Multă vreme, întrebarea despre cum, ca urmare a schimbărilor aleatoare (mutații) din genomul lucrurilor vii, apare informații noi, a rămas deschisă. Cu toate acestea, oamenii de știință au fost în continuare capabili să-și dea seama cum are loc extinderea și reînnoirea genomului. Unul dintre cele mai importante mecanisme pentru obținerea de informații noi este procesul de duplicare a genelor
În fotografie: Vulturul chel. El vede lumea într-o gamă mai largă de culori decât o persoană.
Despre el vorbește Alexander Markov, doctor în științe biologice, cercetător principal al Institutului Paleontologic al Academiei Ruse de Științe.
Cum ne permit noi descoperirile în domeniul geneticii să înțelegem mecanismul apariției de noi gene și proprietăți noi în organism?
- Unul dintre cele mai tipice argumente ale oamenilor care neagă evoluția sună cam așa: nu ne putem imagina cum pot apărea informații noi ca urmare a mutațiilor aleatorii din genom. Pentru mulți, intuitiv, se pare că modificările aleatorii făcute, de exemplu, la un text, nu pot crea informații noi. Ele pot aduce doar zgomot sau haos. Între timp, știința de astăzi este deja foarte bine conștientă despre cum, în cursul evoluției, apar noi informații în genom, noi gene, funcții noi, caracteristici noi într-un organism și așa mai departe. Și unul dintre cele mai importante mecanisme pentru apariția de noi informații genetice este duplicarea genelor și divizarea ulterioară a funcțiilor între ele. Ideea este foarte simplă: a existat o genă, acum există două ca urmare a unei mutații aleatorii. La început, genele sunt aceleași. Și apoi, ca urmare a acumulării de mutații aleatorii în două copii ale acestei gene, acestea devin ușor diferite și există șansa ca acestea să împărtășească funcții între ele.
Dați un exemplu de apariție a unei noi gene
- Acum există multe exemple bine studiate. În general, această idee în sine este destul de veche, încă din anii 1930, marele biolog, geneticianul John Haldwin a sugerat că duplicarea, adică duplicarea genelor, joacă un rol important în apariția inovațiilor evolutive. Și în ultimii ani, în legătură cu dezvoltarea geneticii moleculare, la citirea genomurilor, au apărut multe exemple convingătoare, ilustrații bune despre cum se întâmplă acest lucru. Una dintre cele mai strălucitoare, este asociată cu evoluția vederii culorii la mamifere sau, mai degrabă, chiar mai larg, în vertebrele terestre. Când au apărut pentru prima dată vertebrele terestre, au ajuns pe pământ în perioada Devoniană, acestea aveau încă așa-numita viziune tetrochromatică, care a apărut la nivelul peștilor. Ce înseamnă? Viziunea culorii este determinată de proteinele sensibile la lumină ale retinei - există astfel de celule conice,care sunt responsabile pentru viziunea culorilor și în aceste conuri există proteine sensibile la lumină numite opsine. Peștii de la care au evoluat vertebrele, iar primele vertebre terestre, aveau patru astfel de opsine. Fiecare opsin este reglat pe o lungime de undă specifică.
Putem spune că peștii văd exact patru culori?
Video promotional:
- Aceasta nu înseamnă că o opsină dată reacționează doar la o undă dată, înseamnă că o lungime de undă dată excită cel mai mult această opsină și, cu cât lungimea de undă diferă, cu atât reacția este mai slabă. Sistemul tetrachromatic de vedere al culorilor este un sistem foarte bun, oferă o distincție foarte clară a nuanțelor întregului spectru, iar în multe vertebrate moderne a fost păstrat, de exemplu, la păsări. Păsările sunt deosebite pentru a distinge culorile, aparent mai bune decât noi. Mulți pot observa în raza ultraviolete, unele specii au modele UV pe penajul lor. Și poate că păsările au găsit sistemul de transmisie a culorilor televizoarelor și monitorizărilor noastre extrem de sărace. Deoarece folosim un sistem tricromatic, amestecând trei culori - viziunea noastră este aranjată la fel. Pasărea are patru, nu trei.
