университет, Дейвис, и Института за еволюционна биология на "Макс Планк", Германия, публикувани в списание Nature, радикално променят нашето разбиране за еволюцията и един ден могат да помогнат на изследователите да селектират по-ценни култури или дори да помогнат на хората да се борят с рака.

Често срещано погрешно схващане е, че еволюцията има предварително определена посока - идея, която биолозите по света непрекъснато се опитват да коригират.

Но новото изследване разкрива, че може да има нещо вярно в това погрешно схващане, поне повече, отколкото някога сме осъзнавали.

Въпреки че не е толкова просто, като целенасочената мутация, сега се оказва, че не всички ДНК са еднакви, когато става въпрос за променливост. Поне не и при един цъфтящ крайпътен плевел, Arabidopsis thaliana, от семейство кръстоцветни (Brassicaceae).

„Винаги сме смятали мутацията като базово произволна в генома“, разказва ботаникът Грей Монро (Grey Monroe) от Калифорнийския университет, Дейвис.

„Оказва се, че мутацията е много неслучайна и е неслучайна по начин, който е от полза за растението. Това е напълно нов начин на мислене за мутацията."

За да възникне генетична мутация (или вариант) на първо място, трябва няколко неща са налице. Първо, ДНК трябва да бъде променена в клетките на зародишната линия - клетки, които предават своя генетичен материал на потомството на организмите.

Това може да включва промяна на една „буква“ в ДНК последователността, чрез увреждане от ултравиолетови лъчи например или загуба на ген, или объркване на цяла хромозома чрез грешки при копира и предаване на генетичния материал.

Тогава това увреждане трябва да се изплъзне от няколко клетъчни механизма, които съществуват, за да предотвратят пренасянето на такива промени. Това включва системи за възстановяване на ДНК или, за екстремни мутации - програмирана клетъчна смърт (апоптоза).

Ако мутацията избегне тези процеси, тя може да бъде предадена на следващото поколение.

Повечето мутации, които включват промяна на една „буква“, са неутрални, тъй като не водят до никакви значителни промени във формата или функциите на организма.

Но тези, които причиняват промени, независимо дали те продължават до следващите поколения, може да са обект на прищевките на естествения подбор.

В този момент се смяташе, че еволюцията прави по-голямата част от подбора между добрите и вредните и безполезни мутации. Например, ако мутация възпрепятства оцеляването на растение или животно, е малко вероятно тя да остане за дълго.

Макар силите на еволюцията да могат да ограничат кои мутации се предават през поколенията, самата мутация обикновено се разглежда като непредвидимо хвърляне на зарове в генетичната библиотека на организма.

„От първата половина на двадесети век еволюционната теория е доминирана от идеята, че мутациите се случват произволно по отношение на нейните последствия“, пише екипът в своя документ.

Монро и колегите му използват растителния еквивалент на лабораторна мишка – гореспоменатото растение Arabidopsis thaliana – за да тестват предположението, че мутацията наистина е произволно разпределена в генома.

Секвенирането на 400 растителни линии Arabidopsis thaliana разкрива повече от 1 милион мутации. В рамките на тези мутации е открита закономерност, което противоречи на очакваното

Изследователите откриват, че определени региони от генома на растението са много по-податливи на мутации от други.

„Това са наистина важните региони на генома“, коментира Монро. "Зоните, които са най-важни от биологична гледна точка, са защитени от мутация."

Това остава вярно, независимо дали са разглеждани кодиращи или некодиращи части от генетичния код, което предполага, че ефектът не се дължи на специфични типове ДНК, а на региона като цяло.

„Еволюцията в гените на Arabidopsis изглежда се обяснява с мутационни пристрастия в по-голяма степен, отколкото чрез естествен подбор“, пишат Монро и колегите му, обяснявайки, че ако това несъответствие е било причинено по-късно от естествения подбор, техният анализ би открил повече уникални генни вариации, отколкото наблюдаваните (тъй като биха били загубени по-късно в процеса).

Нещо повече, данните разкриват епигенетични фактори, като например как ДНК се навива около определени протеини, а механизмите за възстановяване на ДНК предсказват кои части от генома са по-малко податливи на мутации. Вече имаше сериозни доказателства, че възстановяването на ДНК е насочено към активни генни региони, което това проучване също подкрепя.

„Растението е разработило начин да защити най-важните си места от мутация, коментира Детлеф Вайгел (Detlef Weigel)“, научен директор в института Макс Планк и старши автор на изследването.

