Biologi Universitas — Tahun 3 · Bachelor Year 3

23Genetika Perkembangan dan Evolusi Bentuk

Telur seekor lalat buah panjangnya setengah milimeter, dan dalam tiga jam sesudah pembuahannya, sebelum sebuah selaput sel pun terbentuk di antara keenam ribu intinya, telur itu memutuskan ujung mana yang akan menjadi kepala, mana ekornya, di mana tiap dari empat belas segmennya akan terletak, dan mana di antaranya yang akan mengusung kaki, sayap, atau sungut. Ia melakukannya dengan beberapa lusin gen, yang dinyalakan dalam sebuah hierarki jalur yang makin halus, dengan tiap jalurnya dibaca dari kepekatan produk jalur sebelumnya. Pada tahun 1980 dua ilmuwan muda di Heidelberg menyaring ribuan lalat mutan mencari larva yang bagiannya hilang atau berganda, lalu menemukan seluruh hierarkinya: gen yang hilangnya menghapus sebuah blok segmen, gen yang hilangnya menghapus tiap segmen berselang, gen yang hilangnya memutar tiap segmen ke belakang. Kerja tahun yang sama pada sebuah gen yang mengubah segmen ketiga seekor lalat menjadi sebuah salinan segmen keduanya — yang memberinya empat sayap, seperti dipunyai nenek moyangnya — membuka sehimpunan gen induk yang, ternyata, terletak dalam urutan yang sama sepanjang kromosom seekor mencit dan seorang manusia, lalu mengerjakan tugas yang sama. Bab ini tentang bagaimana sebuah embrio menghitung geometrinya sendiri, bagaimana beberapa ratus gen pengatur membangun tiap tubuh hewan, dan bagaimana mengubah kapan dan di mana gen itu bekerja telah menghasilkan keanekaan bentuk hewan.

23.1 Koordinat lalatnya

Definisi 23.1 (Hierarki segmentasi)

Embrio Drosophila berkembang selama tiga belas pembelahan inti pertamanya sebagai sebuah blastoderma sinsitium, yakni sebuah sel tunggal yang intinya berbagi satu sitoplasma, sehingga proteinnya membaur dengan bebas dari tempat ia dibuat. Empat landaian yang diletakkan sel induknya menetapkan sumbunya: mRNA bicoid ditambatkan pada kutub depannya dan proteinnya membaur ke belakang untuk membentuk sebuah landaian eksponensial dari kepala ke ekornya; mRNA nanos pada kutub belakangnya membuat landaian cerminnya; mRNA hunchback dan caudal seragam, tetapi protein Bicoid menekan penerjemahan caudal dan Nanos menekan hunchback, sehingga proteinnya membentuk landaian pula. Produk pengaruh induk ini, yang fenotipe mutannya bergantung pada genotipe induknya dan bukan embrionya, menyalakan gen senjang (hunchback, Krüppel, knirps, giant) dalam pita yang lebar, dengan masing-masing menanggapi sebuah jangkauan kepekatan Bicoid lalu menekan tetangganya; protein senjangnya, dalam gabungan, menyalakan gen aturan pasangan (even-skipped, fushi tarazu, hairy) dalam tujuh jalur masing-masing, berselang-seling; dan protein aturan pasangannya menyalakan gen kekutuban segmen (engrailed, wingless, hedgehog) dalam empat belas jalur, satu tiap segmennya, yang memancangkan depan dan belakang tiap segmennya lalu dipertahankan, sesudah selnya terbentuk, lewat pengisyaratan di antaranya. Tiga jam, empat tingkat, dari sebuah landaian tunggal menjadi empat belas segmen — dan nama mutannya mencatat penyaringannya: hunchback tidak punya toraks, Krüppel (“lumpuh”) bagian tengahnya, fushi tarazu (“segmennya tidak cukup”) tiap segmen berselang, hedgehog punya sehamparan bulu kejur.

Hierarki segmentasinya. Sebuah landaian induk dibaca menjadi empat pita gen senjang; protein senjangnya, dalam gabungan, menjadi tujuh jalur aturan pasangan; jalur itu menjadi empat belas jalur kekutuban segmen. Tiap jalurnya adalah sebuah batas yang digambar tempat sebuah kepekatan melintasi sebuah ambang.

Teorema 23.2 (Sebuah landaian morfogen dari sintesis, pembauran, dan peluruhan)

Sebuah protein yang dibuat pada satu ujung sebuah jaringan pada laju $J$ (tiap satuan luas), yang membaur dengan koefisien $D$ dan dirombak dengan tetapan laju $k$ , mencapai sebuah keadaan mantap yang di dalamnya kepekatannya sepanjang sumbu $x$ memenuhi

D\,\frac{\mathrm{d}^{2}c}{\mathrm{d}x^{2}} - k\,c = 0, \qquad c(x) = c_{0}\,\mathrm{e}^{-x/\lambda}, \qquad \lambda = \sqrt{D/k}, \quad c_{0} = \frac{J}{\sqrt{Dk}} .

Panjang peluruhan $\lambda$ menetapkan jangkauan landaiannya; sebuah sel membaca kedudukannya dengan membandingkan $c$ dengan ambang — yakni bendera Prancis milik Wolpert (1969): di atas $T_{1}$ biru, antara $T_{1}$ dan $T_{2}$ putih, di bawahnya merah — dan batas bagi ambang $T$ terletak pada $x_{T} = \lambda\ln(c_{0}/T)$ . Dua akibatnya: melipatduakan sumbernya menggeser tiap batasnya ke belakang sebesar $\lambda\ln 2$ yang sama, dan sebuah galat pecahan $\delta c/c$ pada pembacaan kepekatannya adalah sebuah galat kedudukan $\delta x = \lambda\,\delta c/c$ , sehingga sebuah landaian dapat menaruh sebuah batas sampai dalam satu sel hanya bila selnya membacanya sampai dalam beberapa persen. Bicoid punya $\lambda \approx 100\,\text{µ}\mathrm{m}$ pada sebuah telur $500\,\text{µ}\mathrm{m}$ : landaiannya merentang sebuah faktor $\mathrm{e}^{5} \approx 150$ , dan batas hunchback-nya duduk di tengah telurnya tempat Bicoid telah turun menjadi sekitar seperdua belas puncaknya.

