Тривимірний друк (3D-друк) - це універсальний процес в тому сенсі, що практично будь-яка частина, яку можна намалювати в програмі CAD, може бути надрукована, принаймні, з певною роздільною здатністю.
Обробка деталі на фрезерному або токарному верстаті, маючи перевагу більшої точності і вибору матеріалу, є трохи менш універсальним процесом, оскільки багато можливих конструкцій, які існують в теорії, ніколи не можуть бути оброблені.
Напіву сферу можна легко надрукувати, але куля ніколи не може бути подрібнена як єдина деталь в напівю сферу - якщо тільки у вас немає фрезерного верстата, досить маленького, щоб поміститися всередині кулі. Але як щодо біологічних частин і цілих тварин? Наскільки універсальним є зростання з точки зору конструкції?
Або наскільки універсальний генетичний код з точки зору його здатності визначати життєздатні «конструкції» тіла? Чи можна повністю закодувати в ДНК будь-яку довільну істоту, таку як, наприклад, дракон? Якщо так, то як могли б виглядати хромосоми і, крім того, чи могли бути різні способи кодування одного і того ж організму?
На жаль, найближчі наближення, які є в літописі скам'янілостей до дракона (ймовірно, вимерлого птерозавра або «жахливої птиці» Бронторніса), не мають легко піддаються секвенуванню геномів.
Тим не менш, у нас є достатньо даних про послідовності того, що може бути найкраще, а саме про їх пернатих нащадків - птахів. Крім вихідної послідовності, що ми дійсно хочемо знати, так це те, як геноми змінюються, щоб розвинути нові форми. Наразі добре відомо, що прості мутації пар підстав або епігенетичні модифікації можуть точно налаштувати побічні ефекти другорядних видів, такі як забарвлення, стійкість до паразитів і адаптація навколишнього середовища, до температури або висоти.
Однак реальні події видоутворення, ті порушення, які дозволяють коду радикально відхилитися від традиційної будови тіла, зазвичай вимагають більш радикального коригування каріотипу.
Іншими словами, будь-яка в даний час стабільна таблиця хромосом повинна бути в достатній мірі порушена великими розривами, злиттями, інверсіями або дупликаціями, щоб вид міг розділитися.
Якщо вони досить значні, ці процеси можуть викликати втрату універсальної сумісності при спарюванні, при якій все новостворене потомство не обов'язково може успішно спарюватися з усім іншим новим потомством. У цьому випадку локальні події зворотного схрещування з батьківськими геномами могли б створити мінімальний пул життєздатного потомства з новою видовою приналежністю.
Для вивчення еволюції геномів птахів курка виявилася безцінною. Через свої великі і легко видобуті яєць курчата також є відмінною моделлю для досліджень розвитку. Одним з найбільш практичних застосувань знань про геном курчат є промислове створення курчат, які можуть бути легко розділені за статтю і за кольором їх оперення.
Щоб не відстати, дослідники пташиного геному в Китаї вирішили заглибитися в геном качки, тому що, за їхніми власними словами, пекінська качка це дивовижна страва. У своїй недавній статті в журналі Gigascience дослідники з Чжецзянського університету в Ханчжоу повідомляють про нове картографування всього геному качки і всіх пов'язаних з ним областей TAD.
Що стосується птахів, то геном качки є проміжним між геномом курча, з одного боку, і геномом ему - з іншого. Що дійсно має значення для еволюції каріотипів, так це секс. Іншими словами, дрібні деталі, які ховаються за походженням великих подій видоутворення, як правило, обертаються навколо особливостей статевих хромосом.
Ці деталі включають, які фрагменти аутосом зливаються при утворенні нових статевих хромосом, їх відносні розміри порівняно з їх компліментом, їх кількість, вміст псевдогена, області повтору і ступінь рекомбінації. У разі качки статеві хромосоми не так сильно гетероморфні, як у курки, і не такі гомоморфні, як у ему.
Гаплоїдний геном пекінської качки становить близько 1,4 Гб з каріотипом з дев'яти пар макрохромосом (chr1-chr8, chrZ/ChrW) і 31 пари мікрохромосом (chr9-chr39). Ці характеристики сильно відрізняються від характеристик більшості ссавців, але досить типові для птахів.
Невеликий загальний розмір генома, система визначення статі Z/W і велика кількість мініхромосом також є ознаками, що іноді зустрічаються у інших видів, таких як рептилії і, можливо, деякі динозаври. Слід зазначити, що птиця і змія Z/W не пов'язані між собою, розвинувшись з різних аутосом.
Система Z/W відрізняється від систем X/Y і X0, в яких сперматозоїд має здатність визначати пол. Плодне яйце контролює секс в системі Z/W, де самці (Z/Z) і самки heterogametic секс (Z/W).
