Ilgą laiką liko atviras klausimas, kaip dėl atsitiktinių gyvų daiktų genomo pokyčių (mutacijų) atsiranda nauja informacija. Tačiau mokslininkai vis tiek sugebėjo išsiaiškinti, kaip vyksta genomo išsiplėtimas ir papildymas. Vienas iš svarbiausių naujos informacijos gavimo mechanizmų yra genų dubliavimo procesas
Nuotraukoje: plikas erelis. Jis pasaulį mato platesnėmis spalvomis nei žmogus.
- „Salik.biz“
Apie jį pasakoja biologijos mokslų daktaras, Rusijos mokslų akademijos paleontologijos instituto vadovaujantis tyrėjas Aleksandras Markovas.
Kaip nauji atradimai genetikos srityje leidžia mums suprasti naujų genų ir naujų savybių atsiradimo mechanizmą organizme?
- Vienas iš tipiškiausių evoliuciją neigiančių žmonių argumentų skamba maždaug taip: mes negalime įsivaizduoti, kaip nauja informacija gali atsirasti dėl atsitiktinių genomo mutacijų. Daugeliui intuityviai atrodo, kad atsitiktiniai, pavyzdžiui, teksto pakeitimai negali sukurti naujos informacijos. Jie gali sukelti tik triukšmą ar chaosą. Tuo tarpu šiandienis mokslas jau labai gerai supranta, kaip evoliucijos metu genome atsiranda nauja informacija, nauji genai, naujos funkcijos, naujos savybės organizme ir pan. Ir vienas iš svarbiausių naujos genetinės informacijos atsiradimo mechanizmų yra genų dubliavimasis ir vėlesnis funkcijų pasiskirstymas tarp jų. Idėja labai paprasta: buvo vienas genas, dabar dėl atsitiktinės mutacijos yra du. Iš pradžių genai yra tie patys. Ir tada, kai atsitiktinės mutacijos kaupiasi dviejose šio geno kopijose, jos tampa šiek tiek skirtingos ir yra tikimybė, kad jos pasidalys funkcijomis tarpusavyje.
Pateikite naujo geno atsiradimo pavyzdį
- Dabar yra daug gerai ištirtų pavyzdžių. Apskritai pati ši idėja yra gana sena, dar 1930-aisiais puikus biologas, genetikas Johnas Haldwinas pasiūlė, kad dubliavimasis, tai yra genų dubliavimasis, vaidina svarbų vaidmenį atsirandant evoliucinėms naujovėms. Ir pastaraisiais metais, kalbant apie molekulinės genetikos plėtrą, genomų skaitymą, atsirado daug įtikinamų pavyzdžių, gerų iliustracijų, kaip tai iš tikrųjų vyksta. Vienas ryškiausių, susijęs su spalvoto matymo evoliucija žinduoliuose, tiksliau, dar plačiau, antžeminiuose stuburiniuose. Kai pirmą kartą pasirodė sausumos stuburiniai gyvūnai, atėję į sausumą devono laikotarpiu, jie vis dar turėjo vadinamąjį tetrochromatinį regėjimą, kuris atsirado žuvų lygyje. Ką tai reiškia? Spalvų matymą lemia šviesai jautrūs tinklainės baltymai - yra tokių kūgio ląstelių,kurie yra atsakingi už spalvų matymą ir šiuose kūgiuose yra šviesai jautrių baltymų, vadinamų opsinais. Žuvys, iš kurių išsivystė stuburiniai gyvūnai, ir pirmieji sausumos stuburiniai gyvūnai turėjo keturis tokius opsinus. Kiekvienas opinas yra sureguliuotas tam tikram bangos ilgiui.
Ar galime pasakyti, kad žuvys mato tiksliai keturias spalvas?
Reklaminis vaizdo įrašas:
- Tai nereiškia, kad duotas opsinas reaguoja tik į tam tikrą bangą, tai reiškia, kad tam tikras bangos ilgis labiausiai jaudina šį opsiną, ir kuo labiau skiriasi bangos ilgis, tuo silpniau jis reaguoja. Tetrachromatinė spalvotojo matymo sistema yra labai gera sistema, ji leidžia labai aiškiai atskirti viso spektro atspalvius, daugelyje šiuolaikinių stuburinių ji buvo išsaugota, pavyzdžiui, paukščiams. Paukščiai puikiai išskiria spalvas, matyt, geriau nei mes. Daugelis gali pamatyti ultravioletinių spindulių diapazoną, kai kurių rūšių plunksnos turi UV bruožus. Ir galbūt paukščiams mūsų televizorių ir monitorių spalvų perdavimo sistema buvo ypač prasta. Kadangi mes naudojame trichromatinę sistemą, maišant tris spalvas - mūsų vizija išdėstyta vienodai. Paukštis turi keturis, o ne tris.