Bukti. Kekekalan di dalam sebuah lempeng antara $x$ dan $x + \mathrm{d}x$ : aliran masuk pembauran neto $D\,\partial^{2}c/\partial x^{2}$ mengimbangi perombakannya $kc$ pada keadaan mantap, yang memberi persamaannya; penyelesaiannya yang terbatas ketika $x \to \infty$ adalah eksponensial yang meluruh dengan $\lambda^{2} = D/k$ . Sumbernya: fluks pembauran pada $x = 0$ , yakni $-D\, c'(0) = Dc_{0}/\lambda$ , sama dengan $J$ , sehingga $c_{0} = J\lambda/D = J/\sqrt{Dk}$ . Ambangnya: $c_{0}\mathrm{e}^{-x_{T}/\lambda} = T$ memberi $x_{T}$ ; melipatduakan $c_{0}$ menambahkan $\lambda\ln 2$ pada tiap $x_{T}$ tanpa memedulikan $T$ . Galatnya: dengan menurunkan $x_{T} = \lambda\ln(c_{0}/c)$ , $\delta x = -\lambda\,\delta c/c$ . Keadaan mantapnya dicapai pada skala waktu $1/k$ , yang bagi Bicoid ( $50\,\mathrm{min}$ ) sebanding dengan dua jam yang tersedia, sehingga landaiannya dibaca ketika masih menetap. ∎

Bendera Prancis yang digambar sebuah eksponensial. Ambang pada satu landaian membagi telurnya menjadi beberapa daerah; sebuah sumber yang lebih kuat memindahkan semua batasnya ke belakang sejauh yang sama, dan itulah yang ditunjukkan embrio dari induk yang bersalinan bicoid tambahan. — Bendera Prancis yang digambar sebuah eksponensial. Ambang pada satu landaian membagi telurnya menjadi beberapa daerah; sebuah sumber yang lebih kuat memindahkan semua batasnya ke belakang sejauh yang sama, dan itulah yang ditunjukkan embrio dari induk yang bersalinan *bicoid* tambahan.

Bukti eksperimental. Nüsslein-Volhard dan Wieschaus (1980) memberi lalat sebuah mutagen, membiakkan keturunannya sampai homozigot, lalu melihat kutikula sekitar $27\,000$ larva yang mati di bawah mikroskop mencari pola yang hilang atau berulang: sekitar seratus dua puluh gen, yang dipilah menurut fenotipenya menjadi kelas senjang, aturan pasangan, dan kekutuban segmen — yakni sebuah hierarki yang terlihat sebelum molekul mana pun dikenal. Driever dan Nüsslein-Volhard (1988) mewarnai embrio bagi protein Bicoid lalu melihat landaian eksponensialnya dari kutub depannya; embrio dari induk dengan satu, dua, empat, atau enam salinan gennya punya landaian yang tingginya sebanding, lalu lipatan kepalanya dan batas hunchback-nya bergerak ke belakang seiring dosisnya, sebagaimana diramalkan model ambangnya dan kira-kira sebesar $\lambda\ln 2$ tiap penggandaan yang dituntutnya. Menyuntikkan mRNA bicoid ke tengah sebuah telur menghasilkan sebuah kepala di sana. ∎

Kiri: sebuah embrio sinsitium yang diwarnai bagi protein Bicoid, paling terang pada kutub depannya lalu memudar secara eksponensial ke arah belakangnya. Kanan: sebuah embrio sejam kemudian yang diwarnai bagi sebuah protein aturan pasangan, tujuh jalur yang digambar dari pita gen senjangnya.

23.2 Jati diri: gen Hox

Definisi 23.3 (Gen homeotik dan kolinearitas)

Sebuah mutasi homeotik mengubah satu bagian tubuh menjadi bagian lain: itulah kata Bateson (1894) bagi kelainan yang “menyulih satu anggota sebuah deret dengan anggota lain.” Pada lalatnya, mutan dominan Antennapedia menumbuhkan kaki di tempat sungutnya seharusnya; mutan bithorax (Lewis, 1978) mengubah segmen toraks ketiganya menjadi sebuah salinan yang kedua, sehingga penyeimbangnya (halter) menjadi sepasang sayap yang kedua. Kedelapan gen yang bertanggung jawab, yakni gen Hox, terletak dalam dua gugusan pada satu kromosom, dan Lewis memperhatikan bahwa urutannya sepanjang DNA-nya memadani urutan sepanjang tubuh segmen yang dikendalikannya — itulah kolinearitas, yang masih belum sepenuhnya terjelaskan. Masing-masing menyandi sebuah faktor transkripsi dengan domain pengikat DNA homeobox beranggota 60 asam amino yang sama (McGinnis, Gehring, 1984), yang lalu ditemukan pada tiap hewan: mencit dan manusia mengusung empat gugusan berisi tiga belas gen masing-masing, yang kolinear dengan cara yang sama, yang diungkapkan dalam ranah bersarang sepanjang sumbu tubuhnya, dengan gen yang lebih belakang pada gugusannya lebih ke belakang. Jati diri sebuah sel sepanjang sumbunya diberikan oleh gabungan gen Hox yang diungkapkannya, yakni sandi Hox; gen belakangnya menguasai gen depannya (keunggulan belakang), sehingga kehilangan sebuah gen belakang membuat segmennya mengambil jati diri segmen di depannya. Gen Hox tidak membangun sebuah segmen; mereka memberi tahu sebuah segmen yang sudah terbangun ia yang mana, dengan menyalakan baterai gen hilir yang cocok bagi sebuah kaki, sebuah sayap, sebuah rusuk, atau sebuah ruas tulang belakang pinggang.

Gugusan Hox pada seekor lalat dan seekor mencit. Gennya terletak sepanjang DNA-nya dalam urutan daerah tubuh yang ditentukannya, pada kedua hewannya, dan gen homolognya dapat dikenali lewat urutannya: sebuah gen Hoxb6 mencit dapat dikenali sebagai Antennapedia milik lalatnya. — Gugusan Hox pada seekor lalat dan seekor mencit. Gennya terletak sepanjang DNA-nya dalam urutan daerah tubuh yang ditentukannya, pada kedua hewannya, dan gen homolognya dapat dikenali lewat urutannya: sebuah gen *Hoxb6* mencit dapat dikenali sebagai *Antennapedia* milik lalatnya.

