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性别,选择和生物多样性

生殖进化中心将大数据转化为基因见解.

Ahmed-Braimah, Pitnick和Dorus一起拍照.

生物学教授Yasir Ahmed-Braimah(左起), 生殖进化中心的Scott Pitnick和Steve Dorus, 位于生命科学园区.

科学家们普遍认为,进化生物学诞生于1859年查尔斯·达尔文的著作出版之后 《365体育彩票》. 物种可以变异的观点(i.e.随着时间的推移而变化)并不是什么新鲜事. 几十年前, 达尔文的祖父, 伊拉斯谟, 提出了类似的建议, 设计一个梯形图来展示人类是如何从单细胞生物进化而来的. 达尔文更进一步, 这表明自然选择是物种适应环境的机制.

但哈佛大学的副教授史蒂夫·多鲁斯承认,这其中还有更多的原因 生物学 365体育彩票. 达尔文推测,自然选择不仅仅是为了生存. 他认为,物种之间最显著的一些差异是生殖特征,如装饰品和武器,说年纪, 指的是孔雀尾巴和甲虫角, 分别. “这些特征之所以出现,是因为它们受到了一种与生殖竞争相关的选择.”

达尔文将他的新理论称为“性选择”,他在1871年的杰作中概述了这一理论, 《365体育彩票app》. 而 起源 回避了人类进化, 血统 正面解决它. 雄性争夺雌性的想法, 谁, 反过来, 想要最大的, 最有吸引力的伴侣, 让进化成为焦点. “自然选择和性选择解释了物种是如何随着时间而进化的,”Dorus补充道.

两个科学家在实验室里用显微镜一起工作.

世界著名的进化生物学家皮特尼克(右一)在2016年帮助建立了CRE.

《365体育彩票》

分析生物多样性的起源是 生殖进化中心 (CRE) 文理学院. 住在生物系, CRE探索了性选择的模式和过程, 包括它们潜在的分子机制和基因组后果.

该中心由多鲁斯共同创立, Weeden教授Scott Pitnick和名誉教授John Belote. 对生殖研究的共同兴趣——以及对“结合365体育彩票研究成果的潜在协同作用”的认识,皮特尼克说——他说服了所有人联合起来. Yasir Ahmed-Braimah助理教授2019年的任命带来了基因组学和生物信息学方面的额外专业知识.

365体育彩票的哲学以跨学科科学为基础,说年纪, 谁, 像他的同事, 研究不同的生物系统, 包括飞, 甲虫, 哺乳动物, 鸟类和鱼类. “生殖进化中心为性选择和生态选择的基本问题提供了补充方法, 多样化和物种形成, 进化遗传学和基因组学.”

该团队的主力是普通的果蝇. 正式名称为 果蝇在美国,这种无处不在的小生物是最古老、最有效的遗传模式生物之一. 在实验室环境中培养它们既容易又便宜,这对CRE来说是一个福音.

多亏了新的和新兴的技术(以及来自国家卫生研究院和国家科学基金会等机构的资助), CRE正在帮助改写生物研究的规则. 中心正在收集, 存储, 前所未有地分析和传播信息, 多鲁说. “曾经不可能的事情现在已司空见惯.”

Braimah和学生站在电脑前.

Ahmed-Braimah(站着)是新一波精通计算机的科学家中的一员, 结合生物学技术解释基因组数据特性.

数据爆炸

综合招聘考试是大学课程的一部分 大数据和数据分析 研究小组. 成立于2018年, 该小组在各个领域开发和应用数据分析方法, 包括基因组学——对有机体基因的研究. “研究进化生物学的联系, 基因组学和计算机科学意味着要处理大量的数据,说年纪, 谁与皮特尼克和其他几个人一起帮助建立了这个组织, 包括奇鲁库里·莫汉教授, 人工智能专家 工程与计算机科学学院“,.

