I lang tid forblev spørgsmålet om, hvordan der som følge af tilfældige ændringer (mutationer) i genomet til levende ting, ny information fremstår. Forskerne var dog stadig i stand til at finde ud af, hvordan udvidelsen og genopfyldningen af genomet forekommer. En af de vigtigste mekanismer til opnåelse af ny information er gentuplikationsprocessen
På billedet: Skaldet ørn. Han ser verden i en bredere række farver end en person.
Alexander Markov, doktor i biologiske videnskaber, førende forsker ved det paleontologiske institut ved det russiske videnskabsakademi, fortæller om ham.
Hvordan tillader nye opdagelser inden for genetik os at forstå mekanismen for udseendet af nye gener og nye egenskaber i kroppen?
- En af de mest typiske argumenter fra mennesker, der benægter evolution, lyder som sådan: vi kan ikke forestille os, hvordan nye oplysninger kan opstå som et resultat af tilfældige mutationer i genomet. Det ser mange intuitivt ud til, at tilfældige ændringer, der for eksempel er foretaget i en eller anden tekst, ikke kan skabe nye oplysninger. De kan kun bringe støj eller kaos. I mellemtiden er videnskaben i dag allerede meget klar over, hvordan der i løbet af udviklingen vises nye oplysninger i genomet, nye gener, nye funktioner, nye egenskaber i en organisme, og så videre. Og en af de vigtigste mekanismer til fremkomst af ny genetisk information er overlapning af gener og den efterfølgende fordeling af funktioner mellem dem. Ideen er meget enkel: der var et gen, nu er der to som et resultat af en tilfældig mutation. Først er generne de samme. Og så, som et resultat af akkumuleringen af tilfældige mutationer i to kopier af dette gen, bliver de lidt forskellige, og der er en chance for, at de vil dele funktioner indbyrdes.
Giv et eksempel på fremkomsten af et nyt gen
- Nu er der mange godt studerede eksempler. Generelt er denne idé i sig selv ganske gammel, tilbage i 1930'erne foreslog den store biolog, genetikeren John Haldwin, at duplikering, det vil sige duplikation af gener, spiller en vigtig rolle i fremkomsten af evolutionære innovationer. Og i de senere år, i forbindelse med udviklingen af molekylær genetik, læsningen af genomer, er der kommet mange overbevisende eksempler, gode illustrationer af, hvordan dette rent faktisk sker. En af de lyseste er forbundet med udviklingen af farvesyn hos pattedyr, eller rettere sagt, endnu mere bredt, i terrestriske hvirveldyr. Da terrestriske hvirveldyr først optrådte og kom til land i Devon-perioden, havde de stadig den såkaldte tetrokromatiske vision, der opstod på fiskeniveau. Hvad betyder det? Farvesyn bestemmes af lysfølsomme proteiner i nethinden - der er sådanne kegleceller,som er ansvarlige for farvesyn og i disse kegler findes der lysfølsomme proteiner kaldet opsins. Fiskene, hvorfra hvirveldyrene udviklede sig, og de første landlige hvirveldyr, havde fire sådanne opsins. Hver opsin er indstillet til en bestemt bølgelængde.
Kan vi sige, at fisk ser nøjagtigt fire farver?
Salgsfremmende video:
- Dette betyder ikke, at en given opsin kun reagerer på en given bølge, det betyder, at en given bølgelængde begejstrer denne opsin mest, og jo mere bølgelængden adskiller sig, jo svagere reagerer den. Det tetrachromatiske farvesynssystem er et meget godt system, det giver en meget klar skelnen mellem skyggerne i hele spektret, og i mange moderne hvirveldyr er det blevet bevaret, for eksempel hos fugle. Fugle er gode til at skelne farver, tilsyneladende bedre end vi er. Mange kan se i det ultraviolette område, nogle arter har UV-mønstre på deres fjerdragt. Og måske fandt fuglene systemet med farveoverførsel af vores fjernsyn og skærme ekstremt dårligt. Fordi vi bruger et trichromatisk system, der blander tre farver - er vores vision arrangeret på samme måde. Fuglen har fire, ikke tre.
Det vil sige, mennesker i sammenligning med fugle ser verden mere primitiv
- Fra fuglers synspunkt er vi lidt farveblinde. Hos mennesker er som sagt det trikromatiske system tre opins, indstillet til tre forskellige bølger. En for blå, en anden for grøn og den tredje skiftet mod gult. Men det mest interessante er, at andre pattedyr, udover mennesker og aber, har dikromatisk syn, de kun har to opiner. De har ikke en tredjedel, der er tættest på den røde ende af spektret, og de skiller derfor blå fra grøn, men de adskiller ikke grøn fra rød. Hvordan skete det? Hvorfor mistede pattedyr to opins?