Ако разберем как Arabidopsis thaliana фалшифицира заровете, когато става въпрос за мутации, това може да има последици не само за други растения, но и за разбирането на еволюцията и болестите при почти всички видове.

 „Това означава, че можем да предвидим кои гени са по-склонни да мутират от други и ни дава добра представа за това какво се случва“, отбелязва Вайгел. "Вълнуващо е, защото бихме могли дори да използваме тези открития, за да помислим как да защитим човешките гени от мутации."

Тези открития предполагат, че естественият подбор е изкривил вероятността от мутации в генетичната библиотека на организма.

Така че, докато отделната мутация наистина е все още произволна по отношение на нейните последствия, позицията в генома може да благоприятства оцеляването на организма, дори преди всякакви възможни ефекти от мутацията да влязат в играта на естествения подбор.

Справка: Monroe, J.G., Srikant, T., Carbonell-Bejerano, P. et al. Mutation bias reflects natural selection in Arabidopsis thaliana. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04269-6

Източник:

Study Challenges Evolutionary Theory That DNA Mutations Are Random, Emily C. Dooley, University of California, Davis

New Evidence Challenges The Idea That Mutations Are Entirely Random, TESSA KOUMOUNDOUROS, sciencealert

...

...

Разбира се, че устойчивите мутации не са случайни - има съответствия към радиационната "обстановка". Превръщанията са предопределени от защита, а всяка нова обвивка на клетки (клъстър) е ново свойство участващо в защита. Това което поврежда ядра са гама-фотоните - те са неизбежни, ако ги има. В повечето случаи, обаче, има фотони от смесените ЕМвълни, чиято дължина на пакет-фотона е голяма, в сравнение с обвивка на клетка и "заобикаля" клетката (както морската крайбрежна вълна заобикаля колче). Малка част от вълните  (в средата)- може резонансно да взаимодейства с обвивка и прави информационно възможни превръщанията, с преструктурирания вътре в обвивката на клетките от клъстъра. Така - вътре, в обвивката, ентропията намалява. Излъченото от обвивката - увеличава информоционно средата и "подсказва" на други подобни, като как, с мин.енергия е възможно да се преструктурират. Стават устойчиви в средата си.

...

[Малоум 2]

Преди 10 минути, gmladenov said:

Това не го виждам като оборване на Дарвин, а напротив: като е много ценно наблюдение за това
как работи еволюцията. Така че браво на авторите.

Точно. Остава им да разберат, като как работи Законът за количествените натрупвания (по-горе писах как се променят качества)

...

[Димитър Йорданов]

Поне аз не виждам противоречие с дарвиновата теория. По-скоро растението се е "защитило" в някаква степен от случайни мутации в най-важните области, докато другите където поява на мутации може да бъде и полезна за него не е. Така от една страна то е защитено от друга не губи възможността да реагира бързо на промени и да се приспособява при появата на най-различни предизвикателства пред него. Любопитно дали това го има и при все още неизследвани растения, животни и микроорганизми. И какъв процент от живота на земята има подобни механизми за защита на определени части от генома си.

[fixxxsers]

Аз пък съм учуден, че чак сега излиза подобно изследване... защо има такова удивление или просто отново ни се представя някаква "сензация". Сигурен съм, че подобно нещо дори и да не е експериментално наблюдавано, то поне е предсказано. Вземаме два варианта: 1. организми с мутация на жизнено важни гени биха умрели ( най- лаиши казано) - те просто няма да оставят поколение; 2. организми с "измислили" ( в процеса на еволюция ) начин да предпазват дадени гени - остават живи и предават информацията напред.

 Без подобен механизъм честотата на мутации на "маловажни" гени ще е равна на честотата и при "важните" - ето тук уравнението не излизаше.

