I lang tid forble spørsmålet om hvordan, som et resultat av tilfeldige forandringer (mutasjoner) i genomet til levende ting, ny informasjon dukker opp. Imidlertid var forskere fremdeles i stand til å finne ut hvordan utvidelsen og påfyllingen av genomet skjer. En av de viktigste mekanismene for å skaffe ny informasjon er prosessen med gent duplisering
På bildet: skallet ørn. Han ser verden i et bredere spekter av farger enn en person.
Alexander Markov, doktor i biologiske vitenskaper, ledende forsker ved det paleontologiske instituttet ved det russiske vitenskapsakademiet, forteller om ham.
Hvordan lar nye funn innen genetikk oss forstå mekanismen for utseendet til nye gener og nye egenskaper i kroppen?
- Et av de mest typiske argumentene til mennesker som benekter evolusjon høres ut som dette: vi kan ikke forestille oss hvordan ny informasjon kan oppstå som et resultat av tilfeldige mutasjoner i genomet. Det virker for mange intuitivt at tilfeldige endringer som er gjort, for eksempel til noen tekst, ikke kan lage ny informasjon. De kan bare bringe støy eller kaos. I mellomtiden er vitenskapen i dag allerede veldig godt klar over hvordan det i løpet av evolusjonen vises ny informasjon i genomet, nye gener, nye funksjoner, nye egenskaper i en organisme, og så videre. Og en av de viktigste mekanismene for fremveksten av ny genetisk informasjon er duplisering av gener og den påfølgende funksjonsdelingen mellom dem. Ideen er veldig enkel: det var ett gen, nå er det to som et resultat av en tilfeldig mutasjon. Til å begynne med er genene de samme. Og så, som et resultat av akkumulering av tilfeldige mutasjoner i to kopier av dette genet, blir de litt forskjellige, og det er en sjanse for at de vil dele funksjoner seg imellom.
Gi et eksempel på fremveksten av et nytt gen
- Nå er det mange godt studerte eksempler. Generelt sett er denne ideen ganske gammel, allerede på 1930-tallet antydet den store biologen, genetikeren John Haldwin at duplisering, det vil si duplisering av gener, spiller en viktig rolle i fremveksten av evolusjonære innovasjoner. Og de siste årene, i forbindelse med utviklingen av molekylær genetikk, lesingen av genomer, har det dukket opp mange overbevisende eksempler, gode illustrasjoner av hvordan dette faktisk skjer. En av de lyseste er assosiert med utviklingen av fargesyn hos pattedyr, eller rettere sagt, enda mer bredt, i terrestriske virveldyr. Da terrestriske virveldyr først dukket opp, kom til land i Devon-perioden, hadde de fortsatt det såkalte tetrokromatiske synet, som oppsto på fiskenivå. Hva betyr det? Fargesyn bestemmes av lysfølsomme proteiner i netthinnen - det er slike kjegleceller,som er ansvarlige for fargesyn og i disse kjeglene er det lysfølsomme proteiner kalt opsins. Fisken som virveldyrene utviklet seg fra, og de første terrestriske virveldyrene hadde fire slike opsins. Hver opsin er innstilt på en spesifikk bølgelengde.
Kan vi si at fisk ser nøyaktig fire farger?
Salgsfremmende video:
- Dette betyr ikke at en gitt opsin bare reagerer på en gitt bølge, det betyr at en gitt bølgelengde begeistrer denne opsinen mest, og jo mer bølgelengden skiller seg, jo svakere reagerer den. Det tetrakromatiske fargesynssystemet er et veldig godt system, det gir et veldig tydelig skille mellom nyanser i hele spekteret, og i mange moderne virveldyr har det blitt bevart, for eksempel hos fugler. Fugler er flinke til å skille farger, tilsynelatende bedre enn vi er. Mange kan se i det ultrafiolette området, noen arter har UV-mønstre på fjærdrakten. Og kanskje syntes fuglene systemet med fargeoverføring av TV-ene og skjermene ekstremt dårlig. Fordi vi bruker et trikromatisk system, ved å blande tre farger - synet vårt er ordnet på samme måte. Fuglen har fire, ikke tre.
Det vil si at mennesker i sammenligning med fugler ser verden mer primitiv
- Fra fuglens synspunkt er vi litt fargeblinde. Hos mennesker er som sagt det trikromatiske systemet tre opins, innstilt på tre forskjellige bølger. En for blå, en for grønn og den tredje forskjøvet mot gult. Men det mest interessante er at andre pattedyr, foruten mennesker og aper, har dikromatisk syn, de har bare to opiner. De har ikke en tredje, som ligger nærmest den røde enden av spekteret, og de skiller derfor blå fra grønn, men de skiller ikke grønn fra rød. Hvordan ble det til? Hvorfor mistet pattedyr to opiner?
