Hosszú ideig nyitva maradt a kérdés, hogy az élőlények genomjában való véletlenszerű változások (mutációk) eredményeként új információk jelennek meg. A tudósok azonban még mindig képesek voltak kitalálni, hogyan történik a genom kiterjedése és feltöltődése. Az új információk megszerzésének egyik legfontosabb mechanizmusa a génduplikáció folyamata
A képen: Kopasz sas. A világot széles színekben látja, mint egy ember.
Alexander Markov, a biológiai tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia Paleontológiai Intézetének vezető kutatója beszél róla.
Hogyan teszik lehetővé a genetika területén az új felfedezések megértését az új gének és új tulajdonságok megjelenésének mechanizmusa a testben?
- Az evolúciót tagadó emberek egyik legjellemzőbb érve így hangzik: nem tudjuk elképzelni, hogyan keletkezhet új információ a genom véletlenszerű mutációinak eredményeként. Intuitív szempontból soknak tűnik, hogy például a szövegre végrehajtott véletlenszerű változások nem hozhatnak létre új információt. Csak zajt vagy káoszt hozhatnak létre. Időközben a tudomány ma már nagyon jól tudja, hogy az evolúció során új információk jelennek meg a genomban, új gének, új funkciók, új tulajdonságok egy szervezetben stb. Az új genetikai információk megjelenésének egyik legfontosabb mechanizmusa a gének megkettőződése és a későbbi funkciók megoszlása közöttük. Az ötlet nagyon egyszerű: volt egy gén, most véletlenszerű mutáció eredményeként két van. Eleinte a gének ugyanazok. És akkor a véletlenszerű mutációk felhalmozódása eredményeként a gén két példányában kissé eltérőek lesznek, és van esély arra, hogy megosztják egymással a funkcióikat.
Adjon példát egy új gén megjelenésére
- Most sok jól megvizsgált példa található. Általában véve, ez az ötlet meglehetősen régi, vissza az 1930-as években, a nagy biológus, genetikus John Haldwin azt javasolta, hogy a duplikáció, azaz a gének másolása fontos szerepet játszik az evolúciós innovációk megjelenésében. Az utóbbi években a molekuláris genetika fejlesztésével, a genomok leolvasásával kapcsolatban számos meggyőző példa és jó példája jelent meg, hogy ez valójában hogyan történik. Az egyik legfényesebb az emlősökben, sőt, még tágabb értelemben a szárazföldi gerincesekben a színes látás fejlődésével társul. Amikor a szárazföldi gerincesek először megjelentek, és a devoni időszakban megérkeztek, még mindig fennállt az úgynevezett tetrochromatikus látás, amely a halak szintjén jelent meg. Mit jelent? A színlátást a retina fényérzékeny fehérjei határozzák meg - vannak ilyen kúpos sejtek,amelyek felelősek a színlátásért, és ezekben a kúpokban vannak fényérzékeny proteinek, az úgynevezett opsinok. A halakból, amelyekből a gerincesek fejlődtek ki, és az első szárazföldi gerinces állatoknak négy ilyen opsinja volt. Minden opszint egy adott hullámhosszra állítottak be.
Elmondhatjuk, hogy a halak pontosan négy színt látnak?
Promóciós videó:
- Ez nem azt jelenti, hogy egy adott opszin csak egy adott hullámra reagál, ez azt jelenti, hogy egy adott hullámhossz a legjobban gerjeszti ezt az opszint, és minél jobban különbözik a hullámhossz, annál gyengébben reagál. A tetrakromatikus színes látásrendszer nagyon jó rendszer, nagyon világos megkülönböztetést ad a teljes spektrum árnyalataiból, és sok modern gerincesben megőrizte, például a madarakban. A madarak nagyszerűen különböznek a színektől, látszólag jobbak, mint mi. Sokan láthatják az ultraibolya tartományban, egyes fajok UV tollat mutatnak a tollakon. És talán a madarak rendkívül rosszul találták a televízióink és a monitorok színátviteli rendszerét. Mivel trikromatikus rendszert használunk, három szín keverésével - látásunk ugyanúgy van elrendezve. A madárnak négy, nem pedig három.