Z-хромосома більша і має більше генів, ніж W, подібно X-хромосомі в системі XY. Цікаво, що саме самці птахів є барвистим, показним типом, в той час як самки птахів часто більш тьмяні і великі.
Оскільки немає спільних генів між пташиними Z/W і ссавцями X/Y хромосомами, обидві системи, ймовірно, мають спільного предка, від якого вони незалежно еволюціонували. Z-хромосома має риси, більш репрезентативні для людської хромосоми 9, ніж X або Y.
Отримання більш глибокого розуміння того, як хромосоми еволюціонують, може спричинити більш пильний погляд на деякі з найбільш екстремальних точок системи, таких як утконос. Це боброво-пташиний ссавець має п'ять окремих пар XY-хромосом і не має прямого відношення до бобрам або качок. При мейозі чоловічих статевих клітин статеві хромосоми утконоса утворюють ланцюжок, пов'язаний між собою гомологічними областями, який в кінцевому рахунку поділяється на XXXXX-сперматозоїди і YYYYY-сперматозоїди.
Найбільш птахоподібна пара в партії, яка має деякий характер Z-хромосоми, з'являється на протилежних кінцях ланцюжка. Додаткові сегменти з меншою гомологією Z розкидані по хромосомах X3 і X5.
З недавнього дослідження геномів утконоса і єхидні дослідники змогли зробити висновок, що наша власна Х-хромосома походить від злиття вихідної терієвої Х-хромосоми з аутосомною областю після дивергенції від сумчастих. Як і у птахів, наші статеві хромосоми були сформовані аналогічним чином шляхом поступового придушення рекомбінації в аутосомах. Цей процес призвів до патерів попарної розбіжності послідовностей між областями визначення статі, які називаються «еволюційними шарами».
Ще одна корисна критична точка на ландшафті геному - це австралійська двоякодишна риба. Недавні дослідження показують, що його геном має довжину понад 43 мільярди пар (у 14 разів більше, ніж у людини), що робить його найбільшим відомим геномом. Багато хромосомів двоякодишних риб кожна окремо більше, ніж весь наш власний геном.
Існують великі міжгенні області та інтрони з високим вмістом повторів лінійних елементів (^ 90%), які мають більше схожості з такими у тетрапод, ніж у лучеперих риб. Схоже, що геном двоякодишної риби все ще росте, продовжуючи розширюватися в своїх активних місцях транспозиції елементів.
Оскільки план тіла двоякодишних риб являє собою важливий перехід для еволюції хребетних, можливо, не дивно, що їхні хромосоми несуть з собою багато додаткової «сировини», незважаючи на величезні накладні витрати під час клітинного циклу і непомірну потребу в нуклеотидах.
Террестріалізація двоякодишних риб включала нову експресію кінцевонадібних патри генів, таких як hoxc133 і sall1, в преадаптованих лопатових плавниках. Дублювання ділянок генів, що кодують поверхнево-активні речовини, дозволило облігатно дихати повітрям, в той час як проліферація генів нюшливих рецепторів дозволила виявити одоранти.
Повертаючись до початкового питання про те, наскільки універсальним може бути процес зростання, а отже, і генетичні коди для створення тварин, корисно згадати концепцію обратимості.
Тоді як будь-який тривимірний намальований об'єкт може бути надрукований, конкретний G-код, який використовується для друку цього об'єкта, не може бути легко передбачений (G-код-це метонімічно встановлена назва серії кодів «Go» для переміщення інструмента). Причина в тому, що для створення одного і того ж об'єкта можна використовувати безліч можливих кодів або шляхів.
Отже, вона не взаємно однозначна і в цьому сенсі не обратима. Однак вона обратима в тому сенсі, що кожен об'єкт має принаймні один G-код, пов'язаний з ним. Але не кожен можливий G-код має реальний об'єкт, пов'язаний з ним. Наприклад, не можна двічі покласти пластик на одне і те ж місце або друкувати в розрідженому повітрі на Землі.
Можна було б припустити, що майже всі теоретичні організми або плани тіла, які можна було б намалювати на комп'ютері, ніколи не могли б бути закодовані в ДНК і вирощені. Звичайно, деякі тварини, які ніколи не з'являлися в викопному літописі, могли б еволюціонувати в майбутньому, враховуючи час і ресурси, але наскільки вони можуть змінитися насправді, перш ніж система зупиниться?
На верхній межі розмірів все стає досить нудним - або гігантські китоподібні циліндри в морі, або незграбні і дивно симетричні гіганти-чотирилапі. Хоча час і ресурси є реальними обмеженнями, найбільшим обмеженням, ймовірно, є сам генетичний код.