Adică, oamenii în comparație cu păsările văd lumea mai primitivă
- Din punct de vedere al păsărilor, suntem un pic orbi. La oameni, cum spuneam, sistemul tricromatic este format din trei opsine, reglate pe trei unde diferite. Unul pentru albastru, altul pentru verde și al treilea, mutat spre galben. Dar cel mai interesant este că alte mamifere, în afară de oameni și maimuțe, au viziune dicromatică, au doar două opsine. Nu au o treime, care este cea mai apropiată de capătul roșu al spectrului și, prin urmare, disting albastru de verde, dar nu disting verde de roșu. Cum a apărut? De ce au pierdut mamiferele două opsine?
Se știe că strămoșii au avut patru, iar mamiferele au două opsine. Aparent, pierderea a două opsine a fost asociată cu faptul că mamiferele au trecut la un stil de viață nocturn în zorii istoriei lor. De ce au trecut la un stil de viață nocturn? Acest lucru s-a datorat vicisitudinilor unei competiții îndelungate între cele două linii evolutive principale ale vertebratelor terestre. Aceste linii, ele sunt numite sinapsidă și diapsidă. Linia sinapselor este șopârlă asemănătoare cu animale, reptile asemănătoare animalelor. Și acest grup era dominant printre vertebrele terestre din vechime, în perioada Permiană, cu mai bine de 250 de milioane de ani în urmă. Apoi, în perioada triasică, au avut concurenți puternici, reprezentanți ai liniei diapside. La animalele moderne, toate reptilele, crocodilii, șopârlele și păsările aparțin liniei diapside. În perioada triasică, au apărut prădători activi, alergând rapid, inclusiv pe două picioare. Reptile diapside, crocodili au început să-și aglomereze strămoșii noștri de reapare din sinapidă sau dinți de animale. Iar această competiție s-a încheiat la început nu în favoarea strămoșilor noștri. La sfârșitul perioadei triasice, au apărut reptile diapside care se derulează rapid, au dat naștere unui nou grup, a venit un nou grup din aceștia - dinozaurii, care pentru foarte mult timp au devenit prădătorii și ierbivorele din timpul zilei dominante pe întreaga planetă. Au ocupat toate nișele de zi, nișe de animale din clasa de mărime mare. La sfârșitul perioadei triasice, au apărut reptile diapside care se derulează rapid, au dat naștere unui nou grup, a venit un nou grup din aceștia - dinozaurii, care pentru foarte mult timp au devenit prădătorii și ierbivorele din timpul zilei dominante pe întreaga planetă. Au ocupat toate nișele de zi, nișe de animale din clasa de mărime mare. La sfârșitul perioadei triasice, au apărut reptile diapside care se derulează rapid, au dat naștere unui nou grup, a venit un nou grup din aceștia - dinozaurii, care pentru foarte mult timp au devenit prădătorii și ierbivorele din timpul zilei dominante pe întreaga planetă. Au ocupat toate nișele de zi, nișe de animale din clasa de mărime mare.
Linia sinapselor a fost forțată să intre în noapte, în subteran, au zdrobit. În perioada permiană au existat reptile gigantice sinapidă, până la sfârșitul perioadei triasice a rămas puțin. În același timp, la sfârșitul perioadei triasice, procesul de așa-numita mamiferizare a reptilelor sinapidice a fost finalizat, adică aproximativ vorbind, au apărut primele mamifere. Toate celelalte reptile sinapsid au dispărut, iar un grup a devenit mamifere și au supraviețuit. Dar au supraviețuit, devenind mici și nocturne. De-a lungul perioadelor jurasice și cretacice, mamiferele erau nocturne - arătau ca un fel de șuvițe, șoareci. Deoarece erau nocturne, viziunea culorilor a devenit aproape inutilă pentru ei. Deoarece conurile încă nu funcționează noaptea, selecția naturală nu a putut suporta patru viziuni descriptive, tetrochromatice,pentru că acea viziune nu era necesară.
