Все вы наверно знакомы с концепцией эгоистичного гена. Особенно если читали Докинза (соболезную). Конечно в природе гены работают не совсем так, как описывал он, но тем не менее самое важное, что нужно знать - ген зачастую заботится только о копировании самого себя. То есть банально "хочет" размножаться.
Конечно же, никакого желания или сознания у генов нет. Такое "поведение", когда один ген забирает на себя слишком много ресурсов для своей передачи далее, обусловлено банальной химией. Вы же не говорите, что молекула кислоты хочет прореагировать с молекулой щелочи, чтобы получить соль? Очевидно нет, ведь реакция нейтрализации - это одно из химических свойств, обусловленное строением молекул и не более. Как и любой другой химический движ.
Однако же, в случае эгоистичного гена есть несколько серьезных проблем. В частности, такие генетические элементы могут сеять эволюционный хаос, снижать фертильность потомства, вызывать и поддерживать мутации, и так вплоть до вымирания. Ведь гену глубоко по барабану, выживешь ты или нет - главное, что он смог передать свою копию, посредством банальной химии.
Биологи из Университета Рочестера, в том числе Аманда Ларракуэнте, профессор биологии, и Дэвен Пресгрейвз, профессор биологии в деканате университета, впервые использовали популяционную геномику, чтобы пролить свет на эволюцию и последствия эгоистичного генетического элемента, известного как нарушитель сегрегации (SD). И да, это долбанный хардкор!
В статье, опубликованной в журнале eLife, исследователи сообщают, что SD вызвал резкие изменения в организации хромосом и генетическом разнообразии. А к чему это привело, вы сейчас и узнаете.
Исследователи использовали дрозофил в качестве модельных организмов для изучения SD, эгоистичного генетического элемента, который искажает правила справедливой генетической передачи наследственной инфы. Плодовые мушки имеют около 70 процентов тех же генов, которые вызывают заболевания человека, и, поскольку у них такие короткие репродуктивные циклы — менее двух недель, — ученые могут создавать поколения мух за относительно короткий промежуток времени. И конечно по пути экстраполировать полученные результаты исследований в том числе и на человека. Такие дела!
Оказалось, что самки мух передают зараженные SD хромосомы примерно 50 процентам своего потомства, как и ожидалось в соответствии с законами наследования Менделя. Все ведь в школке учились? Мужчины же, однако, передают SD-хромосомы почти 100 процентам своего потомства, потому что SD убивает любые сперматозоиды, которые не несут эгоистичный генетический элемент. То есть получается, что ген каким-то магическим образом видит, что может не передаться потомству из-за более чистого конкурента, и потому этого конкурента уничтожает? Молекулярного киллера что ли нанимает? Как SD это делает?
А дело тут в том, что он превратился в то, что исследователи называют "суперген" — в скопление эгоистичных генов в одной хромосоме, которые наследуются вместе. Короче чуваки валят конкурентов толпой. Сей движ еще называется доминантным эпистазом, когда доминантный аллель ломает работу гена неаллельному ему.
Исследователи десятилетиями знали, что SD эволюционировал, чтобы сформировать суперген - сие действо как бы и не секрет вообще. Но это первый случай, когда они использовали то, что известно как популяционная геномика — изучение общегеномных закономерностей вариаций последовательностей ДНК среди индивидуумов в популяции - для изучения динамики, эволюции и долгосрочных последствий SD на эволюцию генома. Ну короче просто наплодили кучу поколений мух и из поколения в поколение смотрели, как суперген ЗВЕРЕЛ ПРЯМО НА ГЛАЗАХ. Думаю Кроненберг бы одобрил.
"Это первый случай, когда кто-либо секвенировал целые геномы SD-хромосом и, следовательно, смог сделать выводы как об истории, так и о геномных последствиях того, чтобы быть супергеном", - говорит профессор Пресгрейвз в своей публикации. Кстати, если хотите истинного хардкора, то внизу будет ссылка на научную публикацию, вдруг вам голову поломать охота.
Преимущество того, чтобы быть супергеном, заключается в том, что несколько генов могут действовать вместе, вызывая почти идеальную передачу SD потомству. К примеру, несколько таких злых генов могут мешать кроссинговеру при мейозе, что исключает перемешивание генетического материала - рекомбинацию. Из-за этого механизма SD может попасть в сперматозоид практически в доминантном и неизменном виде. И конечно же передаться дальше еще более целым уже в следующем поколении. Однако, как обнаружили исследователи, у того, чтобы быть супергеном, есть серьезные недостатки, в том числе и для самого SD. Но очевидно, так как у этого кластера генов нет мозгов, он эти недостатки не прогнозирует.
При половом размножении хромосомы матери и отца обмениваются генетическим материалом, создавая новые генетические комбинации, уникальные для каждого потомства. В большинстве случаев хромосомы выстраиваются правильно и пересекаются - это очень модно было делать еще у полиплоидных архей до первой кислородной катастрофы 2,3 миллиарда лет назад. Ученые давно признали, что обмен генетическим материалом путем скрещивания, известный как рекомбинация, жизненно важен, поскольку он позволяет естественному отбору устранять вредные мутации и способствовать распространению полезных мутаций. Полезная штука, не так ли? Главное без инцеста обойтись, а там уж пляшем от того генетического материала, который есть.
Однако, как показали исследователи, одной из основных издержек почти идеальной передачи SD является то, что он не подвергается рекомбинации, как я уже подметил выше. Защитился, зараза.
Эгоистичный генетический элемент получает краткосрочное преимущество в передаче, отключая рекомбинацию, чтобы гарантировать, что он будет передан всем потомкам в следующем поколении. Но SD не ориентирован на будущее: предотвращение рекомбинации привело к накоплению SD гораздо более вредных мутаций по сравнению с нормальными хромосомами. Думаю вы понимаете почему - ведь при копировании ДНК возможны ошибки, а если нет рекомбинации и выбора между различными аллелями одного гена то, мутации накапливаются от отца к сыну, от сына к внуку. И в какой-то момент получается нерабочая кракозябра, которая банально уже не может вылупиться из яйца. Press of to pay respects!
"Без рекомбинации естественный отбор не может эффективно удалять вредные мутации, поэтому они могут накапливаться в SD-хромосомах", - говорит профессор Ларракуэнте. "Эти мутации могут быть теми, которые нарушают функцию или регуляцию генов". К примеру могут заруинить целую хромосому! И прикиньте, это всего лишь из-за небольшого кластера неироничных эгоистичных генов!
И да, судя по результатам работы хромосомы с накапливающим мутации SD из поколения в поколение подвергались всё более сильной дегенерации. А это, в свою очередь, постепенно делило на ноль всю популяцию плодовых мушек. Такие вот "супергены" эти ваши на поверку оказались.
Так что когда вам будут говорить, что эволюция настроена настолько точно и четко, потому что это всё разумный замысел, то спросите этого человека, почему за последние 3,6 миллиарда лет "создатель" так этого эгоистичного бага так и не пофиксил? ХЕХЕХЕХЕ =)
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ, ЕСЛИ ХОТИТЕ СТРАДАТЬ!
