«Темная ДНК» может изменить наше представление об эволюции

27 Августа 2017 в 21:00, Илья Хель 16 642 просмотра 27

Технология секвенирования ДНК помогает ученым находить ответы на вопросы, которые мучили людей испокон веков. Картируя геномы животных, мы получает лучшее представление о том, как жираф обзавелся своей длинной шеей и почему змеи такие длинные. Секвенирование генома позволяет нам сравнивать и противопоставлять ДНК различных животных и выяснять, как они эволюционировали и стали теми, кем стали.

Но иногда мы сталкиваемся с тайной. Геномы некоторых животных, по-видимому, не включают определенные гены, которые появляются в других подобных видах и должны присутствовать, чтобы поддерживать жизнь животных. Эти, очевидно, отсутствующие гены назвали «темной ДНК». Ее существование может перевернуть наше представление об эволюции.

Впервые ученые во главе с Адамом Харгривсом из Оксфордского университета столкнулись с этим явлением во время секвенирования генома песчаной крысы (Psammomys obesus), вида песчанки, живущей в пустынях. В частности, они хотели изучить гены песчанки, связанные с производством инсулина, чтобы понять, почему это животное особенно восприимчиво к диабету II типа.

Когда они искали ген Pdx1, контролирующий секрецию инсулина, они обнаружили, что тот отсутствует, а вместе с тем и 87 других генов, окружающих его. Некоторые из этих недостающих генов, включая Pdx1, являются жизненно необходимыми, и без них животное выжить не может. Где же они?

Первая подсказка заключалась в том, что в нескольких тканях тела песочной крысы ученые нашли химические продукты, которые могли появиться по «инструкциям» из «пропавших» генов. Это было бы возможно только в том случае, если бы гены присутствовали где-то в геноме. И это указывало бы на то, что они не пропали без вести, а просто скрылись.

Последовательности ДНК этих генов очень богаты гуанином и цитозином, двумя из четырех молекул «оснований», которые составляют ДНК. Мы знаем, что богатые цитозином и гуанином последовательности создают проблемы для некоторых методов секвенирования ДНК. И более вероятным становится, что гены, которые мы искали, были на месте, но их было трудно обнаружить. По этой причине мы назвали эту скрытую последовательность «темной ДНК», как отсылка к темной материи, из которой состоит 25% Вселенной, но которую мы не можем найти.

Изучая геном песчаной крысы, мы обнаружили, что в одной его части, в частности, было намного больше мутаций, чем в генах других грызунов. Все гены в этом очаге мутаций были с ДНК, богатой цитозином и гуанином, и мутировали до такой степени, что их было трудно обнаружить, используя стандартные методы. Чрезмерная мутация часто останавливает работу гена, но каким-то образом гены песчаной крысы продолжают играть свои роли, несмотря на радикальное изменение последовательности ДНК. Это очень сложная задача для генов. Это как петь «Катюшу», используя одни только гласные.

Этот вид темной ДНК ранее находили у птиц. Ученые обнаружили, что 274 гена «отсутствуют» в секвенированных на текущий момент геномах птиц. Среди них ген лептина (гормона, который регулирует энергетический баланс), который ученый не могли найти много лет. Еще раз, эти гены имеют крайне высокое содержание цитозина и гуанина и их продукты находят в тканях тел птиц, даже если самих генов как бы нет в геномических последовательностях.

Луч света в темной ДНК

В большинстве учебников встречается определение, из которого следует, что эволюция протекает в два этапа: за мутацией следует естественный отбор. Мутация ДНК — это распространенный и продолжительный процесс, происходящий совершенно случайно. Естественный отбор определяет, какие мутации должны пройти, а какие нет, обыкновенно в зависимости от того, какой результат они показали в процессе воспроизводства. Короче говоря, мутация создает вариацию в ДНК организма, а естественный отбор решает, остаться ей или отсеяться, и так происходит эволюция.

Но очаги высоких мутаций в геноме означают, что гены в определенных местах имеют более высокие шансы мутировать, чем другие. Это означает, что такие очаги могут быть недооцененнным механизмом, который также может определять течение эволюции. И значит, естестественный отбор может быть не единственной движущей силой.

До сих пор темная ДНК, по всей видимости, присутствовала у двух разных и распространенных типов животных. Но до сих пор неясно, насколько она вообще распространена. Могут ли геномы всех животных содержать темную ДНК, а если нет, что делает песчанок и птиц такими уникальными? Самая захватывающая головоломка будет состоять в том, чтобы выяснить, какое влияние темное ДНК оказала на эволюцию животных.

В примере с песчаной крысой, очаг мутации, возможно, привел к адаптации животного к условиям пустыни. Но, с другой стороны, мутация, возможно, произошла так быстро, что естественный отбор не смог сработать достаточно быстро, чтобы устранить что-либо вредное в ДНК. Если это так, то вредные мутации могут помешать выживанию песчаной крысы за пределами ее нынешней пустынной среды.

Открытие такого странного явления определенно вызывает вопросы о том, как эволюционирует геном, и что мы могли упустить в существующих проектах секвенирования генома. Возможно, нам стоит развернуться и посмотреть внимательнее.

«Темная ДНК» может изменить наше представление об эволюции
Метки: , .