Bukti eksperimental. Lewis (1978) memetakan kompleks bithorax sebagai sebuah deret mutasi yang masing-masing mengubah satu segmen menjadi segmen di depannya, yang tersusun pada kromosomnya dalam urutan tubuhnya, lalu mengusulkan bahwa gennya diaktifkan berurutan sepanjang sumbunya. McGinnis dan rekannya (1984) menemukan homeoboxnya lewat hibridisasi silang antara Antennapedia dan Ultrabithorax lalu pada katak dan mencit. Kesetaraan fungsinya ditunjukkan langsung: sebuah gen Hoxb6 mencit yang diungkapkan pada seekor lalat menghasilkan fenotipe Antennapedia, yakni kaki dari sungut (dasawarsa 1990-an); seekor mencit tanpa Hoxc8 punya sebuah rusuk tambahan pada ruas tulang belakang pinggang pertamanya, dengan segmennya mengambil jati diri segmen di depannya; dan mengubah batas pengungkapan Hox pada ayam dan mencit menggeser kedudukan tempat anggota depannya terbentuk, dengan panjang leher seekor angsa dipadani sebuah geseran ke belakang batas yang sama. ∎

Kiri: kepala seekor lalat mutan Antennapedia, sepasang kaki di tempat sungutnya seharusnya — segmennya terbangun dengan benar lalu diberi tahu jati diri yang salah. Kanan: rangka sebuah embrio mencit, dengan tulang rawannya biru dan tulangnya merah, yakni ruas tulang belakang yang sepanjangnya sandi Hox dibaca. — Kiri: kepala seekor lalat mutan *Antennapedia*, sepasang kaki di tempat sungutnya seharusnya — segmennya terbangun dengan benar lalu diberi tahu jati diri yang salah. Kanan: rangka sebuah embrio mencit, dengan tulang rawannya biru dan tulangnya merah, yakni ruas tulang belakang yang sepanjangnya sandi Hox dibaca.

23.3 Membangun seekor vertebrata

Definisi 23.4 (Penata dan pusat pengisyaratan)

Embrio vertebrata bersel sejak awalnya, sehingga landaiannya dibuat protein yang disekresikan alih-alih pembauran sebuah sinsitium, dan beberapa keluarga yang sama mengerjakan segalanya: Wnt, Hedgehog, BMP dan kerabat TGF- $\beta$ lain, FGF, Notch, serta asam retinoat. Spemann dan Mangold (1924) mencangkokkan sepotong bibir punggung sebuah gastrula kadal air ke perut kadal air lain lalu memperoleh sebuah embrio kedua, dari kepala sampai ekor, yang terbuat kebanyakan dari sel inangnya: cangkoknya adalah sebuah penata, yang mengimbas tetangganya untuk membentuk sebuah sistem saraf dan sumbu, dan molekulnya ditemukan tujuh puluh tahun kemudian berupa penentang yang disekresikan (Chordin, Noggin) yang menghalangi BMP, yang ketiadaannya membuat ektodermanya menjadi saraf — yakni keadaan bawaannya. Tabung sarafnya lalu dipola dari punggung ke perut oleh sonic hedgehog dari notokorda dan pelat lantainya (tinggi: neuron motorik; rendah: interneuron) melawan BMP dari atapnya; dan tunas anggota badannya oleh dua pusat, yakni zona keaktifan pengutuban pada tepi belakangnya yang menyekresikan Shh (cangkoknya ke tepi depannya memberi sebuah penggandaan cermin jari-jarinya, yakni enam jari yang bertemu ibu jari lawan ibu jari) dan rabung ektoderma apikal pada pucuknya yang menyekresikan FGF yang menjaga sel di bawahnya tetap membelah lalu menentukan urutan dari dekat ke jauh tulang lengan atas, lengan bawah, dan tangannya. Pencangkokan, pembuangan, dan manik yang direndam protein tetap menjadi perkakasnya; logikanya — sebuah sumber setempat, sebuah landaian, ambang, sebuah sandi faktor transkripsi — adalah logika lalatnya.

Kedua pusat pengisyaratan tunas anggota badannya. Sonic hedgehog dari tepi belakangnya memberi tahu selnya harus menjadi jari yang mana; FGF dari pucuknya memberi tahu seberapa jauh mereka sepanjang anggota badannya. Cangkok yang memindahkan sebuah pusat memindahkan polanya bersamanya.

Proposisi 23.5 (Pola yang timbul sendiri: mekanisme Turing)

Tidak setiap pola dibaca dari sebuah landaian yang sudah ada. Turing (1952) menunjukkan bahwa dua zat yang membaur yang bereaksi — sebuah pengaktif yang merangsang produksinya sendiri dan produksi sebuah penghambat, dan sebuah penghambat yang menekan pengaktifnya lalu membaur jauh lebih cepat — dapat mengubah sebuah medan yang seragam menjadi sebuah larik puncak yang teratur dengan sendirinya: sebuah kelebihan pengaktif setempat yang kecil tumbuh lewat peningkatan diri sementara penghambat yang dihasilkannya menyebar keluar lalu mencegah puncak baru terbentuk di dekatnya, sehingga puncaknya muncul pada sebuah jarak yang ditetapkan jangkauan penghambatnya, $\lambda \sim \sqrt{D_{\text{inh}}/k_{\text{inh}}}$ , dan bukan oleh koordinat luar mana pun. Mekanismenya, yang matematikanya diakui saja di sini, adalah keterangan terbaik bagi bintik dan jalur mantel hewan, jarak folikel rambut dan tunas bulunya, rabung langit-langitnya, jari tangannya (yang cacahnya naik ketika panjang gelombang polanya dipendekkan dengan menurunkan keaktifan Hox), serta jalur ikan zebra, yang selnya yang saling berinteraksi — yakni sel pigmen yang menolak tetangga dari satu jenis lalu menarik tetangga dari jenis lain pada sebuah jarak — telah dikenali dan jalurnya dibuat terbentuk ulang sesudah pembuangan laser tepat seperti yang diramalkan teorinya.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

23.4 Evolusi bentuk

Definisi 23.6 (Evo-devo: perkakas dan sakelar)

