Ние сме една кръв
Как миришат роднините: генетична лаборатория в носа
За животните в големи популации е важно да могат да различават роднини от други индивиди. На първо място, за да се предотврати инбридинг: колкото по-близки са роднините, толкова по-малко са генетичните разлики между тях и толкова по-голяма е вероятността и двамата да са наследили някакво увредено копие на гена от общ прародител.
При кръстосване на такива индивиди може да се появи потомство, което ехомозиготно(носещо две идентични копия) за този ген, при което и двете копия на гена ще бъдат увредени, което често води до сериозни заболявания. Това може да се избегне чрез кръстосване с генетично отдалечени индивиди. Тази еволюционна стратегия се наричахетерогамияи се следва от повечето гръбначни животни. Ако не се спазва, в популацията се натрупват неадаптивни черти, което води до отслабване и смърт на потомството. Това често се превръща в проблем в кралските династии, където те предпочитат да търсят съпрузи в семейния кръг.
Така например в семейството на Хабсбургите в резултат на последователни династични бракове се появяват редица аномалии, включително известната „хабсбургска устна“, епилепсия и умствена изостаналост.
Братя Катерица
Съвременната наука е в състояние да установи родство между организмите чрез изучаване на последователностите на гените, които кодират едни и същи протеини. В известен смисъл можете да мислите за тези последователности като за текстове, написани на езика на нуклеотидите или аминокиселините, и да ги сравнявате, като преброите броя на разликите. Колкото повече от тях и колкото повече са разпръснати из целия "текст", толкова по-далеч е връзката.
Сравнение на аминокиселинната последователност на протеин в различни животни. Изображение: Торадо М., Михайлов А., 2000 г
За да не пропуснете, биолозите затакива цели обикновено използват голяма група протеини едновременно, или целия геном, или поне няколко ключови РНК молекули. Но какво да кажем за животните без умения за последователност?
На помощ идва механизъм, чиято основна функция е борбата с бактериите и вирусите - системата за хистосъвместимост. Повечето клетки в тялото на гръбначно животно носятMHCмолекули (главен комплекс за хистосъвместимост,основен комплекс за хистосъвместимост, при хората се нарича HLA), които играят ролята на опис на вътреклетъчните свойства. Върху тези молекули, подобно на щипки за пране, се задържат малки парчета клетъчни протеини. С помощта на MHC клетките показват своите протеини на Т-лимфоцитите, клетките на имунната система, като по този начин съобщават за вътрешното си съдържание. Т-лимфоцитите работят като сурови полицаи. Те „знаят“ какво трябва да има в една здрава клетка и ако открият MHC в клетка с „непознат“ протеинов регион, те я унищожават. Този механизъм ви позволява да се предпазите от клетки, заразени с вируси - такива клетки ще изложат на повърхността вирусни протеини, които не са характерни за тялото.
Ето как работят молекулите тип I MHC. В допълнение, молекулите на MHC тип II присъстват в някои клетки на тялото (да ги наречем шпионски клетки). Такива клетки улавят протеини отвън, разграждат ги на малки парчета и ги излагат на повърхността. Това им позволява да сигнализират на Т-лимфоцитите за протеини, плаващи наоколо в кръвта и тъканната течност. Чужди протеини, открити в MHC тип II, показват инфекция на тялото с бактерии или други извънклетъчни паразити.
По този начин, МНС молекулите, свързани с протеини (извънклетъчни или вътреклетъчни), са изложени на почти всички клетки на тялото и тезимолекулите са уникални за всеки организъм. Именно те се превръщат в своеобразен протеинов паспорт за определяне на връзката на индивидите.
Генно чувствителен нос
Молекулите MHC са като част от триизмерен пъзел: от страната, към която са обърнати от клетката, има жлеб за свързване на протеинови фрагменти. Това е формата на тази бразда, която е уникална за всеки организъм и следователно към нея ще бъдат прикрепени характерни протеинови последователности. Оказва се, че всеки индивид ще изреже определени участъци (подходящи за жлеба) от протеините си. Същите региони на същите протеини няма да могат да се свържат с МНС молекулите на друг организъм.
Най-общо процесът на признаване на родство е следният. Животно А носи МНС молекули с протеинови фрагменти върху своите клетки. Малко количество МНС-протеинови комплекси по една или друга причина се отделят от клетъчната повърхност и навлизат в кръвообращението. В същото време самите молекули на МНС се увреждат и престават да държат здраво протеиновите фрагменти, които се освобождават и след това от кръвта влизат в урината, слюнката и потта. Заедно с тези течности те се освобождават на повърхността на тялото, където могат да бъдат подушени от животно B.
Носът на животно B съдържа обонятелен епител, чиито клетки носят рецептори, способни да разпознават голямо разнообразие от протеинови области. Откъде са дошли тези рецептори, защо са толкова разнообразни и как директно е подредено разпознаването, учените все още изясняват. Но със сигурност е известно, че рецепторите разграничават фрагменти от протеини, които са били свързани със собствените им и с чужди МНС молекули. Те вероятно са се адаптирали към техните протеини през живота си и не реагират на тях. Но колкото повече извънземен фрагмент попаднат, толкова по-силен ще бъде отговорът.
Как да се справим сроднини
Въз основа на надушеното генетично сходство животното може да изгради различни поведенчески стратегии. Първият е изборът на партньор за чифтосване. По правило този избор остава за женските (принципът на Бейтман), тъй като те произвеждат по-малко зародишни клетки от мъжките и следователно са ограничен ресурс. Най-често жените избират генетично най-отдалечените партньори. В резултат не само вероятността от инбридинг намалява, но също така се увеличава разнообразието от MHC комбинации в популацията. А това от своя страна води до повишена резистентност към паразити, тъй като има увеличен шанс МНС да може да свързва чужди протеини. По-специално, при мигриращите птици разнообразието на MHC се оказа по-голямо, отколкото при заседналите: непознати паразити редовно се срещат на нови места.
Съвсем наскоро учените идентифицираха втора стратегия на поведение - изборът на партньори за формиране на коалиция. Тази линия се следва главно от мъжките. И тук предпочитанията са обърнати.
Например, мъжете от северноамериканската раирана миеща мечка избират генетично близки индивиди (избягвайки обаче преки роднини) за съвместен лов, защита на територията и чифтосване с женски. Най-вероятно това се дължи на факта, че за да предадат своите гени на потомството, е полезно да действат като група. И е удобно, ако цялата тази група носи подобни гени. Затова миещите мечки търсят "своите" за създаване на коалиция. И тогава сред тази група женските избират най-различни партньори за чифтосване. Тези две противоположни стратегии позволяват на миещите мечки да поддържат генетично разнообразна популация, да оцеляват при редовни епидемии от бяс и да се разпространяват на други континенти.