Under en lång tid förblev frågan hur, som ett resultat av slumpmässiga förändringar (mutationer) i genomet för levande saker, ny information visas, öppen. Men forskare kunde fortfarande räkna ut hur expansionen och påfyllningen av genomet inträffar. En av de viktigaste mekanismerna för att få ny information är processen för gentuplikation
På bilden: skalig örn. Han ser världen i ett större utbud av färger än en person.
Alexander Markov, doktor i biologiska vetenskaper, ledande forskare vid Paleontological Institute of the Russian Academy of Sciences, berättar om honom.
Hur tillåter nya upptäckter inom genetikområdet oss att förstå mekanismen för utseendet på nya gener och nya egenskaper i kroppen?
- Ett av de mest typiska argumenten för människor som förnekar evolution låter något så här: vi kan inte föreställa oss hur ny information kan uppstå till följd av slumpmässiga mutationer i genomet. Det verkar för många intuitivt att slumpmässiga förändringar, till exempel till viss text, inte kan skapa ny information. De kan bara ge brus eller kaos. Samtidigt är vetenskapen idag redan mycket väl medveten om hur ny information under utvecklingen visas i genomet, nya gener, nya funktioner, nya egenskaper i en organisme och så vidare. Och en av de viktigaste mekanismerna för framväxten av ny genetisk information är dubblering av gener och den efterföljande arbetsfördelningen mellan dem. Idén är mycket enkel: det fanns en gen, nu finns det två som ett resultat av en slumpmässig mutation. Till en början är generna desamma. Och sedan, som ett resultat av ansamlingen av slumpmässiga mutationer i två kopior av denna gen, blir de något annorlunda, och det finns en chans att de kommer att dela funktioner varandra.
Ge ett exempel på uppkomsten av en ny gen
- Nu finns det många väl studerade exempel. Generellt sett är denna idé ganska gammal, redan på 1930-talet föreslog den stora biologen, genetikern John Haldwin att dubblering, det vill säga duplikering av gener, spelar en viktig roll i framväxten av evolutionära innovationer. Och under de senaste åren, i samband med utvecklingen av molekylär genetik, läsningen av genom har det dykt upp många övertygande exempel, bra illustrationer av hur detta faktiskt händer. En av de ljusaste är förknippad med utvecklingen av färgvision hos däggdjur, eller snarare, ännu bredare, i terrestriska ryggradsdjur. När terrestriska ryggradsdjur först dök upp och kom till land under Devoniska perioden, hade de fortfarande den så kallade tetrokromatiska visionen, som uppstod på fisknivån. Vad betyder det? Färgsyn bestäms av ljuskänsliga proteiner i näthinnan - det finns sådana konceller,som är ansvariga för färgvision och i dessa kottar finns det ljuskänsliga proteiner som kallas opsins. Fisken från vilka ryggradsdjuren utvecklades, och de första landliga ryggradsdjuren hade fyra sådana opins. Varje opsin är inställd på en specifik våglängd.
Kan vi säga att fisken ser exakt fyra färger?
Kampanjvideo:
- Detta betyder inte att en given opsin bara reagerar på en given våg, det betyder att en given våglängd lockar detta opsin mest, och ju mer våglängden skiljer sig, desto svagare reagerar den. Det tetrakromatiska färgsynssystemet är ett mycket bra system, det ger en mycket tydlig åtskillnad av nyanserna i hela spektrumet, och i många moderna ryggradsdjur har det bevarats, till exempel hos fåglar. Fåglar är bra på att skilja färger, tydligen bättre än vi är. Många kan se i det ultravioletta området, vissa arter har UV-mönster på sin fjäderdräkt. Och kanske fåglarna tyckte att systemet med färgöverföring av våra tv-apparater och bildskärmar var extremt dåligt. Eftersom vi använder ett trikromatiskt system, blandar vi tre färger - vår vision är ordnad på samma sätt. Fågeln har fyra, inte tre.
Det vill säga att människor i jämförelse med fåglar ser världen mer primitiv
- Ur fåglarnas synvinkel är vi lite färgblinda. Hos människor är, som sagt, det trikromatiska systemet tre opins, anpassade till tre olika vågor. En för blå, en annan för grön och den tredje skiftade mot gult. Men det mest intressanta är att andra däggdjur, förutom människor och apor, har dikromatisk syn, de har bara två opins. De har inte en tredje, som är närmast spektrumets röda ände, och de skiljer därför blått från grönt, men de skiljer inte grönt från rött. Hur kom det till? Varför förlorade däggdjur två opins?
