Эволюция - это куда более сложный процесс, чем представляют себе большинство людей. Потому что помимо мутаций и естественного отбора в эволюционном процессе участвуют и другие разнообразные факторы, в том числе горизонтальный перенос генов.
Так вот. Наряду с собственно ДНК большое влияние на развитие живых организмов оказывают эпигенетические процессы, включающие и отключающие эту самую ДНК. Происходит это благодаря особым молекулам – эпигенетическим меткам. У эукариот (организмов с ядрами в клетках) эту роль обычно играют C5-метилцитозин (5mC) и, несколько реже, N6-метиладенин (6mA). У бактерий в дополнение к первым двум имеется еще и N4-метилцитозин (4MC).
Недавно американские ученые из Морской биологической лаборатории (Marine Biological Laboratory, MBL) обнаружили новый сорт важных для эволюции эпигенетических меток у бделлоидных коловраток. Но более всего интересен тот факт тем, что подобные метки раньше наблюдались только у бактерий.
Для начала напомним, кто такие коловратки. Это микроскопические полупрозрачные животные, которые имеют ресничный аппарат впереди - т.н. "коловращатель", который им нужен для питания и передвижения в водной среде. Интересно также и то, что коловратки, хотя и являются очень примитивными животными, имеют выраженный (или не очень) половой диморфизм и способны к полноценному половому размножению.
А ещё бделлоидные коловратки (бделлоидные - это такая группа) – довольно живучие существа. В 2015 году из вечной мерзлоты, добытой в середине Якутии, вытаяли замороженную коловратку, которая провела во льдах более 20 тысяч лет. После разморозки она поела и принялась размножаться.
“Мы обнаружили еще в 2008 году, что бделлоидные коловратки очень хорошо улавливают чужеродные гены”, - сказала старший автор Ирина Архипова, старший научный сотрудник Центра Джозефины Бэй Пол при MBL. “Что мы здесь обнаружили, так это то, что коловратки около 60 миллионов лет назад случайно захватили бактериальный ген, который позволил им ввести новую эпигенетическую метку, которой раньше не было”. Это первый случай, когда было показано, что горизонтально перенесенный ген изменяет систему регуляции генов у эукариот.
Считается, что горизонтально переносимые гены преимущественно являются операционными генами, а не регуляторными генами. Трудно представить, как один горизонтально перенесенный ген сформирует новую регуляторную систему, потому что существующие регуляторные системы уже очень сложны.
“Это почти невероятно”, - сказала соавтор исследования Ирина Юшенова. Просто попытайтесь представить, что когда-то в прошлом кусочек бактериальной ДНК случайно слился с кусочком эукариотической ДНК. Оба они соединились в геноме коловратки и образовали функциональный фермент. Это не так-то просто сделать, даже в лаборатории, и это произошло естественным образом. А затем этот сложный фермент создал эту удивительную регуляторную систему, и коловратки смогли начать использовать его для управления всеми этими прыгающими транспозонами. Это похоже на волшебство.
Итак, ещё раз. Животные-коловратки берут гены у бактерий и встраивают их в свою ДНК, изменяя её. То есть гены передаются не от материнского организма к дочернему и даже не между двумя видами. Гены передаются между ядерными организмами и организмами, не имеющими клеточного ядра. Между бактериями и эукариотами, принципиально по-разному устроенными существами.
Это действительно просто невероятно. Если бы больше организмов обладали такой возможностью, эволюцию бы это сделало абсолютно непредсказуемой. И это может быть отличным элементом какого-нибудь научно-фантастического мира. Писатели и фикрайтеры, берите себе это на заметку!
Еще слишком рано говорить о том, каковы могут быть последствия открытия этой новой эпигенетической системы у коловраток. “Хорошим сравнением является система CRISPR-Cas в бактериях, которая началась как фундаментальное исследовательское открытие. Теперь CRISPR-Cas9 повсеместно используется в качестве инструмента для редактирования генов в других организмах”, - сказал Родригес.
Эти открытия открывают пути для новых инструментов и направлений исследований для изучения функции генома и устойчивости организма. В будущем такие знания могут быть применены творческими способами для воздействия на общество в это время быстрых изменений окружающей среды.
Источники информации
Читайте также на партнёрском канале
#учёные #наука #открытия #бактерии #исследования #интересные факты