Det er kjent at forfedrene hadde fire, og pattedyr har to opiner. Tilsynelatende var tapet av to opiner assosiert med det faktum at pattedyr byttet til en nattlig livsstil i begynnelsen av deres historie. Hvorfor byttet de til en nattlig livsstil? Dette skyldtes omskiftningene i en lang konkurranse mellom de to viktigste evolusjonslinjene for terrestriske virveldyr. Disse linjene kalles de synapsid og diapsid. Synapsidlinjen er dyrelignende øgler, dyrelignende krypdyr. Og denne gruppen var dominerende blant terrestriske virveldyr i gamle tider, i Perm-perioden, for mer enn 250 millioner år siden. Da i triasperioden hadde de sterke konkurrenter, representanter for den diapsidlinjen. Hos moderne dyr tilhører alle krypdyr, krokodiller, øgler og fugler den diapside linjen. I triasperioden dukket det opp aktive rovdyr som løp raskt, inkludert på to ben. Diapsid reptiler, krokodiller begynte å folke ut forfedrene våre til synapsid eller dyretannede reptiler. Og denne konkurransen endte med det første ikke til fordel for våre forfedre. På slutten av triasperioden dukket det opp hurtigkjørende diapsid-krypdyr, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurer, som i veldig lang tid ble de dominerende rovdyr og planteetere på hele planeten. De okkuperte hele dagen nisjer, dyr nisjer i stor størrelse klassen. På slutten av triasperioden dukket det opp hurtigkjørende diapsid-krypdyr, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurer, som i veldig lang tid ble de dominerende rovdyr og planteetere på hele planeten. De okkuperte hele dagen nisjer, dyr nisjer i stor størrelse klassen. På slutten av triasperioden dukket det opp hurtigkjørende diapsid-krypdyr, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurer, som i veldig lang tid ble de dominerende rovdyr og planteetere på hele planeten. De okkuperte hele dagen nisjer, dyr nisjer i stor størrelse klassen.
Synapsidlinjen ble tvunget til å gå inn i natten, under jorden, knuste de. I Perm-perioden var det gigantiske synapsid-reptiler, mot slutten av triasperioden gjensto en liten ting. På slutten av triasperioden ble prosessen med den såkalte pattedyrbehandlingen av synapsid-reptiler fullført, det vil si grovt sett, de første pattedyrene dukket opp. Alle de andre synapside reptilene ble utdødd, og den ene gruppen ble pattedyr og de overlevde. Men de overlevde, og ble små og nattlige. Gjennom hele jura- og krittperioden var pattedyr nattlige - de så ut som en slags skjær, mus. Siden de var nattlige, ble fargesyn nesten ubrukelig for dem. Fordi kjeglene fremdeles ikke fungerer om natten, kunne naturlig utvalg ikke støtte fire beskrivende, tetrokromatisk syn,fordi den visjonen ikke var nødvendig.
Naturlig seleksjon kan ikke se inn i fremtiden, det fungerer slik: enten bruker du genet, eller så mister du det. Hvis genet ikke er nødvendig her og nå, elimineres ikke mutasjonene som oppstår og ødelegger det ved seleksjon, og genet mislykkes før eller siden.
Tapet av gener er sannsynligvis rettet mot å bevare eventuelle krefter i kroppen, på maksimal økonomi, maksimal effektivitet, det vil si at ingenting skal fungere ledig i kroppen vår
- I prinsippet, ja, selvfølgelig, dette er økonomi - overflødig protein syntetiseres ikke. Jeg må si at generelt syntetiseres mye overflødige proteiner i kroppen, som har blitt unødvendige, men ennå ikke har hatt tid til å dø av, dette skjer ikke så raskt, men til slutt skjer det. Først trodde man at begge opsingenene gikk tapt av forfedrene til pattedyr eller de første pattedyrene veldig raskt og praktisk på samme tid. Nå i platypus genomet - og dette er en representant for de mest primitive pattedyrene, er det et av de tapte genene. Det vil si at platypusen har tre flere opins, mens mer avanserte pattedyr bare har to. Genene gikk tapt, dermed igjen. Den vanlige stamfaren til pattedyr hadde fremdeles tre opiner, og morkaker og pungdyr, unntatt oviparus platypus og echidna, bare to opsins.
Hvordan fikk da våre forfedre, aper, tilbake sin trikromatiske visjon? Og her virket gentuplikasjonsmekanismen. Da dinosaurenes tid tok slutt og pattedyr var i stand til å bli daglige igjen, forble de med sitt dikromatiske syn, fordi det ikke var noen steder å ta de tapte genene.
Og dette fortsetter i de fleste grupper av pattedyr, selv om det ville være nyttig for dem å skille farger, men det er ingen steder å ta genet. Men forfedrene til apene i den gamle verden var heldige. De hadde en av de gjenværende to opsingenene som gjennomgikk duplisering, duplisering og naturlig seleksjon raskt innstilt to kopier av det resulterende genet til forskjellige bølgelengder. Det tok bare tre mutasjoner for å gjøre det - å erstatte tre aminosyrer i et protein, en ganske liten forandring. En liten operasjon, på grunn av hvilken bølgelengden som en av opinene reagerer på har skiftet til den røde siden. Dette er nok til at vi kan skille mellom rødt og grønt. Dette gjorde det mulig for forfedrene til de første apene i den gamle verdenen å bytte til å spise frukt og friskt løvverk i tropiske skoger: det er veldig viktig å skille rødt fra grønt,moden frukt fra umodne og unge blader fra gamle blader.
Men dette skjedde bare med apene i den gamle verdenen. Dette er en lykkelig hendelse - dupliseringen av genet skjedde i forfedrene til apene i den gamle verdenen etter at Amerika ble skilt fra Afrika og svømmet, mellom dem var Atlanterhavet. Amerikanske aper var uheldige, og de fleste satt igjen med dikromatisk syn. Og de lever fortsatt slik. Selvfølgelig ville det også være nyttig for dem å skille rød fra grønne frukter, men hva kan du gjøre hvis det ikke er noe gen.
Det viser seg at apene i den nye verdenen ikke skiller mellom rødt og grønt, gjør feil, spiser noe?
- Det viser seg slik. Kanskje det var grunnen til at apene i den gamle verden ble mennesker, og apene i den nye verden ikke.
Forfatter: Olga Orlova
