Care este utilizarea? Cum poate o mutație accidentală să devină outsideri în câștigători prosperi? Ce este mai important pentru evoluție - război sau cooperare?
Cartea lui Alexander Markov și Elena Naimark povestește despre cele mai recente cercetări ale geneticii moleculare și a descoperirilor paleontologilor care dau răspunsuri la aceste și multe alte întrebări despre schimbările în natură. Mii de descoperiri din vremea lui Darwin confirmă presupunerile strămoșilor teoriei evoluției; Noile date nu distrug deloc fundamentele teoriei evoluționiste, ci, dimpotrivă, le întăresc doar.
Rezervați: Evoluție. Idei clasice în lumina noilor descoperiri
Pianul în tufișuri sau variabilitatea ascunsă
Pianul în tufișuri sau variabilitatea ascunsă
Una dintre proprietățile fundamentale ale ființelor vii este imunitatea la zgomot. Multe zgomot aleator (ca intern - mutație și externă - fluctuațiile în condiții de mediu) sau în celălalt sens sunt compensate și nu afectează fenotipul sau a scăzut de fitness. Selectarea sprijină dezvoltarea unor adaptări care măresc rezistența fenotipului la interferențe, inclusiv la mutații. Un exemplu de o astfel de adaptare ar putea fi Chaperone proteine care ajuta pentru a lua configurația corectă tri-dimensională de alte proteine, inclusiv cele care nu pot face singur din cauza mutațiilor sau condiții necorespunzătoare. Despre chaperonii pe care i-am spus în cartea "Nașterea complexității".
Imunitatea cu zgomot conduce la faptul că mutațiile se acumulează în mod liber în populație, care până în prezent nu afectează starea de sănătate sau chiar nu apar deloc în fenotip. Aceste mutații rămân neutre până când toate sistemele de stabilizare ale corpului funcționează normal. Dar dacă unele dintre mecanismele care asigură imunitate de zgomot nu (din cauza unui impact extern puternic sau o mutație într-una dintre genele necesare pentru funcționarea acestui mecanism), toate acestea volatilitate latentă pot apărea dintr-o dată, iar apoi se vor Spike vizibile în populație (variabilă) explicită.
Variabilitatea ascunsă poate juca un rol important în evoluție, ajutând organismul să se adapteze. Unele mutații, care au fost neutre în condițiile anterioare, pot fi utile în schimbarea mediului. Cu cât sunt mai multe astfel de mutații acumulate în grupul de gene, cu atât mai multe șanse ca cel puțin unele dintre ele să fie utile în noile condiții.
Sa folosit ribozimul Azo. alcătuit din bacterii Azoarcus cu autoincinare. În genomul bacteriei, această intron-ribozimă este localizată în gena ARN de transport. Funcția sa în celula bacteriană este de a se auto-se taie din molecula tARN, adică de a se auto-stropi. In vitro. .. In vitro adică, ribozima este capabil de a efectua „despicare inversă“, adică substratul tăiat într-un anumit loc - .. molecula de ARN cu o secvență de nucleotide specifică, și „tunderea“ rămân atașate la ribozimei. Prin aceste fragmente atașate, se poate distinge o ribozimă care și-a îndeplinit cu succes funcția de la un ratat de ribozime. Acest lucru face posibilă selectarea ribozimelor care taie în siguranță molecula substratului.
Cercetatorii au inmultit ribozimul original si au creat doua populatii experimentale identice (A si B). Aceste populații au trăit și s-au înmulțit timp de zece generații. În fiecare generație, sa făcut o selecție pentru capacitatea de tăiere a unui substrat (o moleculă de ARN scurtă). Aceste ribozyme care au reușit în acest sens au fost selectate și înmulțite cu polimeraze mutagene (poluate cu erori). Rata de mutație medie o mutație pe "individ" pe generație [57]. Pentru a urmări evoluția evoluției, au fost secvențiate 2-3 mii "indivizi" (molecule de ribozime) din fiecare generație.