Gen yang membangun hewan adalah sebuah perkakas yang purba dan dipakai bersama: beberapa ratus faktor transkripsi dan jalur pengisyaratan yang hadir pada nenek moyang bersama semua hewan, dan keanekaan hewan datang kebanyakan dari perubahan pada kapan, di mana, dan seberapa banyak gen itu diungkapkan alih-alih pada apa yang disandinya. Homologi dalam: gen Pax6 mengarahkan pembentukan mata pada lalat, cumi-cumi, dan mencit, yang matanya tidak homolog sebagai organ — sebuah Pax6 mencit yang diungkapkan pada kaki seekor lalat membuat sebuah mata lalat yang salah tempat di sana (Halder, Gehring, 1995). Evolusi pengatur-sis: hilangnya duri panggul pada ikan duri air tawar adalah penghapusan satu penggalak gen Pitx1, dengan proteinnya tak tersentuh dan masih melayani di tempat lain; hilangnya bintik sayap pada sebagian lalat buah adalah sebuah perubahan pada sebuah penggalak yellow; hilangnya kaki pada ular adalah sebuah penggalak sonic hedgehog yang rusak pada anggota badannya. Geseran Hox: batas pengungkapan Hoxc6 menandai ruas tulang belakang toraks pertama pada mencit, ayam, angsa, dan ular sama saja, pada ruas 7, 14, 23, dan 3; hilangnya kaki perut pada serangga adalah protein Hox Ubx yang memperoleh sebuah ranah penekan yang mematikan gen kaki Distal-less, yang pada krustasea ia tidak melakukannya. Heterokroni, yakni sebuah perubahan pada waktu sebuah acara perkembangan, menjadikan aksolotl sebuah larva yang tetap dan wajah manusia wajah sebuah kera muda. Pertanyaan lama tentang bagaimana bentuk baru timbul menjadi sebuah pertanyaan tentang DNA pengatur: kebanyakan genom yang berarti bagi bentuknya bukanlah gen melainkan sakelar.

Contoh 23.7 (Empat sayap)

Nenek moyang lalat punya empat sayap, seperti masih dipunyai capung dan lebah; lalat punya dua, dengan pasangan belakangnya menyusut menjadi penyeimbangnya. Pada lalat, Ultrabithorax diungkapkan pada segmen toraks ketiganya lalu menekan acara sayapnya di sana — sekitar seratus gen sasaran, dengan sebuah halter berupa sebuah sayap dengan gen itu dimatikan. Lalat mutan rangkap tiga milik Lewis, yang tidak punya fungsi Ubx pada segmen ketiganya, menumbuhkan sepasang sayap kedua: bukan sebuah struktur baru melainkan pelepasan sebuah struktur lama. Pada kupu-kupu, Ubx diungkapkan pada sayap belakangnya pula, dan di sana ia tidak menekan sayapnya melainkan mengubah polanya: protein yang sama, sehimpunan sasaran yang berbeda. Empat ratus juta tahun evolusi diptera berporos pada keputusan satu gen pada satu segmen, dan sebuah mutasi tunggal membatalkannya dalam satu angkatan — dan itulah sebabnya sejarah bentuknya terbaca pada gen yang membangunnya.

Catatan 23.8 (Geometri dari kimia)

Sebuah embrio tidak punya cetak biru dan tidak punya juru ukur. Ia punya beberapa landaian yang dibuat lewat pembauran dan peluruhan, sel yang membacanya terhadap ambang lalu menyalakan faktor transkripsi, serta sebuah sandi faktor itu yang memberi tahu tiap daerahnya harus menjadi apa; ia punya penata setempat yang mengimbas tetangganya, dan reaksi yang memola dirinya sendiri. Matematikanya adalah matematika kinetika orde satu dan pembauran — sebuah eksponensial, sebuah akar kuadrat, sebuah ambang — dan ia menjelaskan bukan hanya bagaimana kepala seekor lalat ditaruh melainkan mengapa melipatduakan sebuah gen menggeser sebuah batas sejauh yang tetap, mengapa enam jari muncul ketika sebuah isyarat digandakan, dan mengapa seekor ular punya tiga ratus rusuk. Evolusi menyunting sakelarnya, bukan mesinnya: perkakas sebuah bunga karang dan seorang manusia nyaris sama, dan yang berbeda adalah perangkaiannya.

23.5 Latihan

Latihan 23.1 ★

Namailah keempat tingkat hierarki segmentasi lalatnya, satu gen tiap tingkatnya, dan fenotipe mutan yang menaruhnya di kelasnya.

Solusi

Solusi Latihan 23.1.

Pengaruh induk: bicoid, dengan embrio dari induk mutan tidak punya kepala dan toraks. Senjang: Krüppel, dengan sebuah blok segmen yang bersambungan hilang. Aturan pasangan: fushi tarazu (atau even-skipped), dengan tiap segmen berselang hilang. Kekutuban segmen: hedgehog (atau engrailed), dengan sebagian tiap segmennya digantikan sebuah bayangan cermin sisanya.

Latihan 23.2 ★

Apa itu sebuah gen pengaruh induk? Seekor betina yang homozigot bagi sebuah mutasi nol bicoid dikawinkan dengan seekor jantan liar: perikanlah embrionya lalu jelaskanlah mengapa genotipenya sendiri tidak menyelamatkannya.

Solusi

Solusi Latihan 23.2.

Sebuah gen yang produknya ditaruh di dalam telurnya oleh induknya, sehingga fenotipe embrionya mengikuti genotipe induknya. Embrionya tidak punya kepala dan toraks lalu mengusung struktur belakang pada kedua ujungnya; mereka mati. Alel liar dari ayahnya ada di dalam zigotnya, tetapi mRNA bicoid dibuat selama oogenesisnya oleh sel perawat induknya lalu ditambatkan pada kutubnya sebelum pembuahannya; salinan zigotnya sendiri akan ditranskripsi berjam-jam kemudian, sesudah waktu landaiannya berlalu.

Latihan 23.3 ★

Nyatakanlah kolinearitas dan keunggulan belakang. Ramalkanlah fenotipe seekor mencit tanpa Hoxc8 dan seekor lalat yang mengungkapkan Antennapedia di kepalanya.

Solusi

Solusi Latihan 23.3.

Kolinearitas: urutan gen Hox sepanjang kromosomnya memadani urutan ranah pengungkapannya sepanjang tubuhnya. Keunggulan belakang: tempat beberapa di antaranya diungkapkan, yang paling belakanglah yang menetapkan jati dirinya. Seekor mencit tanpa Hoxc8 menunjukkan sebuah perubahan ke arah depan — ruas tulang belakang pinggang pertamanya mengambil jati diri sebuah ruas toraks lalu mengusung sebuah rusuk. Antennapedia di kepalanya mengubah sungutnya menjadi kaki, yakni jati diri segmen toraks keduanya.

Latihan 23.4 ★

Apa yang ditunjukkan cangkok Spemann–Mangold, dan ternyata apa molekul penatanya? Mengapa nasib saraf disebut “bawaan”?

Solusi

Solusi Latihan 23.4.