[genefan]

На мен не ми е ясно как някои части от ДНК могат да бъдат по-защитени от другите от мутации. Например, ако някоя космическа частица проникне в клетката, то е абсолютно случайно къде ще се падне с възможността да избие някой нуклеотид и да предизвика делеция, например.  Възможен е само някакъв механизъм за "поправка" веднага, преди това да се е предало на поколението.
Например, при митохондриалната ДНК която има пръстеновидна структура, има един регион, наречен Hypervariable region, който не съдържа гени и затова мутира по-често от другия Coding region. Затова по него се определят голяма част от мито хаплогрупите. Тъй като митохондриите са хиляди в някои клетки и има голяма вероятност за мутации поне в някои от тях, има механизъм за избягване на мутациите в поколението. Митохондриите липсват в сперматозоида и са минимален брой в яйцеклетката, така статистически се намалява шанса за предаване на мутации. Отделно мутациите в някой важен ген правят поколението нежизненоспособно и така се премахват с естествения отбор.
Всички мутации по презумпция са вредни. Само от време на време възниква някоя "ïn the wright place in the wright time", които дават някакви предимства за оцеляване и се разпространява с естествения отбор.

[makebulgar]

Преди 51 минути, genefan said:

На мен не ми е ясно как някои части от ДНК могат да бъдат по-защитени от другите от мутации. Например, ако някоя космическа частица проникне в клетката, то е абсолютно случайно къде ще се падне с възможността да избие някой нуклеотид и да предизвика делеция, например.  Възможен е само някакъв механизъм за "поправка" веднага, преди това да се е предало на поколението.

Всъщност нещата са много по-прости отколкото изглеждат. Мутациите принципно са различни видове.

Радиационните са причинени от високоенергийни частици проникващи отвън в материята и срещу тях защитата е трудна и почти невъзможна. Високоенергийните частици избиват не нуклеотиди, а само електрони, с което настъпва йонизация на веществата. Тя води до съществени промени във връзките между атомите в материята и ДНК и съответно се променят и функциите им.   

Химичните мутации са другия вид, като те представляват основно окислителни процеси, при които части от ДНК се свързват по неправилен начин с кислород или други вещества (свободни радикали), с което се променя функцията на ДНК. ДНК може да бъде предпазена от окисление, като се обгради с разни молекули и съединения, които се окисляват по-бързо и неутрализират окислителя. Това обграждане и предпазване може да е възникнало целенасочено, но може и да е просто стечение на обстоятелствата. Тоест, там където около ДНК по някаква причина се натрупват антиоксиданти, там мутациите се случват по-рядко. Натрупването на такъв слой антиоксиданти около ДНК обаче може да си е чисто еволюционно, тъй като реално дава предимство и е логично, че ще се предава и усъвършенства с времето. 

Редактирано Януари 14, 2022 от makebulgar

[Кухулин]

Преди 5 часа, fixxxsers said:

организми с мутация на жизнено важни гени биха умрели ( най- лаиши казано) - те просто няма да оставят поколение

Зависи от мутацията. Това еволюционно предимство изобщо не е очевидно и представлява доста сложен баланс (уравнение) между вероятността за полезна и вероятността за вредна мутация. А тези стойности зависят от спецификите на самия  организъм - какви ниши заема, как се размножава и т. н. Напълно е възможно при някои организми подобни защити да не дават еволюционно предимство. Значи трябва да се изследва всеки конкретен вид поотделно. Особено човекът, защото при него темпът на мутациите е свързан с важни генетични датировки.

[Кухулин]

Преди 1 час, genefan said:

На мен не ми е ясно как някои части от ДНК могат да бъдат по-защитени от другите от мутации. Например, ако някоя космическа частица проникне в клетката, то е абсолютно случайно къде ще се падне с възможността да избие някой нуклеотид и да предизвика делеция, например.  Възможен е само някакъв механизъм за "поправка" веднага, преди това да се е предало на поколението.

Да речем, че радиационните мутации са разпределени случайно в пространството (или по съответното сечение). Това не означава, че са разпределени случайно по генома, защото самите хромозоми са нагънати в доста сложни структури. Възможно е дадена зона да има по-малко ефективно сечение от друга.

[genefan]

Преди 2 часа, Кухулин said:

Да речем, че радиационните мутации са разпределени случайно в пространството (или по съответното сечение). Това не означава, че са разпределени случайно по генома, защото самите хромозоми са нагънати в доста сложни структури. Възможно е дадена зона да има по-малко ефективно сечение от друга.

Това вече е друг въпрос, известно е, че някой участъци на хромозомата закономерно мутират по-често поради отслабени връзки между нуклеотидите, които се дължат на различни причини -структурата, пространственото разположение или влияние на други нуклеотиди. Както е известно при У хромозомата, има "бързи" и "бавни" маркери. Но и при тези мутации също има само вероятност - може да мутират от баща на син, а може преди 1000 години.