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

27 комментариев

  1. lucishus

    Прекрасная статья, только орфографические ошибки портят впечатление. Может быть использовать корректоры какие-нибудь для проверки и исправления ошибок?

  2. Dinosaur

    Зачем сравнивать сложно-находимые, но однозначно присутствующие элементы с темной материей, существование которой вообще не доказано? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • AMD212(TRUE ONE)

      Как не доказано??
      Трансформеры смотрел, там корабль летал на темной материи - топливо что надо!

  3. storm X

    я уже десяток лет задаюсь вопросом: если мы произошли от обезьян, то почему не видим как в зоопарках обезьяны вдруг начинают осмысленно говорить, ходить на двух ногах?? ни одного репртажа в СМИ

    • velzevul88

      Мы мутировали, они нет. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • amd212

      Почему обезьяны не превращаются в человека?
      https://www.youtube.com/watch?v=DGX_UhV6Grc

    • pathetic

      "... десяток лет задаюсь вопросом..."))

      А найти ответ за 15 минут сложно было? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Editor54

      На пальцах - если не превращаются, значит не должны.
      Шимпанзе, орангутанги, гориллы - наши ближайшие родственники по горизонтали, так сказать. Мы и они (гоминиды вообще) произошли от одного родственника, который к сожалению, нас уже покинул.

    • zegelkranz

      процесс эволюции занял порядка миллиона лет, продолжайте наблюдения и вам воздастся.
      не забывайте, что для эволюции которую вы ожидаете увидеть необходимы соответствующие условия. мы эволюционировали явно не в зоопарке.

    • seme4ka

      По теории, мы отдельная ветвь приматов, то есть когда-то и были на уровне с другими обезьянами, но оказались умнее и более адаптивными, а эти как были чурки с глазами так ими и остались (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • amd212

        Как сказал дяденька Соколов из видеолинка вверху "Обезьяна конечно могла бы эволюционировать в человека, но ведь её тогда заставят работать." :-)

    • Booker_Dewwit

      Сначала прочти, что такое ароморфоз, а потом задавай себе такой вопрос. И вообще-то некоторые представители обезьян и человек произошли от одного предка парапитека, а потом в связи с различными критериями (географический, биологический и т.д.) произошла микро-, а затем макроэволюция. После этого обезьяны и люди пошли по разным эволюционным путям. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. gorozhankin

    Геном каждой особи мутирует в процессе жизни. Например влияние радиации. Но есть клетки в которых ещё хранится информация о процессах в организме. Никакой темной материи не существует. Мы наблюдали абсолютно одинаковых животных с разных мест и явно выражено отличие ДНК у особей. Осень странно что внешние признаки с поколениями сильно не меняются так как внутренние. Очень мало информации в свободном доступе например о рождении детей с отклонениями ДНК. Ведь рождается каждые 100 лет миллиарды одинаковых на 99% людей. Наверно идёт дублирование информации и защита ДНК от мутирования. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  5. APXOHT

    Потому что цепь мутаций и затем отбор уникальна, хоть и случайна (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • AMD212

      Случайностей не бывает, все предопределено, и если вы когда-нибудь занимались экстрасенсорикой и яснотелевидением, то понимаете, о чем я говорю

  6. APXOHT

    Эволюцию рыб в птиц репортажей тоже нет, что не означает, что эволюции нет в принципе. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  7. gorozhankin

    Защита вида. Если изменяется геном на определенную величину то особь или умирает или перестаёт давать потомство. Это выключатель брака. Это как смерть, организм оценивает риски для существования целостности и бац сердце остановилось. По статистике 90% людей умирает от остановки сердца, даже если человек болел другими болезнями. Или от старости. Если найти гены отвечающие за это и их изменить но на улице можно будет увидеть живых мертвецов))) (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • pathetic

      Если изменяется геном (появляются новые гены, или в них происходят мутации) это и есть эволюция. А эпигенетические маркеры меняются в течение жизни организма (человека в том числе) и не приводят к смерти или отсутствию потомства. И уж сердце точно ничто не выключает. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • sergei.krutoi

      Чем дальше последовательность комментариев, тем ближе к истине. Всё живое на нашей земле создавали в лабораториях на других планетах. От ошибок при создании вид исчезал. Никакой речи об эволюции и быть не может. Будте здравомыслящими - как из инфузории туфельки можем появится мы?! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. Joe

    "может изменить наше представление об эволюции"
    а может и не изменить (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  9. sandy1906

    Эзотерикой неслабо потягивает. Что-то типа того:
    https://youtu.be/5ScGXmEAJ1Q (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  10. MayyaK

    Первый раз пишу комментарий, потому что возмутило количество орфографических и пунктуационных ошибок. Уважаемые модераторы, ваше издание является СМИ, неужели нельзя потратиться на корректора? Я понимаю, что люди науки не всегда знают русский язык, и это вообще не их задача (лично к автору статьи претензий не имею), но админы ресурса почему решили, что статью с ошибками можно публиковать? Русский язык жив ещё, если кто-то не в курсе. Очень люблю ваш сайт, но здесь вы лично меня крайне разочаровали. Даже уже сомневаться начала, а не относитесь ли вы также небрежно к фактической информации в статьях, как к правилам русского языка? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.