Новые и старые гены одинаково важны
Согласно новому исследованию, новые гены, появившиеся в ходе эволюционного развития различных биологических видов миллион лет назад — что в истории эволюции аналогично мгновению — так же важны для выживания, как и древние гены. Биологи-эволюционисты долгое время считали, что наиболее важные для жизни гены сохранились с древних времен и передаются от одного вида к другому, как возможность продолжения жизни биологических видов. Считалось, что новые гены, возникающие как разновидность генов прародителей, играют менее важную роль — служат «ароматной приправой» для основных генов.
Но когда почти 200 новых генов плодовой мушки, дрозофилы обыкновенной, были по отдельности выключены в ходе лабораторных экспериментов в Чикагском университете, обнаружилось более 30 % причин, по которым умирали мухи. В исследовании, опубликованном 17 декабря в журнале Science (Наука), предполагается, что новые гены так же важны для успешного развития и выживания организма, как и более старые гены.
«Новый ген является таким же важным, как и любой другой ген; важность гена не зависит от его возраста», — говорит доктор Мэнюэн Лонг, профессор кафедры Экология и Эволюция и основной автор работы. «Новые гены теперь не рассматриваются только как «приправа», их важность стала очевидной. Мы были потрясены».
В ходе исследования была применена технология под названием РНК-интерференция с целью блокирования транскрипции каждого гена-мишени в его функциональный продукт с момента появления мухи на свет. Из 195 молодых исследуемых генов, 59 (30 %) провоцировали смерть мухи в период ее развития. Когда этот же метод применили для более старых генов, наблюдалась статистически схожая картина: 86 из 245 генов (35 %) при выключении становились причиной смерти.
Поскольку молодые исследуемые гены появились в период от 1 до 35 миллионов лет назад, предполагается, что новые гены с новыми функциями могут стать важной частью биологических видов, и этот процесс пройдет намного быстрее, чем предполагалось раньше. Новые гены могут стать жизненно необходимыми при взаимодействии с более старыми генами, ответственными за многие важные функции, говорит Сиди Чен, аспирант Чикагского университета и первый автор исследования.
«Со временем появляются новые гены, которые взаимодействуют с более старыми генами, и если такое взаимодействие благоприятное, помогающее организму лучше выживать или размножаться, оно побеждает в естественном отборе и остается в геноме. Через какое-то время новые гены становится важными и организм в буквальном смысле не сможет выжить них. Это похоже на чувство любви: Вы влюбляетесь в кого-то, и уже не можете жить без этого человека».
Кроме того, важность новых генов подвергает сомнению распространенное в течение долгого времени убеждение об общих чертах развития у разных биологических видов. В 1866, немецкий зоолог Эрнст Хекель выдвинул известную гипотезу о том, что «онтогенез повторяет филогенез», после того, как в ходе научного наблюдения заметил, что ранние этапы развития схожи у животных, даже таких различных биологических видов, как муха и человек.
Впоследствии биологи выдвинули и подтвердили предположение, что те же самые важные древние гены станут проводниками развития всех биологических видов на ранних этапах. Этот принцип позволил использовать различные организмы, включая мух, мышей, и крыс, для исследований механизма человеческих болезней.
Довольно интересно, что удаление в ходе нового исследования множества новых генов провоцирует смерть мух в середине или на поздних стадиях их развития, в то время как более старые гены были причиной смерти на ранних этапах развития. Таким образом, получается, что древние гены важны на ранних этапах развития, тогда как более новые гены приступают к работе на поздних стадиях развития у всех биологических видов, и делают каждый вид уникальным. Например, в ходе исследования было обнаружено, что многие новые гены связанны с метаморфозом, стадии в середине жизни животных, которая значительно преобразовывает их внешний вид.
Это открытие может изменить взгляд человечества на эволюционное развитие. У каждого биологического вида свой процесс развития, сформированный в ходе естественного отбора, и мы больше не можем говорить, что развитие различных организмов от дрозофилы до человека происходит согласно одинаковой генетической программе. Эта картина гораздо многообразнее, чем мы полагали раньше.
Исходя из этого, для полного понимания биологического разнообразия может потребоваться смещение акцента на гены, уникальные для каждого организма.
По мнению Чена, результаты исследований внесут важный вклад в укрепление здоровья человека. Разные виды животных оказались очень полезными и важными при рассмотрении механизма человеческих болезней. И если интуиция не подведет нас, то важную информацию о здоровье людей можно будет обнаружить в уникальных участках человеческого генома.
Новое открытие о важности молодых генов и уникального эволюционного развития может сыграть значительную роль в данной области, отметил Лонг. Это открытие также сможет дать толчок для новых исследований с целью узнать, как быстро новые гены становятся важными и их конкретную роль в особенностях различных биологических видов.
«Биологи долго время считали, что древние гены выжили в естественном отборе, поскольку являются необходимыми для жизни и что новые гены играют менее важную роль в развитии различных организмов», — говорит доктор Ирен Экстрэнд, которая занимается распределением грантов для биологов-эволюционистов, в том числе для доктора Лонга, в Национальном Институте Здоровья. Это важное исследование говорит о том, что данное предположение неверно, и ставит новые задачи, решение которых должно привести к более глубокому пониманию эволюционных процессов и их влияния на здоровье человека.
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