Това, че някои гени са донякъде предпазени от мутагенни агенти не променя случайността на мутирането и оттам естествения отбор и еволюцията.

[Кухулин]

Преди 48 минути, genefan said:

Това, че някои гени са донякъде предпазени от мутагенни агенти не променя случайността на мутирането

Хм, променя "степента на случайност", т. е. вероятността.

Преди 48 минути, genefan said:

и оттам естествения отбор и еволюцията.

Изменя скоростта и посоката на процеса. Ако зайчето има нужда от по-добър слух, а дължината на ушите му е генетически консервативна, по-вероятно е в следващото поколение те да се разширят. И вместо дългоухо зайче ще се получи Чебурашка

[genefan]

Кои гени ще са защитени пак е въпрос на случайност и естествен отбор. Предполагам са защитени най-важните и необходими за елементарно оцеляване, но това не пречи и при тях да има случайни мутации.  Така че да има чебурашки не е невероятно, но така се е случило.

А дължината на ушите може да зависи от други фактори, важни за индивида - при лисиците това беше начин за охлаждане, а не остър слух. Затова африканските фенеци имат най-дълги уши, а полярните най-къси.

Например, голяма част от спонтанните аборти се предизвикват от вредни мутации в плода, несъвместими с живота. Те могат както да са наследени, така и възникнали спонтанно в родителите. Ако има вид полезни мутации, обаче пак е въпрос на случайност дали ще възникнат и къде ще се разпространят. Така поносимостта към лактозата е възникнала и се е разпространила само в някои пастирски народи. Ние българите, в голяма част потомци на планински овчари сме 70% нетолерантни, просто нямаме необходимата наследственост, а явно тази мутация е много рядка (може да е в защитен ген).

[Малоум 2]

По принцип, случайностите са нещо ... изключително рядко явление - случайност: съвпадение на две събития по място и по време. (събитията са точкови). Полученото е неустойчиво - по-скоро, разрушено (анихилация на нещо). Има и доказан квантов детерминизъм - вероятностни случвания на събития.

Мутациите в макромолекули се предизвикват от физически и условно казано - химически процеси, в среда на пребиваване. При Изменения на радиационния фон,например,  в него се проявяват по-интезивно фотони, които са съизмерими с големината на обвивките на макромолекула. Новите Обменни фотони (връзки) между съставните, вътре, се прегрупират към по-къси пакети - съответно, новата обвивка е с по-малки размери, или с по-пецифични форми - енергийният обмен е минимизиран. Това дава устойчивост на превръщанията във времето и пространството в новата обстановка, щото няма "разрушителни фотони" - примерно, употребени са и новоизлъчените фотони от "готовото" не са резонансни. Информацията за честота-бързина, сила на връзките, за да съществува като едно (еластично) цяло, е във фотоните, а интензитета на  късите фотони в дълговременен обичаен фон са малко. И съществува вероятност, някой от късите фотони да резонира с новата обвивка, но полученото е или разрушено или му се губят някои от свойствата за създаване на връзки. Устойчивостта на връзките, при всеки конструкт е съществена за дълговременното му съществуване, при обмен на информация с околната среда... Запазване на еластичност при обмен, с използване на "вълновите" характеристики на съставните частици... Пулсация на "живото". Възпроизвеждане на себе си в подходяща, външна за него среда, като я модифицира, пулсирайки, по свой образ и подобие. (това гените го правят най-добре)

...

[Малоум 2]

...

...

[Last roman]

еволюцията е нехаотична изменчивост

 

[Малоум 2]

On 14.01.2022 г. at 7:44, Кухулин said:

Хм, променя "степента на случайност", т. е. вероятността.

Изменя скоростта и посоката на процеса. Ако зайчето има нужда от по-добър слух, а дължината на ушите му е генетически консервативна, по-вероятно е в следващото поколение те да се разширят. И вместо дългоухо зайче ще се получи Чебурашка

Да, принципно, "случайността" в брой мутирали, се елиминира от естествен отбор - кратковременно съществуване на "грешката" при метод проба-грешка. Еволюцията (генетични промени следствие радиация, примерно) протича със скок на свойства и се създават нови видове. Но успешно във времето продължава съществуване на вид, получил ген-изменение, съответстващо на ЕМПоле на новата среда.