Det är känt att förfäderna hade fyra och däggdjur har två opiner. Uppenbarligen var förlusten av två opins förknippade med det faktum att däggdjur bytte till en nattlig livsstil i gryningen av sin historia. Varför bytte de till en nattlig livsstil? Detta berodde på varvtalen i en lång konkurrens mellan de två huvudsakliga evolutionära linjerna för markbundna ryggradsdjur. Dessa linjer, de kallas synapsid och diapsid. Synapsidlinjen är djurliknande ödlor, djurliknande reptiler. Och denna grupp var dominerande bland markbunden ryggradsdjur i forntida tider, under Perm-perioden för mer än 250 miljoner år sedan. Sedan under triasperioden hade de starka konkurrenter, företrädare för diapsidlinjen. I moderna djur tillhör alla reptiler, krokodiler, ödlor och fåglar till diapsidlinjen. Under triasperioden dök aktiva rovdjur upp, kör snabbt, inklusive på två ben. Diapsid reptiler, krokodiler började tränga ut våra förfäder till synapsid eller djur-tandade reptiler. Och denna tävling slutade till en början inte till förmån för våra förfäder. I slutet av triasperioden dök snabba diapsida reptiler upp, de födde en ny grupp, en ny grupp kom från dem - dinosaurier, som under en mycket lång tid blev de dominerande rovdjur och växter på hela planeten. De ockuperade nischar hela dagen, djurnischer i storstorleksklassen. I slutet av triasperioden dök snabba diapsida reptiler upp, de gav upphov till en ny grupp, en ny grupp uppstod från dem - dinosaurier, som under en mycket lång tid blev de dominerande rovdjur och växter på hela planeten. De ockuperade nischar hela dagen, djurnischer i storstorleksklassen. I slutet av triasperioden dök snabba diapsida reptiler upp, de födde en ny grupp, en ny grupp kom från dem - dinosaurier, som under en mycket lång tid blev de dominerande rovdjur och växter på hela planeten. De ockuperade nischar hela dagen, djurnischer i storstorleksklassen.
Synapsidlinjen tvingades gå in på natten, under jorden, de krossade. Under Permian-perioden fanns det gigantiska synapsid-reptiler, i slutet av triasperioden återstod en liten sak. Samtidigt, i slutet av triasperioden, avslutades processen för den så kallade däggdjursaniseringen av synapsidreptiler, det vill säga grovt sett, de första däggdjuren dök upp. Alla de andra synapsida reptilerna utrotades, och en grupp blev däggdjur och de överlevde. Men de överlevde och blev små och nattliga. Under jura- och kretttiderna var däggdjur nattliga - de såg ut som ett slags skruvar, möss. Eftersom de var nattliga blev färgsyn nästan värdelös för dem. Eftersom kottarna fortfarande inte fungerar på natten, kunde naturligt urval inte stödja fyra beskrivande, tetrokromatiska syn,eftersom den visionen inte behövdes.
Naturligt val kan inte se in i framtiden, det fungerar så här: antingen använder du genen eller så förlorar du den. Om inte genen behövs här och nu, elimineras inte mutationerna som uppstår och förstör den genom selektion, och genen förr eller senare misslyckas.
Förlusten av gener syftar troligen till att bevara alla krafter i kroppen, på maximal ekonomi, maximal effektivitet, det vill säga ingenting bör fungera ledigt i vår kropp
- I princip ja, naturligtvis, detta är ekonomi - överskott av protein syntetiseras inte. Jag måste säga att i allmänhet syntetiseras en hel del överskottsproteiner i kroppen, som har blivit onödiga, men ännu inte haft tid att dö av, detta händer inte så snabbt, men i slutändan händer det. Först trodde man att båda opsingenerna förlorades av förfäderna till däggdjur eller de första däggdjurna mycket snabbt och praktiskt taget samtidigt. Nu i platypus genomet - och detta är en representant för de mest primitiva däggdjur, finns det en av de förlorade generna. Det vill säga, har platypusen ytterligare tre opins, medan mer avancerade däggdjur bara har två. Genen försvann, i sin tur. Den gemensamma förfäder till däggdjur hade fortfarande tre opiner, och morkakor och pungdjur, med undantag av oviparös platypus och echidna, bara två opsins.
Hur återvände då våra förfäder, apor, sin trikromatiska syn? Och här fungerade genduplikationsmekanismen just. När dinosauriens era slutade och däggdjur kunde bli dagliga igen, stannade de kvar med sin dikromatiska vision, för det fanns ingenstans att ta de förlorade generna.
Och detta fortsätter i de flesta grupper av däggdjur, även om det skulle vara användbart för dem att skilja färger, men det finns ingenstans att ta genen. Men förfäderna till aporna i Gamla världen hade tur. De hade en av de återstående två opsingenerna som genomgick duplikering, duplikering och naturlig selektion ställde snabbt in två kopior av den resulterande genen till olika våglängder. Det tog bara tre mutationer för att göra det - att ersätta tre aminosyror i ett protein, en ganska liten förändring. En liten operation, på grund av vilken våglängden som en av opinerna reagerar på har flyttats till den röda sidan. Detta räcker för att vi ska kunna skilja mellan rött och grönt. Detta gjorde det möjligt för förfäderna till de gamla aporna i Gamla världen att byta till att äta frukt och färskt blad i tropiska skogar: det är mycket viktigt att skilja röd från grönt,mogna frukter från omogna och unga blad från gamla blad.
Men detta hände bara med aporna i den gamla världen. Detta är en lycklig händelse - dupliceringen av genen inträffade i förfäderna till aporna i Gamla världen efter att Amerika skilde sig från Afrika och simmade, mellan dem var Atlanten. Amerikanska apor var otur och de flesta av dem satt kvar med dikromatisk syn. Och de lever fortfarande så här. Naturligtvis skulle det också vara användbart för dem att skilja röd från gröna frukter, men vad kan du göra om det inte finns någon gen.
Det visar sig att aporna i den nya världen inte skiljer mellan rött och grönt, gör misstag, äter någonting?
- Det visar sig här. Det är kanske därför att aporna i Gamla världen blev människor och aporna i den nya världen inte.
Författare: Olga Orlova