Selecția naturală nu poate privi spre viitor, funcționează astfel: fie utilizați gena, fie o pierdeți. Dacă gena nu este necesară aici și acum, atunci mutațiile care apar și o strică nu sunt eliminate prin selecție și gena mai devreme sau mai târziu eșuează.
Pierderea genelor este probabil orientată spre păstrarea oricărei forțe în organism, la o economie maximă, eficiență maximă, adică nimic nu ar trebui să funcționeze inactiv în corpul nostru
- În principiu, da, desigur, aceasta este economie - excesul de proteine nu este sintetizat. Trebuie să spun că, în general, în organism sunt sintetizate o mulțime de proteine în exces, care au devenit inutile, dar nu au avut încă timp să moară, acest lucru nu se întâmplă atât de repede, dar în final se întâmplă. La început, s-a crezut că ambele gene opsine au fost pierdute de strămoșii mamiferelor sau de primele mamifere foarte rapid și practic în același timp. Acum, în genomul platipului - și acesta este un reprezentant al celor mai primitive mamifere, există una dintre genele pierdute. Adică, platypus mai are trei opsine, în timp ce mamiferele mai avansate au doar două. Genele s-au pierdut, astfel, la rândul lor. Strămoșul comun al mamiferelor a avut încă trei opsine, iar placentarele și marsupialele, cu excepția platipului ovipar și echidna, doar două opsine.
Atunci, cum au reușit strămoșii, maimuțele noastre să își recapete viziunea tricromatică? Și aici mecanismul de duplicare a genelor tocmai a funcționat. Când epoca dinozaurilor s-a încheiat și mamiferele au reușit să devină din nou diurne, au rămas cu viziunea lor dicromatică, deoarece nu a fost nicăieri să ia genele pierdute.
Și acest lucru continuă în majoritatea grupurilor de mamifere, deși ar fi util pentru ei să distingă culorile, dar nu este nicăieri să ia gena. Dar strămoșii maimuțelor din Lumea Veche au avut noroc. Au avut una dintre cele două gene opsine rămase în curs de duplicare, duplicare și selecție naturală a reglat rapid două copii ale genei rezultate pe lungimi de undă diferite. A fost nevoie de trei mutații pentru a face asta - înlocuirea a trei aminoacizi într-o proteină, o schimbare destul de minoră. O operație mică, datorită căreia lungimea de undă la care reacționează una dintre opsine s-a mutat în partea roșie. Acest lucru este suficient pentru a putea distinge roșu și verde. Acest lucru a făcut posibil ca strămoșii primelor maimuțe din Lumea Veche să treacă la consumul de fructe și frunze proaspete în pădurile tropicale: este foarte important să distingem roșu de verde,fructe coapte din frunze necoapte și tinere din frunze vechi.
Dar acest lucru s-a întâmplat doar cu maimuțele Lumii Vechi. Acesta este un eveniment fericit - duplicarea genei a avut loc la strămoșii maimuțelor din Lumea Veche după ce America s-a separat de Africa și a înotat, între ele se afla Oceanul Atlantic. Maimuțele americane au avut ghinionul și majoritatea au fost lăsate cu vedere dicromatică. Și încă trăiesc așa. Desigur, ar fi util și pentru ei să distingă roșul de fructele verzi, dar ce puteți face dacă nu există o genă.
Se dovedește că maimuțele Lumii Noi nu fac distincție între roșu și verde, fac greșeli, mănâncă ceva?
- Se dovedește așa. Poate de aceea, maimuțele Lumii Vechi au devenit oameni, iar maimuțele Lumii Noi nu.
Autor: Olga Orlova