Tai yra, žmonės, palyginti su paukščiais, pasaulį mato primityvesnį
- Paukščių požiūriu, mes esame mažai akli. Žmonėse, kaip minėjau, trichromatinė sistema yra trys opsinai, suderinti į tris skirtingas bangas. Vienas - mėlynas, kitas - žalias, o trečias - geltonos spalvos. Tačiau įdomiausia, kad kiti žinduoliai, be žmonių ir beždžionių, turi dichromatinį regėjimą, jie turi tik du opsinus. Jie neturi trečdalio, kuris yra arčiausiai raudonojo spektro galo, todėl jie skiria mėlyną ir žalią, tačiau neskiria žalios nuo raudonos. Kaip tai atsirado? Kodėl žinduoliai neteko dviejų opinų?
Yra žinoma, kad protėviai turėjo keturis, o žinduoliai - du opsinus. Matyt, dviejų opsinų netekimas buvo susijęs su tuo, kad žinduoliai savo istorijos aušroje perėjo prie naktinio gyvenimo būdo. Kodėl jie perėjo prie naktinio gyvenimo būdo? Taip buvo dėl ilgos varžybos tarp dviejų pagrindinių sausumos stuburinių evoliucijos linijų. Šios eilutės vadinamos sinapsidomis ir diapsidėmis. Sinapsidų linija yra į gyvūnus panašūs driežai, į gyvūnus panašūs ropliai. Ir ši grupė dominavo antžeminiais stuburiniais gyvūnais senovėje, Permės periode, daugiau nei prieš 250 milijonų metų. Tada, triaso periode, jie turėjo stiprius konkurentus, diapsidinės linijos atstovus. Šiuolaikiniuose gyvūnuose visi ropliai, krokodilai, driežai ir paukščiai priklauso diapsidų linijai. Triaso periode atsirado aktyvūs plėšrūnai, greitai bėgiojantys, taip pat ir ant dviejų kojų. Diapsidiniai ropliai, krokodilai pradėjo išstumti mūsų protėvius iš sinapsidinių ar gyvūninių dantų. Ir šios varžybos iš pradžių baigėsi ne mūsų protėvių naudai. Pasibaigus triaso periodui, atsirado greitai bėgantys rombiniai ropliai, jie sukūrė naują grupę, iš jų atsirado nauja grupė - dinozaurai, kurie labai ilgą laiką tapo dominuojančiais dienos plėšrūnais ir žolėdžiais visoje planetoje. Jie užėmė visas dienos nišas, didelių dydžių gyvūnų nišas. Pasibaigus triaso periodui, atsirado greitai bėgantys rombiniai ropliai, jie sukūrė naują grupę, iš jų atsirado nauja grupė - dinozaurai, kurie labai ilgą laiką tapo dominuojančiais dienos plėšrūnais ir žolėdžiais visoje planetoje. Jie užėmė visas dienos nišas, didelių dydžių gyvūnų nišas. Pasibaigus triaso periodui, atsirado greitai bėgantys rombiniai ropliai, jie sukūrė naują grupę, iš jų atsirado nauja grupė - dinozaurai, kurie labai ilgą laiką tapo dominuojančiais dienos plėšrūnais ir žolėdžiais visoje planetoje. Jie užėmė visas dienos nišas, didelių dydžių gyvūnų nišas.
Sinapsidų linija buvo priversta eiti į naktį, po žeme, jie sutraiškyti. Permės periode buvo milžiniški sinapsidiniai ropliai, o triaso laikotarpio pabaigoje liko vienas mažas dalykas. Tuo pačiu metu, triaso periodo pabaigoje, buvo baigtas vadinamųjų sinapsidinių roplių žinduolių procesas, tai yra, grubiai tariant, pasirodė pirmieji žinduoliai. Visi kiti sinapsidiniai ropliai išnyko, o viena grupė tapo žinduoliais ir jie išgyveno. Bet jie išgyveno, tapdami maži ir naktiniai. Juros periodo ir kreidos periodais žinduoliai buvo naktiniai - jie atrodė kaip kažkokios drožlės, pelės. Kadangi jie buvo naktiniai, spalvų matymas jiems tapo beveik nenaudingas. Kadangi kūgiai vis dar neveikia naktį, natūrali atranka negalėjo palaikyti keturių aprašomųjų, tetrochromatinių,nes tos vizijos nereikėjo.