Sebuah bibir punggung yang dicangkokkan mengimbas sebuah sumbu kedua yang lengkap yang terbuat kebanyakan dari sel inangnya: cangkoknya memerintah tetangganya — yakni sebuah penata. Molekulnya adalah penentang BMP yang disekresikan (Chordin, Noggin, Follistatin). Ektodermanya menjadi saraf ketika pengisyaratan BMP-nya tidak ada dan menjadi epidermis ketika BMP-nya hadir, sehingga saraf adalah apa yang dikerjakan ektodermanya ketika tidak diberi tahu apa-apa: penatanya bekerja dengan membungkam sebuah perintah.

Latihan 23.5 ★★

Bicoid: $D = 4\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$ , paruh hidup $35\,\mathrm{min}$ . Hitunglah $k$ , $\lambda$ , dan nisbah kepekatan pada kutub depannya dan di tengah telurnya ( $250\,\text{µ}\mathrm{m}$ ).

Solusi

Solusi Latihan 23.5.

$k = \ln 2/(35\times 60) = 3.3 \times 10^{-4}\,\mathrm{s}^{-1}$ ; $\lambda = \sqrt{4/ 3.3\times 10^{-4}} = 110\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; nisbahnya $\mathrm{e}^{250/110} = \mathrm{e}^{2.27} = 9.7$ .

Latihan 23.6 ★★

Dengan $\lambda = 100\,\text{µ}\mathrm{m}$ , sebuah batas duduk pada $240\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Di mana ia duduk bila induknya mengusung empat salinan bicoid alih-alih dua? Satu salinan? Nyatakanlah geserannya sebagai sebuah pecahan sebuah telur $500\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

Solusi

Solusi Latihan 23.6.

Empat salinan melipatduakan $c_{0}$ : batasnya bergerak ke belakang sebesar $\lambda\ln 2 = 69\,\text{µ}\mathrm{m}$ ke $309\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; satu salinan membagi duanya: ke depan sebesar $69\,\text{µ}\mathrm{m}$ ke $171\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Tiap geserannya $14\,\%$ panjang telurnya — lebih besar daripada yang teramati, yang dengan sendirinya menjadi bukti bagi mekanisme yang meredam kebergantungan dosisnya.

Latihan 23.7 ★★

Inti pada blastodermanya berjarak $8\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Untuk menaruh sebuah batas sampai dalam satu inti dengan $\lambda = 100\,\text{µ}\mathrm{m}$ , seberapa cermat sebuah inti harus membaca kepekatan Bicoidnya? Bila intinya mencacah molekul sepanjang sebuah waktu $\tau$ dan cacahnya Poisson, berapa banyak yang harus dicacahnya?

Solusi

Solusi Latihan 23.7.

$\delta x = \lambda\,\delta c/c$ : bagi $8\,\text{µ}\mathrm{m}$ , $\delta c/c = 8/100 = 8\,\%$ . Sebuah cacahan Poisson $N$ punya galat nisbi $1/\sqrt{N}$ , sehingga $N = 1/0.08^{2} \approx 160$ molekul harus dicacah — yakni beberapa persen molekul yang hadir di dalam sebuah inti, atau sebuah cacahan tunggal yang diintegralkan sepanjang waktu.

Latihan 23.8 ★★

Landaiannya mendekati keadaan mantap pada skala waktu $1/k$ . Dengan sebuah paruh hidup $35\,\mathrm{min}$ , berapa pecahan kepekatan keadaan mantapnya yang tercapai pada $60\,\mathrm{min}$ , $90\,\mathrm{min}$ , dan $120\,\mathrm{min}$ ? Apa yang disiratkannya bagi sebuah embrio yang harus membaca landaiannya pada $150\,\mathrm{min}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 23.8.

$k = \ln 2/35 = 0.0198\,\mathrm{min}^{-1}$ : $1 - \mathrm{e}^{-kt}$ memberi $0.70$ pada $60\,\mathrm{min}$ , $0.83$ pada $90\,\mathrm{min}$ , $0.91$ pada $120\,\mathrm{min}$ , $0.95$ pada $150\,\mathrm{min}$ . Landaiannya masih naik beberapa persen selagi dibaca, yang akan menggeser sebuah batas sebesar $\lambda\ln(1/0.9) \approx 10\,\text{µ}\mathrm{m}$ , yakni sekitar satu inti, sepanjang jendela pembacaannya: embrionya harus entah membaca pada sebuah waktu yang tetap atau memakai sebuah pembacaan yang tak peka pada aras keseluruhannya.

Latihan 23.9 ★★

Sebuah ZPA dicangkokkan ke tepi depan sebuah tunas anggota badan ayam. Ramalkanlah pola jarinya, dan polanya bila justru sebuah manik yang melepaskan dosis rendah Shh ditanamkan di sana.

Solusi

Solusi Latihan 23.9.

Sebuah ZPA kedua memberi sebuah penggandaan cermin, 4-3-2-2-3-4: sel depannya kini melihat Shh yang tinggi lalu menjadi jari belakang. Sebuah manik yang melepaskan sedikit Shh memberi sebuah penggandaan sebagian — yakni sebuah jari 2 depan tambahan, katakanlah 2-2-3-4 — sebab sel depannya melihat hanya kepekatan rendah yang menentukan jari 2.

Latihan 23.10 ★★★

Sebuah morfogen dibuat di seluruh sebuah jaringan sepanjang $L$ pada laju $s$ tiap satuan volume, dirombak pada laju $k$ , lalu dimusnahkan pada batas $x = L$ (sebuah sumur penyerap), tanpa fluks pada $x = 0$ . Selesaikanlah $Dc'' - kc + s = 0$ bagi $c(x)$ lalu sketsalah. Bagaimana bentuk landaian ini berbeda dari hal sumber-pada-satu-ujungnya, dan apa yang terjadi ketika $L \ll \lambda$ ?

Solusi

Solusi Latihan 23.10.

Penyelesaian khususnya $s/k$ ; penyelesaian homogennya $\cosh(x/\lambda)$ , $\sinh(x/\lambda)$ ; tanpa fluks pada $0$ mematikan $\sinh$ -nya; $c(L) = 0$ menetapkan amplitudonya: $c(x) = (s/k)\bigl[1 - \cosh(x/\lambda)/\cosh(L/\lambda)\bigr]$ . Tampangnya sebuah dataran dekat $x = 0$ yang jatuh ke nol di dalam sebuah lapisan batas selebar $\lambda$ pada sumurnya — bukan sebuah eksponensial dari sebuah titik, melainkan sebuah medan yang rata dengan sebuah tepi; kepekatan tertingginya paling jauh dari sumurnya. Bagi $L \ll \lambda$ , $\cosh u \approx 1 + u^{2}/2$ dan $c \approx s(L^{2} - x^{2})/(2D)$ : yakni sebuah parabola yang tak bergantung pada $k$ , sebab molekulnya mencapai sumurnya sebelum dapat meluruh.