Det vides, at forfædrene havde fire, og pattedyr har to opiner. Tilsyneladende var tabet af to opins forbundet med det faktum, at pattedyr skiftede til en natlig livsstil ved daggry af deres historie. Hvorfor skiftede de til en natlig livsstil? Dette skyldtes omskiftelserne i en lang konkurrence mellem de to vigtigste evolutionære linjer af jordlige hvirveldyr. Disse linjer kaldes de synapsid og diapsid. Synapsidlinjen er dyrelignende øgler, dyrelignende krybdyr. Og denne gruppe var dominerende blandt terrestriske hvirveldyr i gamle tider, i Perm-perioden, for mere end 250 millioner år siden. Derefter havde de i triasperioden stærke konkurrenter, repræsentanter for den diapsidlinie. Hos moderne dyr hører alle krybdyr, krokodiller, firben og fugle til den diapsidlinie. I triasperioden optrådte aktive rovdyr, der løb hurtigt, inklusive på to ben. Diapsid reptiler, krokodiller begyndte at folde vores forfædre ud af synapsid eller dyretandede krybdyr. Og denne konkurrence sluttede først ikke til fordel for vores forfædre. Ved afslutningen af den triasperiode dukkede hurtigt op kørende diapsid-krybdyr op, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurier, som i meget lang tid blev de dominerende rovdyr og planteædere på hele planeten. De besatte hele dagen nicher, dyre nicher i den store størrelse klasse. Ved afslutningen af den triasperiode dukkede hurtigt op kørende diapsid-krybdyr op, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurier, som i meget lang tid blev de dominerende rovdyr og planteædere på hele planeten. De besatte hele dagen nicher, dyre nicher i den store størrelse klasse. Ved afslutningen af den triasperiode dukkede hurtigt op kørende diapsid-krybdyr op, de fødte en ny gruppe, en ny gruppe kom fra dem - dinosaurier, som i meget lang tid blev de dominerende rovdyr og planteædere på hele planeten. De besatte hele dagen nicher, dyre nicher i den store størrelse klasse.
Synapsidlinjen blev tvunget til at gå ind i natten, under jorden, de knuste. I den permiske periode var der gigantiske synapsid-krybdyr, ved udgangen af den triasperiode var der en lille ting tilbage. På samme tid, ved afslutningen af triasperioden, blev processen med den såkaldte pattedyrisering af synapsid-krybdyr afsluttet, det vil sige, groft sagt, de første pattedyr optrådte. Alle de andre synapsid-krybdyr blev uddød, og den ene gruppe blev pattedyr, og de overlevede. Men de overlevede og blev små og natlige. I løbet af jura- og kridttiderne var pattedyr natlige - de lignede en slags skruer, mus. Da de var natlige, blev farvesyn næsten ubrugelig for dem. Da keglerne stadig ikke fungerer om natten, kunne naturlig udvælgelse ikke understøtte fire beskrivende, tetrokromatisk syn,fordi den vision ikke var nødvendig.
Naturlig selektion kan ikke se på fremtiden, det fungerer sådan: enten bruger du genet, eller du mister det. Hvis genet ikke er nødvendigt her og nu, elimineres de mutationer, der opstår og ødelægger det, ikke ved selektion, og genet før eller siden mislykkes.
Tabet af gener er sandsynligvis rettet mod at bevare kræfter i kroppen, på maksimal økonomi, maksimal effektivitet, det vil sige, intet skal fungere inaktiv i vores krop
- I princippet ja, selvfølgelig, dette er økonomi - overskydende protein syntetiseres ikke. Jeg må sige, at der generelt syntetiseres en masse overskydende proteiner i kroppen, som er blevet unødvendige, men endnu ikke har haft tid til at dø af, dette sker ikke så hurtigt, men i sidste ende sker det. Først troede man, at begge opsingener blev tabt af forfædrene til pattedyr eller de første pattedyr meget hurtigt og praktisk taget samtidigt. Nu i platypus genomet - og dette er en repræsentant for de mest primitive pattedyr, er der en af de tabte gener. Det vil sige, at platypusen har tre flere opins, mens mere avancerede pattedyr kun har to. Genene blev tabt, således igen. Den fælles stamfar til pattedyr havde stadig tre opiner og placentaler og pungdyr, undtagen oviparøs platypus og echidna, kun to opsins.
Hvordan fik vort forfædre, aber, derefter sin genvundne vision? Og her virkede gentuplikationsmekanismen lige. Da dinosaurernes æra sluttede, og pattedyr var i stand til at blive dagligt igen, forblev de med deres dikromatiske vision, fordi der ikke var nogen steder at tage de mistede gener.
Og dette fortsætter i de fleste grupper af pattedyr, selvom det ville være nyttigt for dem at skelne farver, men der er ingen steder at tage genet. Men forfædrene til aberne i den gamle verden var heldige. De havde en af de resterende to opsingener, der gennemgik duplikering, duplikering, og naturlig selektion indstillede hurtigt to kopier af det resulterende gen til forskellige bølgelængder. Det krævede kun tre mutationer at gøre det - at erstatte tre aminosyrer i et protein, en temmelig mindre ændring. En lille operation, på grund af hvilken bølgelængden, som en af opins reagerer på, er skiftet til den røde side. Dette er nok til, at vi kan skelne mellem rødt og grønt. Dette gjorde det muligt for forfædrene til de første aber i den gamle verden at skifte til at spise frugt og frisk løv i tropiske skove: det er meget vigtigt at skelne rød fra grøn,modne frugter fra umodne og unge blade fra gamle blade.
Men dette skete kun med aberne i den gamle verden. Dette er en lykkelig begivenhed - gentagelsen af genet fandt sted i forfædrene til aberne i den gamle verden, efter at Amerika blev adskilt fra Afrika og svømmet, mellem dem var Atlanterhavet. Amerikanske aber var uheldige, og de fleste af dem sad med dikromatisk syn. Og de lever stadig sådan her. Naturligvis ville det også være nyttigt for dem at skelne rød fra grønne frugter, men hvad kan du gøre, hvis der ikke er noget gen.
Det viser sig, at aberne i den nye verden ikke skelner mellem rødt og grønt, begår fejl, spiser noget?
- Det viser sig sådan. Måske er det derfor, aberne fra den gamle verden blev mennesker, og aberne i den nye verden ikke.
Forfatter: Olga Orlova