Затова "нужда" или "желания" на зайчето не може да доведе до нов вид - в случая, генетична промяна няма и може да само има подобрения от адаптиране към измененията на околната среда. Това е просто безсъзнателно реагиране на измененията - видът не може да се променя. (и при човек е така?!?, но съзнава грижа към ближния, с опит да променя средата на съществуване). Разбира се, има и вероятност хоризонталният пренос на качество (естествена, а не изкуствена ген-промяна), също да се окаже устойчиво във времето за измененията на средата на съществуване. Води до разнообразия  на устойчивост на някои свойства в съгласие със средата.

...

[Кухулин]

Преди 2 часа, Малоум 2 said:

Да, принципно, "случайността" в брой мутирали, се елиминира от естествен отбор - кратковременно съществуване на "грешката" при метод проба-грешка. Еволюцията (генетични промени следствие радиация, примерно) протича със скок на свойства и се създават нови видове. Но успешно във времето продължава съществуване на вид, получил ген-изменение, съответстващо на ЕМПоле на новата среда.

Затова "нужда" или "желания" на зайчето не може да доведе до нов вид - в случая, генетична промяна няма и може да само има подобрения от адаптиране към измененията на околната среда. Това е просто безсъзнателно реагиране на измененията - видът не може да се променя. (и при човек е така?!?, но съзнава грижа към ближния, с опит да променя средата на съществуване). Разбира се, има и вероятност хоризонталният пренос на качество (естествена, а не изкуствена ген-промяна), също да се окаже устойчиво във времето за измененията на средата на съществуване. Води до разнообразия  на устойчивост на някои свойства в съгласие със средата.

...

В случая употребих "нужда" чисто описателно, без никаква връзка с желанията на зайчето. "Нужда от нещо" означава, че това нещо би подобрило еволюционната статистика.

При хората не е така, защото желанията пряко влияят на еволюционния процес посредством изкуствения отбор и генните модификации. Как се отнася това към ЕМПолето не мога да кажа, не ги разбирам много тези неща.

[orlogin]

On 14.01.2022 г. at 1:05, genefan said:

Митохондриите липсват в сперматозоида и са минимален брой в яйцеклетката, така статистически се намалява шанса за предаване на мутации.

Клетките на кръвните лимфоцити и еритроцитите (червените кръвни клетки) са примери за човешки клетки, които нямат митохондрии. Това се дължи на специфичните функции и потребности на тези клетки.

Сперматозоидите имат митохондрии, които са от съществено значение за тяхната движеща сила и енергийната поддръжка. Митохондриите в сперматозоидите осигуряват необходимата енергия (във формата на АТФ) за движението им към яйцеклетката. Моторните протеини изискват енергия, за да осъществят своите двигателни функции. Това е една от причините, поради които митохондриите са съсредоточени предимно в базалната част на сперматозоида, която е отговорна за движението му. Гликолизата (първата стъпка на метаболитния процес на глюкоза) може да осигури ограничено количество енергия във формата на АТФ, но тя е по-малко ефективна от процеса на оксидативна фосфорилация, който се извършва в митохондриите.

 

Ето няколко примера:

 

Ролята на митохондриите в производството на енергия за подвижността на човешките сперматозоиди

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2605.2011.01218.x

 

Преносители и совалки в митохондриите на спермата. Схематичен модел, изобразяващ метаболитните роли на митохондриалните носители и совалки, които могат да работят в митохондриите на човешката сперма.

 

 

Цитати от статията:

„Митохондриите на сперматозоидите се различават от съответните органели на соматичните клетки както по своята морфология, така и по биохимия. Биохимичните различия по същество са свързани със съществуването на специфични ензимни изоформи, които се характеризират със специфични кинетични и регулаторни свойства.“

 

„Такова сравнение също е извършено между функционалните характеристики на митохондриите на човешката сперма и тези на други видове бозайници. По-задълбочено разбиране на митохондриалния енергиен метаболизъм може да отвори нови пътища за изследване в биоенергетиката на митохондриите на човешката сперма, както при физиологични, така и при патологични състояния.“

 

„Митохондриите на сперматозоидите (митохондрии от тип сперма) показват специфични характеристики. На първо място, тези органели са изключително ограничени в средната част на спермата, плътно увити около аксонема. Основната част от опашката на спермата е лишена от митохондрии и е обогатена с гликолитични ензими, много от които са различни от изоензимите, присъстващи в соматичните клетки.”

