Хитри уеб еволюции Биология
Всеки път, когато се сблъскате с удивително явление, което наричаме живот, било то биосфера, цвете или клетка, вие веднага се изумявате от няколко неща. богатство и безкрайно разнообразие от прояви на живота. фактът, че това разнообразие се основава на сравнително малък, ограничен брой съставни елементи. И вече настройва най-прецизната и ювелирна работа на механизмите, чрез които благодарение на инертната материя се превръща в жива, трептяща плът. Всяко живо, било то биосфера, цвете или клетка, е сложна система, състояща се от много компоненти: има изпълнители на различни нива и има елементи, които ръководят жизнените процеси. И така, в организмите гените регулират жизнената дейност. Промените в този генетичен компонент на регулацията в хода на еволюцията ще бъдат в центъра на нашата дискусия.
Кит прасе другарю?
Любимото еволюционно забавление на биолозите филогенетично изграждане phylon племе, дървета. Освен това тук се използват различни принципи: можете да се обърнете към външно и вътрешно морфологично сходство или можете да се обърнете към генетично сходство. И ето какво е интересно: най-близките роднини от молекулярна гледна точка се оказват също толкова морфологично отдалечени, слон като мопс! От друга страна, морфологично толкова отдалечени форми, китът, подобно на прасето, е имал общ прародител в обозримо еволюционно минало. Молекулярният слон е „братовчед“ на малкия скакач, а екзотичният мухардварк е „братовчед“ на перконогите ламантинове. Откъде идва тази огромна разлика във външния вид и начина на живот?
На този въпрос може да се отговори кратко: не е важно какво, важно е как! Морфологичните промени в процеса на еволюцията до голяма степен се дължат нарегулаторни промени в системите, т.е. промени в управлението. И това може да стане по два начина: или чрез мутации, работата на гените, засягащи регулаторните региони, или чрез взаимодействия на промяна между самите гени.
Котва за Plasmodium
Що се отнася до първия метод, бих искал да отбележа, че геномите на организмите, особено многоклетъчните, са наситени с регулаторна ДНК. Частта от ДНК, която е отговорна за активирането и работата на един ген, може, а понякога и повече, самата себе си от кодиращия ген! Какво предизвика появата на толкова мощна регулаторна машина? Фактът, че един и същ ген трябва да работи в различни клетки, тъкани и органи. Следователно, в зависимост от конкретната клетъчна ситуация, определени регулаторни протеини се свързват със специфични регулаторни места и в резултат на това се формира характерен график за дадена клетка и собствена интензивност на работа на гена. Какво могат да дадат мутационните промени в регионите на регулаторната ДНК на един организъм и един вид? Да, всичко до имунитет срещу малария! При африканците, за разлика от европейците, в резултат на малка точкова мутация в регулаторната област, генът, отговорен за производството на протеин, който е част от мембраната на еритроцитите, червените кръвни клетки, не работи. В същото време еритроцитите ще функционират по-зле, но маларийният плазмодий няма да може да използва този протеин като котва, за да се хване и да проникне в клетката. Без протеин няма малария!
Между другото, промените в регулацията на активността на гените възникват в резултат както на собствени мутации, така и на хоризонтален извънземен трансфер на генетичен материал, което е най-характерно за бактериалния свят. Но във всеки такъв случай регулаторните мутации могат да имат много сериозни последици за микроеволюционните процеси, протичащи в живота.в големи и малки популации.
Генни мрежи
Говорейки за втория тип регулаторни мутации, трябва да въведем ново понятие – генна мрежа. Това е фразата за съвкупност от гени, работещи съвместно, които контролират хода на определени процеси в тялото.
 |
Вземете например генната мрежа, която контролира апоптозата или програмираната клетъчна смърт. Клетките на мембраната имат специални рецептори, които приемат сигнала за самоунищожение. Определен протеин служи като сигнал: след като протеинът се прикрепи към рецептора в клетката, механизмът започва самоубийство. За какво е всичко това? премахнете всички ненужни клетки, натрупани в хода на развитието, почти по същия начин, както скулпторът отрязва всичко излишно от мраморен блок. Този процес е необходим по-специално за образуването на пълноценен мозък при бозайниците.
Втората функция на апоптозата при гръбначните (и, разбира се, раково унищожаване на клетките, открито от имунната система.
 |
Всички, мисля, разбират, че е желателно този първостепенен въпрос да се направи възможно най-бързо и с най-голяма ефективност. И тук се доближаваме до концепцията за система с положителна обратна връзка.
Внимание, лавина!
В системи с положителна обратна връзка е достатъчно да има малко възбуждане на входа, за да се получи лавинообразен бърз ефект на изхода, с няколко порядъка по-висок от интензитета на оригиналния сигнал. Трябва дада премести камъче от мястото му.В случай на апоптоза това означава, че някаква маса протеин, която се е свързала с рецептора, веднага започва цяла необратима каскада от клетъчни реакции.
А сега си представете, че е настъпила мутация в генната мрежа, ускоряваща работата на тази каскада. Или пускането му в друг етап от развитието на организма. В резултат на това можем да получим изразени промени в тялото на индивида, които най-сериозно засягат неговото бъдеще.
По правило всички генни мрежи са организирани по такъв начин, че има един централен регулатор. И ако възникне мутация в тази централна връзка, тогава целият координиран комплекс от гени, които могат да достигнат, започва да работи незабавно.Такава системна мутация може в крайна сметка да доведе до едновременна промяна в много черти. И тогава има така наречените гени, които са способни да координират цял комплекс от други генни мрежи! Тоест крайният резултат от такива мащабни мутации, образно казано, и собствената ми майка няма да разбере.