除了解决行为问题, 繁殖的形态和生理机制, CRE擅长于基因定位和表征——确定赋予特定表现型的基因的位置和功能. 这样的研究解释了为什么一个物种的个体经常有相似的特征, 但很少有相同的特征. (想想人类的眼睛颜色、肤色或脸型.)基因图谱还提供了对可追溯到数百万年前的复杂进化过程的洞察.

Ahmed-Braimah是雪城大学新一批精通组学技术和先进算法的科学家中的一员. (“组学是指基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等子学科.技术正在改写生物研究的规则,”Ahmed-Braimah说, 大数据集团的第一个生物招聘. “过去365体育彩票有很多理论,但数据很少,现在365体育彩票被数据淹没了.”

解决老问题的新方法

理解CRE科学就是理解精子和女性生殖道(FRT)之间的复杂关系。. 直到20世纪50年代,科学家才证实FRT在精子成熟过程中起着关键作用, 精子细胞变得“有能力”使卵子受精的过程. 有时精子与它们所在的FRT不相容, 导致了特发性不孕. “这是人类健康的主要负担,说年纪, 他补充说,全球约30%的不孕夫妇患有此病.

科技正在改写生物研究的规则. 过去365体育彩票有大量的理论和少量的数据,而现在365体育彩票被数据淹没了.

教授亚希尔Ahmed-Braimah

凯特琳McDonough-Goldstein 20 G”, 维也纳大学的博士后研究员, 在雪城大学读书时就对特发性不孕症产生了兴趣. 在多鲁斯和皮尼克的监督下,她测试了数千个组织样本 果蝇 FRTs. 通过分析果蝇的基因表达和蛋白质产生,麦克唐纳-戈尔茨坦了解了FRT的分子性质. 这也让她意识到,交配后的变化是如何调节生殖事件,确保生育能力的.

麦克唐纳-戈尔茨坦的工作为其他女性射精互动的研究提供了蓝图. 例如, CRE的前博士后研究员Erin McCullough告诉了他们, 现在是马萨诸塞州克拉克大学的生物学助理教授, 前365体育彩票博士.D. 学生Emma 惠廷顿 G ' 19, 奥斯陆大学自然历史博物馆的博士后研究员.

惠廷顿, 事实上, 发现来自女性的蛋白质有助于FRT中的精子组成. 尽管她的发现的确切结果仍在评估中, 他们认为男性和女性都对精子的产生有贡献. “精子的发育超越了男性和女性的生殖道, 需要复杂的分子连续性和两性之间的合作,说年纪, 他补充说,惠廷顿的发现是《365体育彩票》最近一篇封面故事的主题 美国国家科学院院刊.

用手握住显微镜下的标本.

CRE的成员研究了大约150种 果蝇,它们的基因组成与人类相似。.

史诗比例的比较生物学

Zeeshan Syed, CRE第四年博士后研究员, 陶醉于实验室和计算生物学研究. 看看他和CRE的关系 果蝇 进化表现学(DEP)项目, 谁认为生物多样性的进化是无与伦比的.

赛义德是一个研究团队的成员,该团队对150种不同果蝇的25个复杂性状进行了量化. 这些特征包括身体尺寸, 性别的寿命, 生殖衰老的模式, 精子和卵子形态, 求偶和交配行为, 举几个例子. 他说:“这是5000万年以来的工作。.

包括来自康奈尔大学和斯坦福大学的同事, DEP项目旨在对所有150个物种的全基因组进行测序. “很难想象还有比这个项目更大的‘大数据’项目,”Ahmed-Braimah说, 他补充说,这类举措是他这类科学家的“梦想”.

仍然, DEP项目是一个物流实践, 要维持许多不同物种的活的文化,并进行无数的实验来测量它们的不同特征. 赛义德的工作之一是组织一小群大学生的活动. (过去四年里,约有30名生物专业的学生在这个项目上花了1000多个小时.他还负责提供荧光显微镜和形态测量分析方面的个性化培训, 后者用于测量苍蝇精子的长度.