 

“Първата статия, свързваща потенциала на митохондриалната мембрана с подвижността на спермата, датира отпреди почти 30 години ( Evenson et al. , 1982 )”

 

 

Излагането на цялото тяло на радиочестотна електромагнитна енергия може да причини увреждане на ДНК в сперматозоидите на мишка чрез окислителен механизъм

https://www.nature.com/articles/s41598-019-53983-9

Цитати:

„В съответствие с нашите предишни in vitro изследвания, ние тук предоставяме данни в подкрепа на дисрегулацията на митохондриите на сперматозоидите като основна цел за предизвикване на стрес, свързан с RF-EME в мъжката репродуктивна система.“

 

„Тези сперматозоиди също претърпяха повишено митохондриално генериране на реактивни кислородни видове след 1 седмица експозиция, с повишено ДНК окисление и фрагментация през всички периоди на експозиция.“

 

„При липса на пропорционално увеличение на цитозолното производство на ROS, тези данни предоставят корелативно доказателство, че митохондриите на сперматозоидите наистина са склонни към дисрегулация на RF-EME и че последвалото производство на ROS е достатъчно, за да компрометира най-уязвимите аспекти на функцията на сперматозоидите.“

 

 

Връзка между броя на копията на митохондриалната ДНК на спермата и скоростта на делеция и динамиката на промишленото замърсяване на въздуха

https://www.nature.com/articles/s41598-022-12328-9

Цитати:

„Използвахме PCR в реално време, за да анализираме ефектите от замърсяването на въздуха върху броя на копията на митохондриалната ДНК на сперматозоидите (mtDNAcn) и честотата на делеция (mtDNAdel) в проби от сперма, събрани от 54 мъже в два сезона с различни нива на промишлено замърсяване и замърсяване на въздуха от трафика.“

 

„Митохондриите образуват митохондриална обвивка, разположена в кръстовището (средната част) на опашката на спермата. Гликолизата и окислителното фосфорилиране, които произвеждат енергия от решаващо значение за клетъчната хомеостаза и подвижност на спермата, са ключова функция на митохондриите.“

 

 

Съдба на митохондриите на сперматозоидите и включването, преобразуването и разглобяването на структурите на опашката на спермата по време на оплождането при говеда

https://academic.oup.com/biolreprod/article/55/6/1195/2769379

Цитати:

„След включването на сперматозоидите митохондриите се изместват от свързващата връзка на спермата парче и центриола на спермата е изложена на цитоплазмата на яйцеклетката.“

 

„Съвкупност от митохондрии на спермата се наблюдава при навлизането на втората митоза, въпреки че остават в близост до ядрото и по-късно могат да се видят на единия полюс на метафазното вретено.“

„Тези данни предполагат, че разглобяването на опашката на сперматозоидите по време на оплождането на говеда се случва като поредица от прецизно организирани събития, включващи разрушаване (фиброзна обвивка и митохондриална обвивка) и трансформация (ДНК, центриол на сперматозоидите) на определени структури на спермата в зиготични и ембрионални компоненти."

 

 

In situ крио-електронна томография разкрива асиметричната архитектура на аксонемите на спермата на бозайници

https://www.nature.com/articles/s41594-022-00861-0

Цитат:

„Аксонемите на спермата също са заобиколени от допълнителни субклетъчни структури, като външни плътни влакна и митохондриални и фиброзни обвивки, които вероятно представляват допълнителни механични предизвикателства по време на ритмични удари.“

 

 

Функционална анатомия на флагела на спермата на бозайниците

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cm.21338

Цитат:

„Около ODFs на Фигура 1 A има дебел слой от митохондрии, които образуват обвивка около флагела точно под външната мембрана на клетката. В сперматозоидите на бик тази митохондриална обвивка (MS) покрива първите 11 µm от камшичето, което се нарича средна част, или алтернативно, средна част.“

 

 

Подредени масиви от частици върху митохондриалната външна мембрана в бързо замразена сперма

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ar.1091990202

Цитат:

„Сред по-забележителните характеристики на така подготвените сперматозоиди на бозайници са високо подредените масиви от частици на повърхността на външната мембрана на митохондриите. В средната част на спермата митохондриите се извиват около плътни влакна и аксонема.“

 

 

Митохондриални транспортни процеси и окисляване на NADH от хипотонично третирани сперматозоиди от глиган

https://europepmc.org/article/med/212270

Цитат:

