Kysymys siitä, kuinka elävien esineiden genomissa sattumanvaraisten muutosten (mutaatioiden) seurauksena uusi tieto ilmestyy, pysyi avoimena pitkään. Tutkijat pystyivät kuitenkin edelleen selvittämään, miten genomin laajeneminen ja täydentäminen tapahtuu. Yksi tärkeimmistä mekanismeista uuden tiedon hankkimiseksi on geenien kopiointi
Kuvassa: Kalju kotka. Hän näkee maailman laajemmalla värivalikoimalla kuin henkilö.
Alexander Markov, biotieteiden tohtori, Venäjän tiedeakatemian paleontologisen instituutin johtava tutkija, puhuu hänestä.
Kuinka genetiikan alan uusien löytöjen avulla voimme ymmärtää uusien geenien ja kehon uusien ominaisuuksien ilmestymismekanismia?
- Yksi evoluution kieltävien ihmisten tyypillisimmistä argumenteista kuulostaa noin: emme voi kuvitella kuinka uutta tietoa voi syntyä genomin satunnaisten mutaatioiden seurauksena. Monille tuntuu intuitiivisesti, että esimerkiksi jonkin tekstin satunnaiset muutokset eivät voi luoda uutta tietoa. Ne voivat tuoda vain melua tai kaaosta. Samaan aikaan tiede on nykyään hyvin tietoinen siitä, kuinka evoluution aikana genomiin ilmestyy uutta tietoa, uusia geenejä, uusia toimintoja, uusia ominaisuuksia organismissa ja niin edelleen. Ja yksi tärkeimmistä mekanismeista uuden geenitiedon syntymiselle on geenien päällekkäisyys ja sitä seuraava toimintojen jakautuminen niiden välillä. Idea on hyvin yksinkertainen: oli yksi geeni, nyt satunnaisen mutaation seurauksena on kaksi. Aluksi geenit ovat samat. Ja sitten sattumanvaraisten mutaatioiden kertymisen seurauksena tämän geenin kahteen kopioon, ne muuttuvat hieman erilaisiksi, ja on mahdollista, että ne jakavat toimintoja keskenään.
Anna esimerkki uuden geenin syntymisestä
- Nyt on monia hyvin tutkittuja esimerkkejä. Tämä ajatus itsessään on yleensä varsin vanha, jo 1930-luvulla suuri biologi, geneetikko John Haldwin ehdotti, että päällekkäisyyksillä, ts. Geenien päällekkäisyyksillä, on tärkeä rooli evoluutioinnovaatioiden syntyessä. Ja viime vuosina molekyyligenetiikan kehittämisen, genomien lukemisen yhteydessä on ilmestynyt paljon vakuuttavia esimerkkejä, hyviä esimerkkejä siitä, miten tämä todella tapahtuu. Yksi kirkkaimmista liittyy värinäön kehitykseen nisäkkäissä tai pikemminkin, jopa laajemmin, maanpäällisissä selkärankaisissa. Kun maanpäälliset selkärankaiset ilmestyivät ensimmäisen kerran, saapuivat maihin Devonin aikana, heillä oli silti ns. Tetrokromaattinen visio, joka syntyi kalojen tasolla. Mitä se tarkoittaa? Värinäön määräävät verkkokalvon valoherkät proteiinit - on olemassa sellaisia kartiosoluja,jotka vastaavat värinäkymästä, ja näissä käpyissä on valoherkkiä proteiineja, joita kutsutaan opsineiksi. Kaloissa, joista selkärankaiset kehittyivät, ja ensimmäisissä maanpäällisissä selkärankaisissa oli neljä tällaista opsiinia. Jokainen opsiini on viritetty tiettyyn aallonpituuteen.
Voimmeko sanoa, että kalat näkevät tarkalleen neljä väriä?
Mainosvideo:
- Tämä ei tarkoita, että tietty opsiini reagoi vain tiettyyn aaltoon, se tarkoittaa, että tietty aallonpituus herättää tätä opsiinia eniten, ja mitä enemmän aallonpituus eroaa, sitä heikommin se reagoi. Tetrakromaattinen värinäköjärjestelmä on erittäin hyvä järjestelmä, se erottaa erittäin selvästi koko spektrin sävyt, ja monissa nykyaikaisissa selkärankaisissa se on säilynyt esimerkiksi lintuissa. Linnut erottavat värit hyvin, ilmeisesti paremmin kuin me. Monet näkevät sen ultraviolettialueella, joillakin lajeilla on UV-kuviot niiden höyhenellä. Ja ehkä linnut pitivät televisioidemme ja näyttöjemme värinsiirtojärjestelmää erittäin huonona. Koska käytämme kolmikromaattista järjestelmää, sekoitamme kolme väriä - visio on järjestetty samalla tavalla. Linnulla on neljä, ei kolme.