Latihan 23.11 ★★★

Dua ambang pada $T_{1} = 0.3c_{0}$ dan $T_{2} = 0.08c_{0}$ membagi sebuah landaian menjadi tiga daerah. Tunjukkanlah bahwa lebar kedua daerah pertamanya tidak bergantung pada $c_{0}$ , lalu jelaskanlah mengapa sebuah embrio yang panjangnya beragam antarindividu ( $450\,$ sampai $550\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) memerlukan sesuatu yang lebih daripada sebuah eksponensial tunggal untuk menskalakan polanya. Usulkanlah satu mekanisme.

Solusi

Solusi Latihan 23.11.

$x_{1} = \lambda\ln(1/0.3) = 1.20\lambda$ dan $x_{2} = \lambda\ln(1/0.08) = 2.53\lambda$ : daerah pertamanya selebar $1.20\lambda$ , yang kedua $1.32\lambda$ , keduanya tak bergantung pada $c_{0}$ , yang menggesernya bersama-sama. Daerah ketiganya, $L - 2.53\lambda$ , menyerap semua keragaman panjang telurnya: pada sebuah telur $450\,\text{µ}\mathrm{m}$ dengan $\lambda = 100\,\text{µ}\mathrm{m}$ abdomennya $197\,\text{µ}\mathrm{m}$ , pada sebuah telur $550\,\text{µ}\mathrm{m}$ $297\,\text{µ}\mathrm{m}$ — polanya tidak terskala. Mekanismenya: sebuah landaian kedua dari kutub belakangnya (Nanos, Caudal, atau sistem ujungnya) yang dibaca bersama Bicoidnya, sehingga kedudukannya dipancangkan nisbahnya; atau sebuah molekul “pemuai” yang dibuat tempat morfogennya rendah yang memanjangkan $\lambda$ sampai landaiannya mengisi telurnya.

Latihan 23.12 ★★★

Ikan duri kehilangan duri panggulnya dengan menghapus sebuah penggalak Pitx1, ular kehilangan anggota badannya dengan merusak sebuah penggalak sonic hedgehog. Jelaskanlah mengapa perubahan pengatur alih-alih perubahan penyandi yang menjadi jalan lazim menuju sebuah struktur yang hilang atau berubah, menurut pleiotropi dan menurut apa yang dikerjakan protein yang sama di tempat lain.

Solusi

Solusi Latihan 23.12.

Sebuah perubahan penyandi mengubah proteinnya di mana pun ia bekerja: Pitx1 juga membangun hipofisis dan rahangnya, sonic hedgehog juga memola tabung saraf, usus, dan giginya, sehingga sebuah protein yang rusak mematikan atau melumpuhkan secara pleiotropis. Sebuah penggalak menggerakkan pengungkapan di satu jaringan pada satu waktu; menghapusnya menyingkirkan struktur yang akan dibangun jaringan itu lalu membiarkan tiap kegunaan lain proteinnya utuh. Penggalaknya modular dan kerap sebagian berlebihan, sehingga langkah antaranya dapat hidup, dan jalan yang sama — sebuah sakelar yang hilang — telah ditempuh secara mandiri di banyak danau ikan duri.

23.6 Soal: Bendera Prancis

Soal 23.1

Soal akhir pekan — sistem koordinat sebuah telur yang dihitung dari kinetika orde satu: panjang landaian Bicoidnya, sumbernya dan waktu pembentukannya, batas yang digambarnya dan kecermatannya, apa yang dilakukan dosis gen dan ukuran telurnya terhadapnya, serta sandi Hox yang dibaca di hilirnya, berakhir pada panjang peluruhannya, geseran tiap penggandaannya, dan kecermatan kedudukannya

Data: panjang telur $500\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; Bicoid $D = 4\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$ , paruh hidup $35\,\mathrm{min}$ ; fluks sumbernya sedemikian sehingga $c_{0} = 50\,\mathrm{nM}$ dengan dua salinan induk; jarak inti $8.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ pada daur 14; ambang $T_{1} = 0.3\,c_{0}$ (kepala/toraks) dan $T_{2} = 0.08\,c_{0}$ (batas hunchback) bagi hal dua salinannya. Derau pembacaan $\delta c/c = 0.1$ bagi sebuah inti tunggal. Bilangan Avogadro $6 \times 10^{23}\,$ ; sebuah inti adalah sebuah bola berjejari $3\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

Bagian I — Landaiannya.

Hitunglah $k$ dari paruh hidupnya, dalam $\mathrm{s}^{-1}$ , dan umurnya $1/k$ dalam menit.
Hitunglah $\lambda = \sqrt{D/k}$ dalam mikrometer. Berapa panjang peluruhan telurnya?
Kepekatannya turun sebesar faktor berapa dari kutub ke kutub? Sebesar faktor berapa sepanjang satu jarak inti di tengah telurnya?
Hitunglah fluks sumbernya $J = c_{0}\sqrt{Dk}$ dalam $\mathrm{nM}\,\text{µ}\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-1}$ , dan cacah molekul yang memasuki sepetak $1\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ kutub depannya tiap detik.
Berapa cacah molekul Bicoid di dalam sebuah inti pada kutubnya ( $c_{0}$ ) dan di tengah telurnya?
Berapa pecahan keadaan mantap yang tercapai pada $60\,\mathrm{min}$ dan $120\,\mathrm{min}$ ( $1 - \mathrm{e}^{-kt}$ )? Apakah landaiannya mantap ketika batasnya digambar, pada sekitar $120\,\mathrm{min}$ ?

Bagian II — Batasnya.

Kedudukan kedua batasnya, dalam $\text{µ}\mathrm{m}$ dan sebagai pecahan panjang telurnya.
Induknya punya empat salinan: berapa $c_{0}$ barunya, dan berapa kedua kedudukan batasnya? Masing-masing bergerak sejauh berapa? Enam salinan?
Satu salinan: berapa kedudukannya? Daerah mana yang tumbuh, mana yang menyusut?
Berapa galat kedudukan dari sebuah derau pembacaan $10\,\%$ , dalam mikrometer dan dalam jarak inti?
Bila galatnya harus satu inti, kecermatan pembacaan berapa yang diperlukan? Bila intinya merata-rata atas $n$ pembacaan yang bebas dan deraunya turun sebagai $1/\sqrt{n}$ , berapa banyak pembacaannya?
Sebuah inti pada batas hunchback-nya memuat cacah yang dihitung pada pertanyaan 5. Berapa derau Poisson $1/\sqrt{N}$ sebuah cacahan seketika yang tunggal? Bandingkanlah dengan $10\,\%$ lalu berilah ulasan.