„След хипотонично лечение сперматозоидите имат метаболитни характеристики на митохондриите, изолирани от други клетки. Еякулирани сперматозоиди от глиган, третирани по този начин, могат да окисляват външния NADH чрез лактат-пируватна совалка и малат-аспартатен цикъл; това окисление е свързано с фосфорилирането на ADP.“

 

 

Камшичета на спермата: сравнителни и филогенетични перспективи на протеиновите компоненти

https://academic.oup.com/molehr/article/17/8/524/1073668

Цитат:

„Сперматозоидите на бозайниците, както и сперматозоидите на други гръбначни животни, притежават допълнителни структури между аксонемата и плазмената мембрана, като митохондриите, и две допълнителни структури, външни плътни влакна (ODF) и фиброзна обвивка (FS).“

 

Неподвижни сперматозоиди и безплодие при мишки с липса на митохондриален волтаж-зависим анионен канал тип 3

https://www.jbc.org/article/S0021-9258(20)74190-6/fulltext

Цитати:

„По този начин VDAC3-дефицитните мъжки мишки представляват нов модел на неподвижност на сперматозоидите поради митохондриален дефект и демонстрират, че функционалните митохондрии са необходими за структурната поддръжка на аксонема.“

 

„Дефектът в комплексната активност на дихателната верига на скелетните мускули предполага възможността за подобен дефицит в митохондриите на сперматозоидите, но не е ясно как това ще се свърже със стабилността на аксонемите.“

 

 

При половото размножаване митохондриите обикновено се наследяват изключително от майката. Митохондриите в спермата на бозайниците обикновено се унищожават от протеолитичната машина на яйцеклетката след оплождане. Освен това митохондриите са само в опашката на спермата, която се използва за задвижване на сперматозоидите и понякога опашката се губи по време на оплождането. Бащините митохондрии могат временно да присъстват в началото на ембрионалното развитие. Например в говежди in vitro ембрионални култури бащините митохондрии се елиминират между 4- и 8-клетъчен стадий. Интересното е, че митохондриите на сперматозоидите в междувидовите кръстосани ембриони на говеда не са убиквитинирани и все още присъстват на етапа на осем клетки. Това наблюдение е в съгласие с устойчивостта на бащината mtDNA, което предполага, че механизмът за селективна митофагия на спермата има специфичен за вида елемент.

През 1999 г. беше съобщено, че митохондриите на бащината сперма (съдържащи mtDNA) са маркирани с убиквитин, за да бъдат разпознати по-късно в ембриона и унищожени. По време на сперматогенезата при бозайниците, митохондриалното убиквитиниране се открива във вторичната сперматоцитна фаза, последвано от кръглия сперматид и накрая в напълно диференцирани тестикуларни сперматозоиди. Протеиновото убиквитиниране означава ковалентното лигиране на една или повече убиквитинови молекули към субстратни протеини чрез последователно действие на най-малко три ензимни активности: убиквитин-активиращ ензим Е1, убиквитин-конюгиращ ензим Е2 и субстрат-специфична убиквитин лигаза Е3.

По този начин митохондриите на сперматозоидите са маркирани с убиквитин, който на по-късен етап в яйцеклетката се разпознава от убиквитин-протеазомната система (UPS), строго регулиран път за субстратно-специфично протеиново разграждане в еукариотите.

Скорошно проучване от 2018 г. показа, че човешката митохондриална ДНК понякога все още може да се предава по бащина линия. Малко количество бащини митохондрии могат да влязат в яйцеклетката на майката, но по правило бащините митохондрии след това изчезват от зиготата. Установено е обаче, че някои хора имат мутация, която помага на митохондриите на бащата да оцелеят.

 

Няколко примера за селективно разпознаване и унищожаване на бащините митохондрии:

 

Елиминиране на бащините митохондрии чрез лизозомния път на разграждане в C. Elegans

https://www.nature.com/articles/cr2011182

 

Регулиране на наследяването на митохондриалния геном чрез автофагия и убиквитин-протеазомна система: последици за здравето, фитнеса и плодовитостта

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4083708/

 

Убиквитинирани митохондрии на спермата, селективна протеолиза и регулиране на митохондриалното наследяване в ембриони на бозайници

https://academic.oup.com/biolreprod/article/63/2/582/2723434

 

Статистическият шанс за предаване на мутации не намалява поради липсата на митохондриално ДНК в сперматозоида, а благодарение на два сложни и съгласувани процеса - единият в мъжкия индивид, другият в женския.