Natūrali atranka negali žvelgti į ateitį, ji veikia taip: arba jūs naudojate geną, arba jį prarandate. Jei genas nėra reikalingas čia ir dabar, tada atsiradusios ir jį gadinančios mutacijos nepašalinamos selekcijos būdu, o genas anksčiau ar vėliau žlunga.
Genų praradimu greičiausiai siekiama išsaugoti bet kokias jėgas kūne, maksimalų ekonomiškumą, maksimalų efektyvumą, tai yra, niekas neturėtų veikti tuščiąja eiga mūsų kūne
- Iš principo taip, žinoma, tai yra taupumas - baltymų perteklius nesintetinamas. Turiu pasakyti, kad apskritai organizme sintezuojama daugybė baltymų pertekliaus, kurie tapo nereikalingi, tačiau dar neturėjo laiko numirti, tai neįvyksta taip greitai, bet galų gale tai atsitinka. Iš pradžių manyta, kad žinduolių protėviai ar pirmieji žinduoliai labai greitai ir praktiškai vienu metu prarado abu opsino genus. Dabar plekšnių genome - ir tai yra pats primityviausių žinduolių atstovas, yra vienas iš prarastų genų. T. y., Plekšnė turi dar tris opinusus, tuo tarpu labiau pažengę žinduoliai turi tik du. Genai buvo pamesti, taigi savo ruožtu. Bendras žinduolių protėvis vis dar turėjo tris opsinus, o placentos ir žandikauliai, išskyrus kiaušialąstes plekšnias ir echidnas, tik du opsinus.
Kaip tada mūsų protėviai, beždžionės, atgavo savo trichromatinį regėjimą? Ir čia tiesiog veikė genų dubliavimo mechanizmas. Kai pasibaigė dinozaurų era ir žinduoliai vėl galėjo tapti dieniškais, jie liko savo dichromatiniu regėjimu, nes niekur nebuvo galima pasiimti prarastų genų.
Ir tai tęsiasi daugumoje žinduolių grupių, nors jiems būtų naudinga atskirti spalvas, tačiau geno nėra kur paimti. Bet Senojo pasaulio beždžionių protėviams pasisekė. Jie turėjo vieną iš likusių dviejų opsino genų, kurie buvo dubliuojami, dubliuojami ir natūrali atranka greitai suderino dvi gauto geno kopijas skirtingiems bangų ilgiams. Tam atlikti prireikė trijų mutacijų - pakeisti baltyme tris amino rūgštis, tai yra nedidelis pakeitimas. Maža operacija, dėl kurios bangos ilgis, į kurį reaguoja vienas iš opsinų, pasisuko į raudonąją pusę. To pakanka, kad galėtume atskirti raudoną ir žalią. Tai leido pirmųjų Senojo pasaulio beždžionių protėviams atogrąžų miškuose valgyti vaisius ir šviežius žalumynus: labai svarbu atskirti raudoną nuo žalio,prinokę vaisiai iš neprinokusių ir jauni lapai iš senų lapų.
Bet tai nutiko tik Senojo pasaulio beždžionėms. Tai yra džiugus įvykis - senojo pasaulio beždžionių protėviuose geno dubliavimasis įvyko po to, kai Amerika atsiskyrė nuo Afrikos ir plaukė, tarp jų buvo Atlanto vandenynas. Amerikos beždžionės buvo nelaimingos ir daugumai jų liko dichromatinis regėjimas. Ir jie vis dar taip gyvena. Be abejo, jiems taip pat būtų naudinga atskirti raudoną nuo žalių vaisių, bet ką jūs galite padaryti, jei nėra geno.
Pasirodo, Naujojo pasaulio beždžionės neskiria raudonos ir žalios, daro klaidų, ką nors valgo?
- Pasirodo, taip. Gal todėl Senojo pasaulio beždžionės tapo žmonėmis, o Naujojo pasaulio beždžionės - ne.
Autorius: Olga Orlova