Oamenii de știință se așteptau ca în zece generații de astfel de vieți să se acumuleze o rezervă semnificativă de volatilitate latentă. Ribozimele vor muta, mutațiile dăunătoare vor fi eliminate prin selecție, iar cele neutre se vor acumula. Ribozimul original Azo se comportă cu funcția sa într-o gamă largă de condiții (de exemplu, poate rezista încălzirii la 80 ° C). Acest lucru indică o "stabilitate ridicată" a zgomotului ribozimului și ne permite să sperăm că se va dovedi a fi la fel de tolerant la mutații ca și la salturile de temperatură [58].
Speranța a fost justificată: ambele populații de zece generații au acumulat o cantitate echitabilă de mutații. Nu exista aproape nici o moleculă originală, nemutantă a "tipului sălbatic". Cele mai multe persoane au fost diferite de ribozimele originale cu 3-6 mutații.
Adaptabilitatea populațiilor A și B (adică, activitatea lor catalitică medie) pentru zece generații nu sa schimbat. Ei nu au făcut față funcției lor mai bine decât ribozima Azo originală. Aparent, Azo a fost extrem de optimizat pentru a îndeplini această funcție, și zece generații de populații în continuă evoluție care nu au reușit să „găsească“ o astfel de mutatie care ar face substratul de tăiere și mai eficient. Niciuna dintre mutațiile care au apărut nu a fost utilă și nu a fost susținută de o selecție pozitivă. Astfel, pentru zece generații a acționat doar selecția de purificare, care a respins mutațiile dăunătoare, în timp ce neutru a fost ignorat, permițându-le pasiv să se acumuleze.
Acum a fost posibil să verificăm principalul lucru: variabilitatea ascunsă ajută la adaptarea la noile condiții. "Noile condiții" au constat în faptul că cercetătorii au înlocuit substratul. In schimb au propus ribozomi oligonucleotidici standard de derivate ale acestora, în care unul dintre atomii de oxigen din restul de acid fosforic (localizat chiar în punctul unde tranșarea trebuie ribozimului lanț ARN) a fost înlocuit cu un atom de sulf. Ribozimul "sălbatic" Azo se confruntă cu un astfel de substrat, dar cu mare dificultate (cu eficiență scăzută).
După schimbarea substratului, experimentul a continuat timp de opt generații, dar acum nu a implicat decât două, ci trei populații. O a treia linie de control a fost adăugată la liniile A și B, constând din ribozime de tip "sălbatic" (WT) și care nu au o rezervă de variabilitate latentă.
Toate cele trei populații de peste opt generații s-au adaptat într-o anumită măsură la un nou substrat, adică au început să o taie mai eficient decât la început. Cu toate acestea, populațiile A și B au fost ajustate mai rapid și au obținut o eficiență mai mare decât linia WT (a se vedea figura).
Ribozimă Azo *. după cum demonstrează experimentele ulterioare, taie într-adevăr un nou substrat cu eficiență ridicată. În ceea ce privește ribozima Azo. în forma sa pură, el, spre surprinderea oamenilor de știință, nu a putut să facă față substratului nou. Sa dovedit a fi un fel de "cuier" de ribozime: taie un nou substrat frumos numai în prezența altor ribozime (de exemplu, originalul sau Azo *). Probabil, alte ribozyme îi ajută să se încurce în configurația corectă tridimensională. Situații similare au fost deja observate în experimentele cu ribozime [59].
În ceea ce privește linia WT, în opt generații nu au apărut niciodată mutanți eficienți comparabili cu Azo * sau Azo? .
Studiul a arătat utilitatea variabilității latente pentru a se adapta noilor condiții. Dar, pentru ca variabilitatea latentă să se poată acumula, organismele trebuie să fie imune la zgomot. Dacă ribozimul inițial nu avea această proprietate, aproape toate mutațiile ar fi dăunătoare pentru el în condiții normale. O selecție de curățare le-ar fi prosternat fără milă și dacă condițiile s-ar schimba în populație, nu ar exista persoane adaptate la un nou substrat.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: