Коллектив авторов - Эволюция. От Дарвина до современных теорий [litres]

Кому нужны новые гены?

Организмам не обязательно образовывать новые гены, чтобы выполнять новые функции или создавать новые части тела. В разных частях организма идентичные белки играют разные роли, а один ген может производить множество белков.

Альтернативный сплайсинг РНК, включающий в себя какие-то конкретные части гена, может генерировать целое разнообразие белков. Исследования показывают, что альтернативный сплайсинг встречается у людей гораздо чаще, чем предполагалось, а большинство генов продуцировало по меньшей мере два варианта. Человеческий ген bn2 может производить более 2000 различных белков, некоторые из которых не обладают никакими сходствами. Ген Dscam у дрозофилы способен образовывать впечатляющее количество вариантов – целых 38 000.

Но это еще не все. Можно одновременно редактировать РНК в двух разных генах для создания нового белка. Данный процесс называется транс-сплайсингом, и он способен значительно увеличить количество возможных белков.

5000 год до н. э.

Люди начинают разбираться в наследовании, когда переходят на селекционное разведение полезного домашнего скота и сельско-хозяйственных культур (кукуруза, пшеница, рис).

400 год до н. э.

Древнегреческие философы рассматривают механизмы наследования человека.

Гиппократ полагает, что материалом для наследственности служат крошечные частицы в организме, которые накапливаются в семенной жидкости родителей. Эти частицы смешиваются для создания признаков потомков.

1859

Чарльз Дарвин публикует «Происхождение видов» – собственное объяснение эволюции через естественный отбор. В книге содержится множество примеров того, как непостоянные признаки распространяются внутри популяции, но не приводится объяснения механизма их передачи.

1866

Августинский монах Грегор Мендель публикует подробные исследования по наследованию в растениях гороха и закладывает фундамент для современной генетики. Более трех десятилетий результаты его работ будут незамеченными.

1868

Дарвин публикует работу «Изменение животных и растений в домашнем состоянии», в которой излагает свою гипотезу о пангенезисе – процессе, при котором частицы под названием «геммулы» передают признаки организма своим потомкам.

1900

Голландские и немецкие ботаники повторно открывают законы Менделя о наследовании.

1905–1906

Биолог Уильям Бэтсон, главный сторонник работ Менделя, придумывает термин «генетика». Вскоре разрабатывается концепция гена.

1920-е

Новая область популяционной биологии начинает объединять идеи Дарвина и Менделя, определяя, как эволюция может работать на уровне генов.

1937

Феодосий Добржанский развивает современный синтез, определяя эволюцию следующими генетическими терминами: «изменение частоты аллеля [генного типа] в генофонде».

1942

Эрнст Майр обобщенно объясняет эволюцию новых видов. Например, когда географический барьер делает популяцию генетически несовместимой с исходными видами.

1944

Было доказано, что ДНК является материалом наследственности, а не белком, как это считалось ранее.

1951

Розалинд Франклин впервые получает изображения ДНК. Двумя годами позже Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определяют структуру двойной спирали ДНК.

1990

Запускается проект «Геном человека». Проект завершится 13 лет спустя, когда будет обнаружена полная последовательность. Затем последуют исследования геномов многих других организмов.

Эволюции нужен материал для работы. На протяжении многих миллионов лет после образования Земли наша планета была безжизненным местом с невыносимыми условиями. Затем, около 3,8 миллиарда лет назад, когда поверхность Земли остыла и образовались океаны, произошло нечто удивительное. Из первоначальных химических веществ на Земле возникла некая сущность, способная к самовоспроизведению. Так зародилась жизнь. Но как же именно это произошло?

К аким же был последний общий предок всего живого? И как именно он жил? Возможно, это так и останется тайной. Однако исследователи уже начали изучать эту давно утраченную форму жизни.

Единственное, что мы знаем точно, – это то, что жизнь возникла в промежутке между формированием Земли (4,5 миллиарда лет назад) и появлением первых достоверных окаменелостей (порядка 3,4 миллиарда лет назад).

В 1859 году Дарвин опубликовал книгу «Происхождение видов», целая глава которой была посвящена проблеме отсутствия «промежуточных звеньев» – переходных форм, которые преодолели эволюционные разрывы между близкородственными видами. Если его теория верна, то ископаемые находки должны были пестреть этими звеньями. Но где же они?

Тогда это действительно была проблема, поскольку было найдено сразу несколько таких окаменелостей. Затем, в 1861 году, произошло знаменательное открытие – археоптерикс с крыльями и перьями птицы, а зубами и хвостом динозавра.

С тех пор мы обнаружили множество промежуточных звеньев: рыба, которая могла ползать, ящерицы с челюстями млекопитающих, киты с ногами, жирафы с короткими шеями и многие другие.

Но все же есть один экземпляр, который мы вряд ли когда-либо найдем, – связующее звено между самой древней протожизнью и жизнью в известном нам понимании, также известный как последний универсальный общий предок, или LUCA.

LUCA жил около 4 миллиардов лет назад и представлял собой крошечную и хрупкую форму жизни, ставшую прямым предком для каждого живого существа – от трубкозубов до зебр. LUCA не был самой первой жизнью на Земле; его появлению предшествовали тысячи, если не миллионы лет эволюционных экспериментов. Но изучение LUCA даст нам больше понимания происхождения жизни.

Мы уже знаем удивительно много. Несмотря на то, что все окаменевшие следы LUCA были, скорее всего, стерты эоны назад, сегодня мы все-таки можем найти указания на него в каждой живой клетке, включая нашу собственную. Клетки используют тот же генетический код, заключенный в ДНК. Таким образом, возникает предположение о том, что предок всего живого, LUCA, был сделан из ДНК.

Сначала эта идея породила проблему курицы и яйца. Все формы жизни на Земле пользуются белками для выполнения своих базовых функций, включая создание ДНК и выполнение ее кода. Сами же белки сделаны из шаблонов ДНК, так что без ДНК нет белков. Так что же появилось первым?

Как оказалось, ни то ни другое. РНК является близким родственником ДНК. Она также находится во всех живых клетках и также несет в себе генетический код. Но в отличие от ДНК молекулы РНК имеют собственный инструментарий, выступая в роли ферментов и катализируя химические реакции. Наша самая свежая и лучшая теория о происхождении жизни, известная как «гипотеза РНК-мира», утверждает, что генетический код зародился из «первичного бульона» РНК-молекул, которые со временем породили ДНК и образовали первые клетки. И правда: не все жизненные формы выполнили этот переход, а некоторые вирусы все еще основаны на РНК.