Дълго време въпросът как в резултат на случайни промени (мутации) в генома на живите същества се появява нова информация, остава отворен. Въпреки това учените все още успяха да разберат как става разширяването и попълването на генома. Един от най-важните механизми за получаване на нова информация е процесът на дублиране на гени
На снимката: Плешив орел. Той вижда света в по-широка гама от цветове от човек.
Александър Марков, доктор на биологичните науки, водещ изследовател на Палеонтологичния институт на Руската академия на науките, говори за него.
Как новите открития в областта на генетиката ни позволяват да разберем механизма на появата на нови гени и нови свойства в организма?
- Един от най-типичните аргументи на хората, които отричат еволюцията, звучи така: не можем да си представим как може да възникне нова информация в резултат на случайни мутации в генома. На мнозина интуитивно изглежда, че случайните промени, направени например в някакъв текст, не могат да създадат нова информация. Те могат да носят само шум или хаос. Междувременно днес науката вече много добре осъзнава как в хода на еволюцията се появява нова информация в генома, нови гени, нови функции, нови характеристики в организма и т.н. И един от най-важните механизми за появата на нова генетична информация е дублирането на гени и последващото разделение на функциите между тях. Идеята е много проста: имаше един ген, сега има два в резултат на произволна мутация. В началото гените са еднакви. И тогава, в резултат на натрупването на произволни мутации в две копия на този ген, те стават малко по-различни и има шанс те да споделят функции помежду си.
Дайте пример за появата на нов ген
- Сега има много добре проучени примери. Като цяло тази идея сама по себе си е доста стара, още през 30-те години големият биолог, генетик Джон Халдуин предположи, че дублирането, тоест дублирането на гени, играе важна роля за появата на еволюционните иновации. И през последните години, във връзка с развитието на молекулярната генетика, четенето на геноми, се появиха много убедителни примери, добри илюстрации как това всъщност се случва. Един от най-ярките, е свързан с еволюцията на цветното зрение при бозайниците или по-скоро, дори по-широко, при земните гръбначни животни. Когато земните гръбначни животни за пръв път се появиха, дойдоха на сушата през девонския период, те все още имаха така нареченото тетрохроматично зрение, възникнало на нивото на рибата. Какво означава? Цветното виждане се определя от чувствителните към светлина протеини на ретината - има такива клетки от конус, т.е.които са отговорни за цветното зрение и в тези шишарки има чувствителни към светлина протеини, наречени опсини. Рибата, от която са се развили гръбначните, и първите сухоземни гръбначни животни са имали четири такива опсина. Всеки опсин е настроен на определена дължина на вълната.
Можем ли да кажем, че рибата вижда точно четири цвята?
Промоционално видео:
- Това не означава, че даден опсин реагира само на дадена вълна, това означава, че дадена дължина на вълната вълнува този опсин най-много и колкото повече се различава дължината на вълната, толкова по-слаба реагира. Тетрахроматичната система за цветно виждане е много добра система, тя дава много ясно разграничение на нюансите на целия спектър, а при много съвременни гръбначни животни се е запазила, например, при птици. Птиците отлично отличават цветовете, очевидно по-добри от нас. Мнозина могат да се видят в ултравиолетовата гама, някои видове имат UV модели на оперението си. И може би птиците намериха системата за предаване на цветовете на нашите телевизори и монитори за изключително лоша. Тъй като използваме трихроматична система, смесвайки три цвята - нашето виждане е подредено по същия начин. Птицата има четири, а не три.
Тоест хората в сравнение с птиците виждат света по-примитивен
- От гледна точка на птиците, ние сме малко цветни слепи. При хората, както казах, трихроматичната система е три опсина, настроени на три различни вълни. Едно за синьо, друго за зелено и третото, изместено към жълто. Но най-интересното е, че други бозайници, освен хора и маймуни, имат и дихроматично зрение, те имат само два опсина. Те нямат трета, която е най-близо до червения край на спектъра и затова различават синьо от зелено, но не различават зелено от червено. Как се получи? Защо бозайниците загубиха два опсина?