Vagyis az emberek a madarakkal összehasonlítva primitívebben látják a világot
- A madarak szempontjából kissé vak vagyunk. Az emberekben, mint mondtam, a trikromatikus rendszer három opszin, három különböző hullámra hangolva. Az egyik kék, a másik zöld és a harmadik a sárga felé tolódott el. A legérdekesebb dolog az, hogy az emlősökön és a majmokon kívül más emlősök is látják a dikromatikus látást, csak két opszinuk van. Nincs olyan harmaduk, amely a spektrum vörös végéhez legközelebb van, ezért megkülönböztetik a kék és a zöld, de a zöld és a vörös között nincs különbség. Hogy történt? Miért vesztek emlősök két opszint?
Ismert, hogy az ősöknek négy volt, az emlősöknek pedig két opszinnak volt. Két látszólag két opszint elvesztése nyilvánvalóan azzal a ténygel társult, hogy az emlősök történelem hajnalán éjszakai életmódra váltottak. Miért váltottak át éjszakai életmódra? Ennek oka a szárazföldi gerinces állatok két fő evolúciós vonalának hosszú versenyének hibája volt. Ezeket a vonalakat synapsidnak és diapsidnek nevezik. A szinapszid vonal állati jellegű gyíkok, állati jellegű hüllők. És ez a csoport dominált a földi gerincesek körében az ősi időkben, a permi időszakban, több mint 250 millió évvel ezelőtt. Aztán a triász időszakban erős versenytársaik voltak, a diapids vonal képviselői. A modern állatokban az összes hüllő, krokodil, gyík és madár a diapids vonalba tartozik. A triász időszakban aktív ragadozók jelentkeztek, gyorsan futottak, többek között két lábon. A diaszid hüllők, krokodilok elkezdték kiszorítani a szinapszid vagy az állati fogakkal rendelkező hüllőink őseit. És ez a verseny eleinte az őseink javára ért véget. A triász időszak végén gyorsan futó diapsid hüllők jelentek meg, új csoportot teremtettek, egy új csoport jött létre rájuk - dinoszauruszok, amelyek hosszú ideje a domináns nappali ragadozók és növényevők az egész bolygón. Az összes nappali rést, az állati rést a nagy méretosztályban elfoglalták. A triász időszak végén gyorsan futó diapsid hüllők jelentek meg, új csoportot teremtettek, egy új csoport jött létre rájuk - dinoszauruszok, amelyek hosszú ideje a domináns nappali ragadozók és növényevők az egész bolygón. Az összes nappali rést, az állati rést a nagy méretosztályban elfoglalták. A triász időszak végén gyorsan futó diapsid hüllők jelentek meg, új csoportot teremtettek, egy új csoport jött létre rájuk - dinoszauruszok, amelyek hosszú ideje a domináns nappali ragadozók és növényevők az egész bolygón. Az összes nappali rést, az állati rést a nagy méretosztályban elfoglalták.
A zsinapsid vonalat arra kényszerítették, hogy éjszakára menjen, föld alatt, összetörtek. A permi időszakban óriási szinapszis hüllők voltak, a triász időszak végére egy kis dolog maradt fenn. Ugyanakkor a triász időszak végén befejeződött a szinapszid hüllők úgynevezett emlősödésének folyamata, vagyis durván szólva megjelent az első emlős. Az összes többi szinapszis hüllő kihalt, az egyik csoport emlősré vált és életben maradt. De túlélték, kicsivé és éjszakaivá váltak. A jura és a kréta időszakban az emlősök éjszakai voltak - valamiféle gacsnak, egereknek tűntek. Mivel éjjeli voltak, a színes látás szinte haszontalan lett számukra. Mivel a kúpok még mindig nem működnek éjszaka, a természetes szelekció nem tudta támogatni négy leíró, tetrochromatikus látást,mert erre a látásra nem volt szükség.