Но, както винаги, медалът има две страни: наред със системите с механизъм с положителна обратна връзка, има и такива с отрицателна обратна връзка.
 |
Промяна на плюса на минуса
Този тип взаимодействие осигурява различно постоянство на физиологичните параметри в организма, а понякога и в много строги граници. Истинско прокрустово легло: малко ще опънем, голямо ще отрежем. Да вземем за пример натрия: нормалната му концентрация в кръвната плазма е 150 милиеквивалента на литър и най-малките отклонения водят до конвулсии и смърт на човек. Ако тази стойност започне да променя страните по причини, тогава определени системи получават сигнал, който включва механизми, които бързо се връщатконцентрацията се връща към нормалното.
И какво се случва, когато възникне мутация в такава връзка от механизми? Например мутации, които нарушават стабилността на хемоглобина и по този начин намаляват нормалните му количества? Поради отрицателната обратна връзка, тялото просто ще увеличи скоростта на този биосинтез на продукта. И всичко ще се върне към същата норма за спестяване! Но самият факт на наличието на такава мутация ще бъде „маскиран“ и практически невидим за невъоръжено око. Но това е незабележимо само при нормални условия ще си направим прорез за спомен.
След като се справихме с това, формулираме следния проблем. Да предположим, че има два индивида в популацията едновременно и единият от тях има контролна верига с отрицателна обратна връзка, а вторият не. Освен това да предположим, че и двамата получават мутация. Какво ще стане в този случай?
Когато е минус плюс
Нека изясним условията на задачата: да приемем, че според изискванията на дадената среда параметърът на организма трябва да има точно определена стойност. Ясно е, че човек с негативна регулаторна верига по-лесно ще се съобрази с условията, поставени от средата. Това означава, че тя има по-голяма адаптивност, с други думи, ще има повече шансове да живее дълъг и щастлив живот и да остави потомство.
Именно такива индивиди могат постепенно да се превърнат в норма в популацията, като по-малко изтласкват адаптираните членове. При постоянни условия на околната среда, в резултат на стабилизиращото действие на селекцията, чийто принцип е формулиран от известния български биолог И.И. Шмалхаузен, трябва да се засили отрицателната обратна връзка. Ползата от това е несъмнена: негативните мощни връзки на съществуването правят вида по-надежден, по-независим от околната среда. И сега, между другото,Нека си спомним какво ще се случи с мутациите, които се появяват през това време по параметър X? Точно така, цялата променливост ще премине в латентно състояние.
Още веднъж подчертаваме: такива процеси се случват в популацията само при стабилни външни условия. Но какво е постоянно в нашия свят? Средата се промени и ние сме изправени пред следващия тип шофиране на селекция.
еволюционен замах
При този вариант предимства получават тези, които имат по-слаба обратна връзка. Необходима е голяма променливост: може би ще имате късмет и той ще зарадва Нейно Величество сряда. В крайна сметка разбивката след обратната връзка се отваря, консервирана като консервна кутия, маскирана от цялата досегашна волатилност. В популацията се появяват индивиди със значителни отклонения от нормата. Между другото, най-лесно е да се измъкнете от старата норма, ако стигнете до крайности и промените минуса на плюс. Тоест, в случай, че се появят мутации в популацията, водещи до появата на контури със силна положителна обратна връзка. Тогава дори малките отклонения в правилната посока ще бъдат незабавно усилени и след това подбрани чрез селекция. И населението ще се втурне в светлото бъдеще с такава скорост, че само петите ще искрят!
По този начин всъщност имаме истинско еволюционно колебание, което е последователно стабилизиращо редуване и движеща селекция.
И като лирично отклонение, нека се спрем на екстремния тип шофиране, който се нарича дестабилизиращ.
Нежна многокрака петниста лисица
Това чудотворно животно не е герой от детски комикси, а съвсем реално създание, отгледано в разсадника на Новосибирския институт по цитология и генетика в резултат на многогодишни опити за опитомяване под ръководството на академик Д.К. Беляев.
 |
Какво е поведенчески подбор? Всъщност селекцията е на самото ниво на горната регулация в тялото. И ако тези регулаторни вериги на „висок полет“ бъдат нарушени, регулаторните системи на основните йерархични нива очевидно също ще се променят. В резултат на това можем многократно да получим повишена променливост на изхода. Ясно е, че такъв тип се наблюдава в селекцията само при висшите форми на животните, развити с нервна система.
Количество към качество
А сега нека се върнем към първоначалната връзка на нашите разсъждения и да оценим реалната сложност на съществуващите генетични системи. Да вземем една обитателка на обичайното ни черво E. coli, която е много популярна сред биолозите.
Между другото, хилядите колиформени гени на E. coli изглеждат доста близки до метаплазматагениталиите, гениталиите, засягащи човешкия тракт. Това мъниче има 470 гена - този брой изглежда е много близо до генетичния състав, който една минимална бактериална клетка може да има. Всичко, което е извън това количество, вече е лукс, за да се осигури предвиденото устойчиво съществуване на организма в не най-благоприятните условия на околната среда. Други едноклетъчни организми имат подобен брой колиформни гени.
Скок в генната маса се отбелязва само когато се появи феноменът на многоклетъчността, това вече е напълно различен ред на гени. Но най-обезсърчаващото нещо за Хомо сапиенс е, че като цяло рибите се различават по броя на гените, да не говорим за мишката. За маймунските роднини не си струва да си спомняте
Но, повтаряме още веднъж, не е важно колко, важно е как! Ясно е, че нашето прекрасно съзнание, което ни даде безпрецедентна в естествената автономия на историята от околната среда, нашият красив външен вид, всичко това не е резултат от количествена маса на растеж на гени, а преход между техните взаимоотношения на ново качествено ниво. И затова да живее генокрацията, чието мъдро управление позволи на човечеството законно да се счита за прогресивния венец на еволюцията.