“如果你想进行大数据科学, 你需要准备好领导一个由不同研究人员组成的团队,”赛义德说. “和皮特尼克教授一起工作, Ahmed-Braimah, Dorus和Belote参与DEP项目是一个千载难逢的机会, 让我成为一个全面发展的人, 高度综合的生物学家.”

皮尼克就是其中之一,他喜欢和年轻的研究人员一起工作. 他说:“365体育彩票的本科生好奇、有洞察力、有创造力。. “他们中的许多人都以有意义的方式改进了365体育彩票的研究, 几乎所有人都是多篇论文的合著者.”

举个例子:Pitnick protégé Amaar Asif ' 22是为数不多的为同行评议共同撰写了一篇重要论文的本科生之一 细胞. 主要作者是皮尼克, 谁, 在测量苍蝇精子时, 发现了一种“新的发育机制”,使睾丸小的苍蝇能产生异常长的精子. 对阿西夫来说,为这样的发现做出贡献的机会是革命性的.

365体育彩票的本科生好奇、有洞察力、有创造力. 他们中的许多人都以有意义的方式改进了365体育彩票的研究, 几乎所有人都是多篇论文的合著者.

——scott Pitnick, Weeden生物学教授

365体育彩票对这种机制知之甚少, 而且很少有科学论文引用它,”阿西夫说, 谁获得了学士学位 生物学 而且 神经科学. “这是一个未知的领域.”

学生和教授一起在实验室里工作.

Ph.D. 学生Amisha Agarwala和Dorus, 谁对生物多样性的研究可能为疾病和气候变化提供线索.­

映射未来

CRE正在进行的一个优先任务是了解精子和FRT长度之间的进化联系. 皮尼克在20世纪90年代奠定了研究的基础,当时他发现某些物种的精子 果蝇 它能长到2.5英寸长——比苍蝇本身长20倍,比人类精子长1000倍. 皮特尼克还意识到,随着精子数量的增加和减少, 雌鸟每次交配得到的精子较少. “在某些情况下,每次交配只有几十个精子,”他指出. “这使得果蝇更频繁地交配.”

这里的结论很重要, 高投资的精子有更好的机会穿透FRT有限的存储空间. “制造巨大的精子并不容易——它需要大量的能量,”皮特尼克继续说. “365体育彩票的研究表明,女性的选择和男性的竞争需要双方的大量投入.“因此, CRE致力于弄清楚基因和分子机制在进化意义上是如何共同作用的.

CRE帮助365体育彩票理解生物多样性和365体育彩票在其中的位置, 更不用说人类面临的问题了, 比如疾病和气候变化.

- scott Pitnick, Weeden生物学教授

当然, 过去需要数年才能完成的任务, 就像组装有机体的基因组一样, 现在能在几天或几周内完成吗. 以及对细胞和分子机制的突破性研究, 像Ahmed-Braimah这样的科学家可以以无与伦比的速度和清晰度来探究性状进化. 他目前的研究是365体育彩票女性的变化 果蝇 在交配后发生影响摄食行为的变化, 新陈代谢, 免疫功能和卵细胞的产生依赖于大量的材料和方法.

“因为功能基因组学研究提供了细胞和分子过程的大量信息, 365体育彩票可以获取大量的信息. 这有助于365体育彩票更快地开发可测试的假设,”Ahmed-Braimah说, 计算和进化基因组学家.

Pitnick同意, 就性状本身而言,称赞源于自然和性选择的“难以置信的变异”, 它们的潜在基因和相互作用. “这种变异帮助365体育彩票理解生物多样性和365体育彩票在其中的位置, 更不用说人类面临的问题了, 比如疾病和气候变化,”他总结. 也许部分解决办法是在你的成熟的水果周围飞来飞去的苍蝇.

Rob Enslin

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