A természetes szelekció nem nézhet a jövőbe, így működik: vagy használja a gént, vagy elveszíti. Ha nincs szükség a génre itt és most, akkor a keletkező és elrontó mutációkat nem szüntetik meg szelekcióval, és a gén előbb vagy utóbb kudarcot vall.
A gének elvesztése valószínűleg arra irányul, hogy megőrizze a testben levő erőket, a maximális gazdaságosság mellett, a maximális hatékonyság mellett, vagyis hogy a testben semmi sem működhet alapjáraton
- Elvileg igen, természetesen ez gazdaságosság - a felesleges fehérjét nem szintetizálják. Azt kell mondanom, hogy általában sok felesleges fehérjét szintetizálnak a testben, amelyek feleslegessé váltak, de még nem volt idejük meghalni, ez nem történik meg olyan gyorsan, de végül is megtörténik. Eleinte azt hitték, hogy mindkét opsin gént az emlősök vagy az első emlősök ősei nagyon gyorsan és gyakorlatilag egy időben veszítették el. Most a platypus genomjában - és ez a legrövidebb emlősök képviselője - van az egyik elveszett gén. Vagyis a kacsacsőrűnek három további opsinja van, míg a fejlettebb emlősöknek csak kettőjük van. A gének tehát elvesztek. Az emlősök közös őse még mindig három opsinnal rendelkezik, míg a placenták és erszényes állatok, az oviparous platypus és az echidna kivételével, csak két opsinnal rendelkeznek.
Azután őseink, majmok hogyan visszanyerték trikromatikus látásukat? És itt a génduplikációs mechanizmus csak működött. Amikor véget ért a dinoszauruszok korszaka, és az emlősök ismét lehetőséget kaptak nappali részvételre, továbbra is dikromatikus látásuk maradt, mert sehol sem volt az elveszett gének.
És ez folytatódik az emlősök legtöbb csoportjában, bár hasznos lenne számukra a színek megkülönböztetése, ám a gént sehová nem veszik. De a régi világ majmok ősei szerencsések voltak. A fennmaradó két opszin gén közül az egyikben duplikáció, duplikáció és természetes szelekció történt, így a kapott gén két példányát különböző hullámhosszra hangoltuk. Ehhez csak három mutációra volt szükség - három fehérje helyettesítése egy fehérjében, ez egy nagyon csekély változás. Egy kis művelet, amelynek eredményeként a hullámhossz, amelyre az egyik opszin reagál, a piros oldalra tolódott. Ez elég ahhoz, hogy meg tudjuk különböztetni a vörös és a zöld színt. Ez lehetővé tette az ókori világ első majmok ősei számára, hogy a trópusi erdőkben gyümölcsöt és friss lombozatot váltsanak át: nagyon fontos megkülönböztetni a vörös és a zöld,érett gyümölcs éretlen és fiatal levelek a régi levelekből.
De ez csak a régi világ majmokkal történt. Ez egy boldog esemény - a gén megkettőződése az Óvilág majmok őseiben történt, miután Amerika Afrikától elválasztottak és úsztak, köztük az Atlanti-óceán. Az amerikai majmok nem voltak szerencsések és legtöbbjük dikromatikus látást kapott. És még mindig így élnek. Természetesen nekik is hasznos lenne megkülönböztetni a vörös és a zöld gyümölcsöt, de mit lehet tenni, ha nincs gén.
Kiderül, hogy az Új Világ majmok nem tesznek különbséget a vörös és a zöld között, hibáznak, esznek semmit?
- így kiderül. Talán ezért az Óvilági majmok emberekré váltak, az Új Világ majmok pedig nem.
Szerző: Orgava Olga