Toisin sanoen ihmiset nähvät lintuihin verrattuna alkeellisemman maailman
- Lintujen kannalta olemme hiukan sokeita. Kuten sanoin, ihmisissä, kuten sanoin, trikromaattinen järjestelmä on kolme opsiinia, viritetty kolmeen eri aaltoon. Yksi siniselle, toinen vihreälle ja kolmas siirtyy kohti keltaista. Mielenkiintoisinta on kuitenkin se, että muilla nisäkkäillä on ihmisten ja apinojen lisäksi visuaalinen visuaalisuus, heillä on vain kaksi opsiinia. Heillä ei ole kolmatta, joka on lähinnä spektrin punaista päätä, ja siksi he erottavat sinisen vihreästä, mutta eivät erota vihreää punaisesta. Kuinka se tapahtui? Miksi nisäkkäät menettivät kaksi opsiinia?
On tunnettua, että esi-isillä oli neljä ja nisäkkäillä kaksi opsiinia. Ilmeisesti kahden opsiinin menetys liittyi tosiasiaan, että nisäkkäät siirtyivät historiaa valloittaessa yölliseen elämäntapaan. Miksi he siirtyivät yölliseen elämäntapaan? Tämä johtui maapallon selkärankaisten kahden pää evoluutiolinjan välisestä pitkästä kilpailusta. Näitä rivejä kutsutaan synapsidiksi ja diapsidiksi. Synapsidilinja on eläinmaisia liskoja, eläinmaisia matelijoita. Ja tämä ryhmä oli hallitseva maanpäällisten selkärankaisten joukossa muinaisina aikoina, Permin aikana, yli 250 miljoonaa vuotta sitten. Sitten, triassiakaudella, heillä oli vahvoja kilpailijoita, diapsidilinjan edustajia. Nykyajan eläimissä kaikki matelijat, krokotiilit, liskoja ja linnut kuuluvat piikkiriviin. Triaseuskaudella esiintyi aktiivisia saalistajia, jotka juoksivat nopeasti, myös kahdella jalalla. Diapsidiset matelijat, krokotiilit alkoivat syrjäyttää synapsidien tai eläinten hampaisten matelijoiden esi-isämme. Ja tämä kilpailu päättyi aluksi olematta esi-isiemme eduksi. Triassisen ajanjakson lopussa ilmaantui nopeasti nousevia diapsidi-matelijoita, ne antoivat uuden ryhmän, heistä syntyi uusi ryhmä - dinosaurukset, joista tuli hyvin kauan hallitsevat päiväsaalistajat ja kasvissyöjät koko planeetalla. He käyttivät kaikki päiväsaikaiset, suuressa luokassa olevat eläinrakoja. Triassisen ajanjakson lopussa ilmaantui nopeasti nousevia diapsidi-matelijoita, ne antoivat uuden ryhmän, heistä syntyi uusi ryhmä - dinosaurukset, joista tuli hyvin kauan hallitsevat päiväsaalistajat ja kasvissyöjät koko planeetalla. He käyttivät kaikki päiväsaikaiset, suuressa luokassa olevat eläinrakoja. Triassisen ajanjakson lopussa ilmaantui nopeasti nousevia diapsidi-matelijoita, ne antoivat uuden ryhmän, heistä syntyi uusi ryhmä - dinosaurukset, joista tuli hyvin kauan hallitsevat päiväsaalistajat ja kasvissyöjät koko planeetalla. He käyttivät kaikki päiväsaikaiset, suuressa luokassa olevat eläinrakoja.
Synapsidilinja pakotettiin menemään yöhön, maan alle, ne murskautuivat. Perman ajanjaksolla oli jättiläismäisiä synapsidia matelijoita, triassisen ajanjakson loppuun mennessä yksi pieni asia oli jäljellä. Samaan aikaan, triassisen ajanjakson lopussa, synapsidien matelijoiden ns. Nisäkkääntymisprosessi saatiin päätökseen, eli karkeasti sanottuna ensimmäiset nisäkkäät ilmestyivät. Kaikki muut synapsidiset matelijat kuolivat sukupuuttoon, ja yhdestä ryhmästä tuli nisäkkäitä ja he selvisivät. Mutta he selvisivät heistä, muuttuen pieniksi ja öisin. Koko juura- ja liitukauden ajan nisäkkäät olivat öisin - ne näyttivät jonkinlaisilta siruilta, hiiriltä. Koska ne olivat yöllisiä, värinäkö tuli heille melkein hyödytöntä. Koska kartiot eivät vieläkään toimi yöllä, luonnollinen valinta ei voinut tukea neljää kuvaavaa, tetrokromaattista visioa,koska tuota visiota ei tarvita.