Bagian III — Penskalaan dan ketangguhan.

Telurnya beragam dari $450\,$ sampai $550\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Bila $\lambda$ dan $c_{0}$ terpancang, di mana batas hunchback-nya jatuh sebagai sebuah pecahan panjang telurnya pada masing-masing? Apakah polanya terskala?
Andaikanlah justru $D$ berskala sebagai $L^{2}$ (dengan umur yang sama, tetapi sebuah sumber yang sebarannya tumbuh bersama telurnya). Tunjukkanlah bahwa $\lambda/L$ lalu tetap dan polanya terskala. Masuk akalkah ini?
Gen hunchback menanggapi Bicoid dengan sebuah koefisien Hill $5$ : pengungkapannya adalah $c^{5}/(c^{5} + T^{5})$ . Sepanjang berapa mikrometer pengungkapannya beranjak dari $10\,\%$ ke $90\,\%$ di sekitar batasnya? Bandingkanlah dengan satu jarak inti.
Jelaskanlah mengapa sebuah tanggapan yang curam menajamkan sebuah batas tetapi tidak dengan sendirinya memangkas galat kedudukan yang disebabkan derau kepekatannya.
Penekanan timbal balik antara gen senjang menajamkan dan memantapkan batasnya. Berhujahlah dalam sebuah kalimat mengapa dua gen yang saling menekan tidak dapat kedua-duanya menyala di dalam inti yang sama pada keadaan mantap.
Suhu menaikkan $D$ sebesar $2\,\%$ dan $k$ sebesar $6\,\%$ tiap derajat. Berapa perubahan $\lambda$ tiap derajat, dan berapa geseran batasnya bagi sebuah ruangan yang $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ lebih hangat? Mengapa embrio mungkin memerlukan sebuah mekanisme pengimbang?

Bagian IV — Jati diri.

Sandi Hox: dengan delapan gen Hox lalat yang masing-masing menyala atau mati, berapa banyak sandi yang mungkin? Berapa banyak yang dipakai (empat belas segmen)? Mengapa keunggulan belakang memangkas cacah mujarabnya?
Seekor lalat tidak punya Ubx pada segmen toraks ketiganya. Segmennya menjadi apa, dan mengapa hasilnya empat sayap dan bukan sebuah struktur baru?
Batas Hoxc6 seekor mencit terletak pada ruas tulang belakang 7, milik seekor angsa pada 23. Apa yang diramalkannya tentang lehernya, dan apa yang berubah pada evolusinya: gennya, atau pengungkapannya?
Sebuah cangkok ZPA memberi jari 4-3-2-2-3-4. Jelaskanlah polanya dari dua landaian Shh yang bertemu di tengahnya.
Halder dan Gehring mengungkapkan Pax6 mencit pada kaki seekor lalat lalu memperoleh sebuah mata lalat di sana. Apa yang ditunjukkannya tentang gennya, dan apa yang tidak ditunjukkannya tentang mata lalat dan mencit?
Jari keenam: memendekkan panjang gelombang Turing menambahkan sebuah jari. Dengan lima jari melintasi sebuah lempeng tangan $2\,\mathrm{mm}$ , perubahan panjang gelombang berapa yang memberi enam? Parameter mana dari sistem reaksi–pembaurannya yang akan menghasilkannya?
Ringkaslah: $\lambda$ (pertanyaan 2), geseran batas tiap penggandaan sumbernya (pertanyaan 8), dan galat kedudukan dari derau $10\,\%$ (pertanyaan 10).

Solusi

Solusi Soal 23.1.