Известно е, че предците са имали четири, а бозайниците имат две опсини. Очевидно загубата на два опсина беше свързана с факта, че бозайниците преминаха към нощния начин на живот в зората на своята история. Защо преминаха към нощния начин на живот? Това се дължи на превратностите на дългата конкуренция между двете основни еволюционни линии на земните гръбначни. Тези линии, те се наричат синапсид и диапсид. Синапсидната линия е животински гущери, влечуги, подобни на животни. И тази група е била доминираща сред земните гръбначни животни в древни времена, в пермския период, преди повече от 250 милиона години. Тогава, в периода на триаса, те имаха силни конкуренти, представители на диапсидната линия. При съвременните животни всички влечуги, крокодили, гущери и птици принадлежат към линията на диапсидите. В периода на триаса се появяват активни хищници, тичащи бързо, включително и на два крака. Диапсидните влечуги, крокодили започнаха да изтласкват нашите предци от синапсидни или зъбчати влечуги. И това състезание завърши в началото не в полза на нашите предци. В края на триасния период се появяват бързо протичащи диапсидни влечуги, те пораждат нова група, от тях възниква нова група - динозаври, които за много дълго време стават доминиращи дневни хищници и тревопасни животни на цялата планета. Те заемаха всички дневни ниши, животински ниши в големия размер на класа. В края на триасния период се появяват бързо протичащи диапсидни влечуги, те раждат нова група, от тях идва нова група - динозаври, които за много дълго време стават доминиращите дневни хищници и тревопасни животни на цялата планета. Те заемаха всички дневни ниши, животински ниши в големия размер на класа. В края на триасния период се появяват бързо протичащи диапсидни влечуги, те пораждат нова група, от тях възниква нова група - динозаври, които за много дълго време стават доминиращи дневни хищници и тревопасни животни на цялата планета. Те заемаха всички дневни ниши, животински ниши в големия размер на класа.
Синапсидната линия беше принудена да премине в нощта, под земята, те се смазаха. В пермския период е имало гигантски синапсидни влечуги, до края на триасния период е останало едно малко нещо. В същото време в края на триасния период завърши процесът на така нареченото бозайничество на синапсидни влечуги, тоест грубо казано, се появиха първите бозайници. Всички останали синапсидни влечуги изчезнаха, а една група стана бозайници и те оцеляха. Но те оцеляха, ставайки малки и нощни. През целия юрски и кредатен период бозайниците са били нощни - те приличали на някакъв вид землянки, мишки. Тъй като бяха нощни, цветното виждане стана почти безполезно за тях. Тъй като шишарките все още не работят през нощта, естественият подбор не може да поддържа четири описателни, тетрохроматични зрения,защото тази визия не беше нужна.
Естественият подбор не може да гледа в бъдещето, той работи така: или използвате гена, или го губите. Ако генът не е необходим тук и сега, тогава мутациите, които възникват и го развалят, не се елиминират чрез селекция и генът рано или късно се проваля.
Загубата на гени вероятно е насочена към запазване на всякакви сили в организма, при максимална икономия, максимална ефективност, тоест нищо не трябва да работи бездействащо в тялото ни
- По принцип, да, разбира се, това е икономия - излишният протеин не се синтезира. Трябва да кажа, че като цяло в тялото се синтезират много излишни протеини, които са станали ненужни, но все още не са имали време да отмират, това не се случва толкова бързо, но в крайна сметка това се случва. Отначало се смяташе, че и двата гена на опсин са загубени от предците на бозайниците или първите бозайници много бързо и практически едновременно. Сега в генома на платиноса - и това е представител на най-примитивните бозайници, има един от изгубените гени. Тоест, мекоти има още три опсина, докато по-напредналите бозайници имат само два. Гените бяха изгубени, следователно от своя страна. Общият прародител на бозайниците все още е имал три опсина, а плацентарите и сумчастите, с изключение на яйценосните мекотели и ехидна, само две опсини.
Как тогава нашите предци, маймуни възвърнаха своята трихроматична визия? И тук механизмът за дублиране на гени току-що заработи. Когато ерата на динозаврите приключи и бозайниците отново могат да станат дневни, те остават с дихроматичното си зрение, защото нямаше къде да вземат изгубените гени.
И това продължава при повечето групи бозайници, въпреки че за тях би било полезно да различават цветовете, но няма къде да вземат гена. Но предците на маймуните от Стария свят имали късмет. Те имаха един от останалите два гена опсин, подложени на дублиране, дублиране и естествена селекция, бързо настроиха две копия на получения ген на различни дължини на вълната. За това бяха нужни само три мутации - заместване на три аминокиселини в протеин, доста малка промяна. Малка операция, поради която дължината на вълната, на която реагира един от опсините, се измести към червената страна. Това е достатъчно, за да можем да различим червеното и зеленото. Това направи възможно предците на първите маймуни от Стария свят да преминат към ядене на плодове и прясна зеленина в тропическите гори: много важно е да се разграничи червеното от зеленото, т.е.узрели плодове от неузрели и млади листа от стари листа.
Но това се случи само с маймуните от Стария свят. Това е щастливо събитие - дублирането на гена се е случило в предците на маймуните от Стария свят, след като Америка се отдели от Африка и плува, между тях беше Атлантическият океан. Американските маймуни нямаха късмет и повечето от тях бяха оставени с дихроматично зрение. И все още живеят така. Разбира се, би било полезно и за тях да разграничат червените от зелените плодове, но какво можете да направите, ако няма ген.
Оказва се, че маймуните от Новия свят не правят разлика между червено и зелено, правят грешки, ядат ли нещо?
- Оказва се така. Може би затова маймуните от Стария свят станаха хора, а маймуните от Новия свят не.
Автор: Олга Орлова