Luonnollinen valinta ei voi katsoa tulevaisuuteen, se toimii näin: joko käytät geeniä tai menetät sen. Jos geeniä ei tarvita tässä ja nyt, niin syntyviä ja sitä pilaavia mutaatioita ei poisteta selektiolla, ja geeni epäonnistuu ennemmin tai myöhemmin.
Geenien menetyksellä pyritään todennäköisesti säilyttämään kehossa kaikki voimat, maksimaalinen säästö, maksimaalinen tehokkuus, toisin sanoen mikään ei saa toimia kehossa tyhjäkäynnillä
- Periaatteessa kyllä, tietenkin, tämä on säästöä - ylimääräistä proteiinia ei syntetisoida. Minun on sanottava, että yleensä kehossa syntetisoidaan paljon ylimääräisiä proteiineja, joista on tullut tarpeettomia, mutta joilla ei ole vielä ollut aikaa kuolla, tämä ei tapahdu niin nopeasti, mutta lopulta tapahtuu. Aluksi ajateltiin, että nisäkkäiden tai ensimmäisten nisäkkäiden esi-isät menettivät molemmat opsiinigeenit hyvin nopeasti ja käytännöllisesti samanaikaisesti. Nyt leväkalan genomissa - ja tämä edustaa alkeellisimpia nisäkkäitä, on yksi kadonneista geeneistä. Toisin sanoen katkarapussa on vielä kolme opsiinia, kun taas edistyneemmissä nisäkkäissä on vain kaksi. Geenit hävisivät, vuorostaan. Nisäkkäiden yhteisellä esi-isällä oli edelleen kolme opsiinia, ja istukat ja marsupiaalit, lukuun ottamatta munasoluista piikkipipua ja echidnaa, vain kaksi opsiinia.
Kuinka sitten esi-isämme, apinat, saivat takaisin trikromaattisen näkemyksensä? Ja tässä geenien kopiointimekanismi vain toimi. Kun dinosaurusten aikakausi päättyi ja nisäkkäät pystyivät taas tulemaan päivittäisiksi, he pysyivät dikromaattisen näkemyksensä edessä, koska kadonneita geenejä ei ollut missään nimessä.
Ja tämä jatkuu useimmissa nisäkäsryhmissä, vaikka heille olisi hyödyllistä erottaa värit, mutta geeniä ei ole missään nimessä. Mutta Vanhan maailman apinoiden esi-isät olivat onnekkaita. Heillä oli yksi jäljellä olevista kahdesta opsiinigeenistä, jotka olivat päällekkäisyyksiä, monistumisia ja luonnollinen valinta nopeasti virittäneet saadun geenin kaksi kopiota eri aallonpituuksille. Sen tekemiseen kesti vain kolme mutaatiota - korvaamalla kolme aminohappoa proteiinissa, aika melko pieni muutos. Pieni toimenpide, jonka seurauksena aallonpituus, johon yksi opsineista reagoi, on siirtynyt punaiselle puolelle. Tämä riittää, jotta voimme erottaa punaisen ja vihreän. Tämän ansiosta vanhan maailman ensimmäisten apinoiden esi-isät voivat siirtyä hedelmien ja tuoreiden lehtien syömiseen trooppisissa metsissä: on erittäin tärkeää erottaa punainen vihreästä,kypsät hedelmät kypsymättömistä ja nuoret lehdet vanhoista lehdistä.
Mutta niin tapahtui vain vanhan maailman apinoille. Tämä on onnellinen tapahtuma - geenin päällekkäisyys tapahtui Vanhan maailman apinojen esi-isissä sen jälkeen kun Amerikka oli eronnut Afrikasta ja uinut, niiden välissä oli Atlantin valtameri. Amerikkalaiset apinat olivat onneton, ja suurimmalla osalla heistä oli dikromaattinen visio. Ja he elävät edelleen näin. Heille olisi tietysti hyödyllistä erottaa punainen vihreistä hedelmistä, mutta mitä voit tehdä, jos geeniä ei ole.
Osoittautuu, että Uuden maailman apinat eivät tee eroa punaisen ja vihreän välillä, tekevät virheitä, syövätkö mitään?
- Osoittautuu näin. Ehkä siksi vanhan maailman apinoista tuli ihmisiä, ja uuden maailman apinoista ei.
Kirjoittaja: Olga Orlova