1. $k = \ln 2/(35\times 60) = 3.3 \times 10^{-4}\,\mathrm{s}^{-1}$ ; $1/k = 3030\,\mathrm{s} = 50\,\mathrm{min}$ . 2. $\lambda = \sqrt{4/3.3\times 10^{-4}} = 110\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; telurnya $4.5\lambda$ . 3. $\mathrm{e}^{4.5} \approx 90$ dari kutub ke kutub; $\mathrm{e}^{8.5/110} = 1.08$ , yakni sebuah perubahan $8\,\%$ tiap inti. 4. $J = 50\times\sqrt{4\times 3.3\times 10^{-4}} = 50\times 0.036 = 1.8\,\mathrm{nM}\,\text{µ}\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-1}$ . Satu nM adalah $0.6$ molekul tiap $\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , sehingga sekitar $1.1$ molekul tiap $\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ tiap detik. 5. Volume intinya $\tfrac{4}{3}\pi\times 27 = 113\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ . Pada $50\,\mathrm{nM}$ , $30$ molekul tiap $\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ : yakni $3400$ molekul. Di tengah telurnya $c = 50\,\mathrm{e}^{-2.27} = 5.2\,\mathrm{nM}$ : yakni sekitar $350$ molekul. 6. $kt = 1.19$ pada $60\,\mathrm{min}$ : $0.70$ ; $kt = 2.38$ pada $120\,\mathrm{min}$ : $0.91$ . Landaiannya dalam $10\,\%$ dari keadaan mantapnya ketika dibaca — masih naik sebesar jumlah yang akan memindahkan sebuah batas sejauh $\lambda\ln(1/0.91) \approx 10\,\text{µ}\mathrm{m}$ , yakni sebuah inti. 7. $x_{1} = 110\ln(1/0.3) = 132\,\text{µ}\mathrm{m}$ ( $26\,\%$ ); $x_{2} = 110\ln(1/0.08) = 278\,\text{µ}\mathrm{m}$ ( $56\,\%$ ). 8. Empat salinan: $c_{0} = 100\,\mathrm{nM}$ ; kedua batasnya bergerak ke belakang sebesar $\lambda\ln 2 = 76\,\text{µ}\mathrm{m}$ , ke $208$ dan $354\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Enam salinan: $\lambda\ln 3 = 121\,\text{µ}\mathrm{m}$ , ke $253$ dan $399\,\text{µ}\mathrm{m}$ . 9. Satu salinan: ke depan sebesar $76\,\text{µ}\mathrm{m}$ , ke $56$ dan $202\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Daerah kepalanya menyusut dari $132$ menjadi $56\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; toraksnya menjaga lebarnya ( $146\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) lalu bergerak ke depan; abdomennya tumbuh dari $222$ menjadi $298\,\text{µ}\mathrm{m}$ . 10. $\delta x = 110\times 0.1 = 11\,\text{µ}\mathrm{m}$ , yakni $1.3$ jarak inti. 11. Satu inti: $\delta c/c = 8.5/110 = 7.7\,\%$ . Dari $10\,\%$ , $n = (10/7.7)^{2} \approx 1.7$ : yakni dua pembacaan bebas (atau rata-rata dua inti yang bertetangga) sudah mencukupi. 12. $1/\sqrt{350} = 5.3\,\%$ : sebuah cacahan seketika yang tunggal sudah lebih cermat daripada $10\,\%$ yang dianggap, sehingga derau yang teramati bukanlah derau pencacahan saja melainkan datang dari kinetika pengikatan dan mesin pembacaannya — dan merata-rata sepanjang waktu memperbaikinya. 13. $278/450 = 62\,\%$ dan $278/550 = 51\,\%$ panjang telurnya: yakni sebuah selisih $11\,\%$ , enam inti. Polanya tidak terskala dengan $\lambda$ yang terpancang. 14. Bila $D \propto L^{2}$ dengan $k$ terpancang, $\lambda \propto L$ dan $x_{T}/L = (\lambda/L)\ln(c_{0}/T)$ sama pada tiap telurnya: yakni penskalaan yang sempurna. Tetapi $D$ adalah sifat molekulnya dan sitoplasmanya, bukan sifat ukuran telurnya, sehingga ini tidak masuk akal sebagaimana dinyatakan; penskalaan pada embrio yang nyata bersifat sebagian dan datang dari pembacaan lain. 15. $c^{5}/(c^{5} + T^{5}) = 0.1$ pada $c/T = 9^{-1/5} = 0.64$ dan $0.9$ pada $c/T = 9^{1/5} = 1.55$ : yakni sebuah faktor $2.4$ pada kepekatannya, $\Delta x = 110\ln 2.4 = 97\,\text{µ}\mathrm{m}$ — yakni sebelas inti, jauh lebih lebar daripada batas yang teramati yang dua atau tiga inti; pembacaan landaiannya saja tidak cukup tajam. 16. Kecuramannya memetakan sebuah kepekatan tertentu menjadi menyala atau mati dengan lebih tegas, sehingga daerah peralihannya lebih sempit; tetapi sebuah galat $10\,\%$ pada kepekatannya tetap memindahkan titik tempat ambangnya dilintasi sejauh $\lambda\,\delta c/c$ : tanggapannya dapat berupa sebuah tangga yang sempurna dan tangganya tetap mendarat di tempat yang salah. 17. Bila keduanya menyala, masing-masing akan menekan yang lain, sehingga sedikitnya satu akan terdorong mati; dengan penekanan yang kooperatif, satu-satunya keadaan mantapnya adalah satu-menyala-satu-mati, dan sebuah batas di antaranya adalah sebuah sakelar, bukan sebuah lereng. 18. $\mathrm{d}\ln\lambda = \tfrac{1}{2}(0.02 - 0.06) = -0.02$ tiap derajat: $\lambda$ turun $2\,\%$ tiap derajat, $10\,\%$ bagi $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , menjadi $99\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; batas hunchback-nya bergerak dari $278$ ke $250\,\text{µ}\mathrm{m}$ , yakni tiga inti ke depan. Lalat berkembang antara $18\,$ dan $29\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dengan perbandingan yang normal, sehingga ada yang mengimbanginya — sebuah sumber atau pembacaan yang bergeser bersama suhunya ke arah sebaliknya. 19. $2^{8} = 256$ sandi; empat belas yang dipakai. Dengan keunggulan belakang, hanya gen paling belakang yang menyala yang berarti, sehingga paling banyak sembilan jati diri yang berbeda (delapan gennya, atau tidak satu pun): sandinya sebuah peringkat, bukan sebuah kata biner. 20. Segmen toraks ketiganya menjadi segmen kedua: Ubx menekan acara sayap yang dijalankan sebuah segmen toraks secara bawaan, dan menyingkirkan penekannya melepaskan keadaan nenek moyangnya — yakni empat sayap, seperti pada nenek moyang lalatnya yang bersayap empat. 21. Daerah leher angsanya berjalan sampai ruas tulang belakang 22: yakni sebuah leher panjang beranggota banyak ruas, sedangkan mencitnya tujuh. Gennya sama; batas depan pengungkapannya bergerak ke belakang — yakni sebuah perubahan pengatur pada tempat sebuah gen Hox dinyalakan. 22. Tiap tepinya kini sebuah sumber; Shh-nya paling tinggi pada kedua tepinya (jari 4), turun ke arah tengahnya (3, lalu 2), lalu tidak pernah mencapai aras rendah yang menentukan jari 1, sehingga tengahnya memuat dua jari 2 yang saling membelakangi: 4-3-2-2-3-4. 23. Pax6 adalah sebuah pengatur induk yang lestari yang dapat memicu acara mata apa pun yang diusung inangnya: lalatnya membangun sebuah mata lalat, sehingga gen mencitnya tidak mengusung keterangan mata mencit, melainkan hanya perintah “bangunlah sebuah mata di sini.” Ia menunjukkan homologi dalam jaringan gennya, bukan homologi organnya: mata majemuk dan mata kamera berevolusi terpisah dari sebuah nenek moyang yang punya sepetak fotoreseptor Pax6. 24. Lima jari melintasi $2\,\mathrm{mm}$ adalah sebuah panjang gelombang $0.4\,\mathrm{mm}$ ; enam memerlukan $0.33\,\mathrm{mm}$ , yakni sebuah pemendekan seperenam. Karena $\lambda \propto \sqrt{D_{\text{inh}}/k_{\text{inh}}}$ , naikkanlah peluruhan penghambatnya sebesar $44\,\%$ atau turunkanlah pembaurannya sebesar $31\,\%$ ; pada lempeng tangannya, mengurangi dosis gen Hox belakangnya melakukannya, dan mencit mutannya punya enam, tujuh, atau lebih jari yang tipis. 25. $\lambda \approx 110\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; sebuah penggandaan sumbernya menggeser tiap batasnya sejauh $76\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; derau $10\,\%$ pada kepekatannya adalah $11\,\text{µ}\mathrm{m}$ , yakni sekitar satu inti, galat kedudukannya.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 479 istilah di glosarium