Болезная еволюція

Гніздяться в нас віруси і бактерії можуть кардинальним чином прискорювати еволюційні процеси, швидко переміщаючи фрагменти ДНК між різними різновидами живих організмів. Настільки сміливий висновок був зроблений американськими фахівцями з приватного Університету Райса (Rice University, м Х`юстон, штат Техас, заснований в 1891 році на кошти філантропа Вільяма Райса). Відповідна стаття опублікована в Physical Review Letters 29 січня.

В принципі, численні проекти останнього десятиліття, присвячені картування геному, вже показали, що генна інформація може передаватися таким незвичайним чином - тобто «переїжджаючи» верхом на віруси, проте тепер біологи в своїх побудовах пішли ще далі - вони стверджують, що саме зараження мікрофлорою і дає поштовх до швидкого розвитку організмів, придбання ними принципово нових функцій і ознак.

«Переїзди» фрагментів ДНК отримали в спеціальній літературі назву горизонтального переносу генів (horizontal gene transfer - HGT). Сама думка про можливість такого перенесення (між окремо існуючими організмами, а не від батьків до потомства) з`явилася ще півстоліття тому, спочатку вона піддавалася різкій критиці, і лише поява бактерій, резистентних до випробуваних лікарських засобів, і деякі наступні відкриття (на кшталт виявлення комплексів білків , використовуваних мікроорганізмами для обміну генетичною інформацією) привели до широкого визнання цієї концепції. Ну а вже штучний «горизонтальний перенос», власне, і лежить в основі багатьох методів генної інженерії. У порівнянні з більш звичною ідеєю статевого відбору і випадковими послідовностями мутацій у HGT є незаперечна перевага: кожен такий перенос можна порівняти з цілою серією звичайних генетичних мутацій, що відбуваються при цьому ще і в надзвичайно стислі терміни, таким чином вони дозволяють пояснити «протиприродне» прискорення еволюційних процесів в самих «проблемних» напрямках.

Нинішній вигляд хромосом, що відповідають за передачу спадкової інформації, багато в чому визначається «засмічення» її залишками вбудувати в геном еукаріот вірусів і, можливо, підхоплені ними по дорозі від одного господаря до іншого ділянок ДНК інших видів - це стосується і людини, і тварин, і рослин. Майкл Дим з Університету Райса пояснює, що подібні ознаки дозволяють мікробіологам відстежити етапи розвитку адаптивної імунної системи у людей і деяких інших хребетних за останні 400 мільйонів років. «У якийсь момент віруси і бактерії можуть випадково прихопити корисний білок або ген, і після цього він може бути переданий більш складним різновидів. Я думаю, що ці процеси можуть вважатися основним механізмом, за рахунок якого відбувається придбання принципово нових функцій », - говорить Майкл Дим.

Як відомо, погляди на еволюційний розвиток (в основі якого лежить теорія Дарвіна) в науці теж «еволюціонують», набувають певну глибину, обростають деталями, виклад конкретних аспектів теорії стає все більш і більш заплутаним для людей необізнаних. На даний момент зібрано безліч дивовижних фактів. Так, наприклад, аналіз викопних останків показує, що одноклітинні організми з`явилися на Землі приблизно 3,5 мільярда років тому (чи не на зорі існування Сонячної системи, якій не більше 5 мільярдів років). Однак знадобилося довгих 2,5 мільярда років на те, щоб на нашій планеті розвинулися перші багатоклітинні організми. Нарешті, ще за мільярд років ці перші багатоклітинні організми, проеволюціоніровав, породили все те різноманіття форм рослин і тварин, яке ми спостерігаємо зараз. За рахунок чого ж темпи еволюції могли збільшитися настільки кардинальним чином?

На думку групи професора Діма (яка зайнята зараз впровадженням інструментарію, що застосовується в статистичній фізиці, в молекулярну біологію - звідси, мабуть, і публікації в «непрофільних» фізичних журналах), саме випадки горизонтальних переносів окремих генів і невеликих генних блоків в геноми еволюційно далеких організмів могли зіграти визначальну роль в еволюційному стрибку, що дозволила раннім багатоклітинних організмів стрімко ускладнитися і досягти нинішніх висот розвитку. «Прості організми ми можемо порівняти з окремими елементарними кубиками гри« Лего », - пояснює Дим. - Якщо ви отримаєте в своє розпорядження достатню кількість різноманітних елементів цього конструктора, то зможете зібрати різні цікаві структури. Близько трьох мільярдів років знадобилося лише на те, щоб отримати перші елементи, але як тільки вони були отримані, робота відразу закипіла: одні й ті ж елементи могли сполучатися самими різними способами ». Модульна структура генів зробила їх ідеальним об`єктом для «конструювання» за допомогою горизонтальних переносів, що дозволяло запозичувати набуті риси, переставляти їх між різними різновидами.

Всі ці міркування змушують згадати вчення давньогрецького (сицилійського) філософа, пророка і чудотворця V ст. до н. е. Емпедокла з Акраганта, яке він виклав у поемах «Про природу» і «Про життя». За Емпедоклу, всі живі істоти (не тільки тварини, а й люди) виникли з з`єднуються в Епоху Любові незалежно виникли окремих частин тіл - рук, ніг, очей, голів і т.д. У ряді випадків члени з`єднувалися як попало (і чим вам ні конструктор «Лего» ?!), так що утворювалися, наприклад, «бикородние человеколіцие», але з часом вижили лише ті створення, у яких з`єднання членів було правильно і згідно ...

Потрібно зауважити, що хоча наявність аналогів всіх цих надорганізменних процесів тепер вже не заперечується, все-таки однозначної оцінки ролі горизонтальних обмінів генетичною інформацією в еволюції великих тварин і рослин в науковому співтоваристві немає. Багато вчених схильні погоджуватися лише з тим, що процеси горизонтальних переносів істотні виключно для мікроорганізмів. Та й в оригінальних роботах, написаних димом і його колегами, їх статистичний аналіз (що змушує відкинути або прийняти ту чи іншу еволюційну модель) ведеться на прикладі найпростіших організмів ... Новизна ж даних робіт полягає в тому, що в нові моделі вдалося вбудувати ті чинники , що раніше в аналогічних випадках просто не бралися до уваги ...

Спеціаліст з молекулярної еволюції професор Отто Берг (Otto Berg) зі шведського Університету міста Упсала, який не приймав особистої участі в вищеописаних дослідженнях, впевнений в тому, що висновок про можливість рекомбінації генів (переоб`едіненія початкових генетичних послідовностей) і горизонтального генного транспорту на сучасному етапі тепер вже не може оскаржуватися, і взагалі для мікроорганізмів все це має велике значення. Горизонтальні переноси генів стають особливо дієвими тоді, коли той чи інший вид або популяція відчуває сильний тиск навколишнього середовища - знаходиться на межі вимирання. Наприклад, якщо бактерії піддаються дії антибіотиків, то повинен або з`явитися новий особливо стійкий штам (мова про так званої антибіотикорезистентності, або вони всі повинні вимерти - третього не дано. Тому абсолютно будь-які набуті ознаки (маються на увазі як випадкові мутації, так і гени, перенесені вірусом), які дарують їм стійкість до препаратів, можуть отримати в колонії найширшого розповсюдження - закріплюватися серед усіх тих, що вижили її мешканців. «Коли популяція стикається з проблемою вижи ания або необхідністю завоювання нової екологічної ніші, успадкування нових ознак може бути особливо міцним, і горизонтальні переноси тоді дійсно здатні відігравати чільну роль », - каже Берг.


Rice University - News Media Relations

Поділися в соціальних мережах: