09 ЯНВАРЯ, 10:25 // Алексей Петров
Такое направление теории эволюции с начала XIX века развивалось французским ботаником Жаном Батистом Ламарком. Хрестоматийный пример тут – длинноватая шейка жирафа, позволяющая ему питаться сочными верхними побегами деревьев: Ламарк утверждал, что она сформировалась совсем не в процессе случайной рекомбинации генов, отделившей животных с недлинной шейкой от длинношеих созданий, а в процессе направленной активности, «упражнений», в процессе которых доисторическим праотцам приходилось тянуться к кронам растений.
Существует расхожее мировоззрение, что Дарвину удалось опровергнуть Ламарка, но от неких ламаркистских «поправок» в учении Дарвина, по-видимому, никуда не деться: эта концепция может сработать там, где обычный дарвинизм сталкивается с существенными затруднениями.
Ламаркизм
Теория эволюции часто отождествляется с учением Дарвина, но современным спецам, занимающимся эволюцией понятно, что развитие жизни на земле нереально разъяснить одним только преимущественным размножением удачных вариантов в природе. Обстоятельств для скептицизма несколько:
Во-1-х, вне мира микробов не удалось получить ни 1-го примера приобретения нового характеристики за счет различия размножаемостей.
Во-2-х, во всех аккуратненько исследованных случаях оказывалось, что новые варианты организмов сначала длительное время плодятся не лучше, а еще ужаснее начальных. Новое формируется не поэтому, что лучше плодится, а поэтому, что успевает сформироваться до этого, чем вымрет.
В-3-х, то, что удалось получить у микробов методом различия размножаемостей, гласит о жалкой мощности отбора: для подмены 2-ух аминокислот в белке, никчемных по отдельности, но нужных совместно, пригодилось 10 триллионов микробов. Даже такое мелкое изменение ни на каких других организмах выполнить нельзя, а большее нельзя и на микробах.
Несколько другой взор на эволюцию еще до Дарвина определил сначала 19 века английский ботаник Жан Батист Ламарк.
Современный «ламаркизм» припоминает его только в самых общих чертах. В широком смысле к ламаркистским относят разные эволюционные теории, в каких в качестве основной движущей силы эволюции (конфигурации видов) рассматривается внутренне присущее организмам рвение к совершенствованию. Обычно, огромное значение в таких теориях придается и воздействию «упражнения» и «неупражнения» органов на их эволюционные судьбы, так как подразумевается, что последствия упражнения либо неупражнения могут передаваться по наследию. Исторический термин «упражнения», нередко подменяют на более современный и общий «активность».
Тезис ламаркизма о наследование обретенных конфигураций вызвал наибольшее количество споров, которые длятся и до настоящего времени. Во 2-ой половине XX века ламаркизм был скомпрометирован в проф обществе благодаря тому, что русский агроном Т. Д. Лысенко, способы которого шли вразрез с представлениями большинства биологов, придерживался взглядов, близких к ламаркизму (так именуемый «советский творческий дарвинизм»). Все же, и в текущее время ряд ученых продолжают выступать с ламаркистскими концепциями.
Принстонское исследование, не считая того, потом может привести к созданию новых методик контроля внутриклеточных процессов, таких как сплайсинг (вырезание участков) ДНК, а так же пролить свет на естественные регуляторные механизмы снутри клеточки – а именно, прояснить закономерности сохранения одних участков ДНК и утрату других в процессе эволюционного развития живых систем.
Задачей биологов Мариуша Новацки, Викрама Виджаяна и Лауры Лэндвебер, управляющей исследованием, на самом деле, являлась расшифровка механизма реорганизации генома, которую клеточка производит, не затрагивая начальный генетический код, доставшийся определенной особи от протцов. Потому объектом собственного исследования ученые избрали плотоядный одноклеточный брюхоресничный организм Oxytricha trifallax.
Эти простые – жители пресных водоемов – являются безупречными системами для исследования эпигенетических процессов. В отличие от клеток млекопитающих, имеющих единственное ядро, несущее внутри себя генетическую информацию и контролирующее все внутриклеточные процессы, эти организмы имеют два ядра.
Одно из ядер содержит внутри себя активную цепочку ДНК, нужную для поддержания всех не репродуктивных процессов снутри клеточки, таких как метаболизм. 2-ое, зародышевое ядро, как и в половых клеточках млекопитающих, нужно для воплощения процесса полового размножения.
При слиянии 2-ух клеток Oxytricha trifallax в процессе размножения активное ядро подвергается полному разложению, но потом в клеточках отпрысков оно должно быть стопроцентно восстановлено для возобновления актуальной активности. Зародышевое ядро содержит сверхизбыточную ДНК, 95% которой просто игнорируется в процессе образования нового активного ядра. В процессе этого процесса происходит собственного рода сжатие достаточно огромного генома, составляющего приблизительно одну третья часть от людского, в малогабаритное образование. В итоге только 5 процентов зародышевой ДНК остаются доступными для процесса кодировки.
Умопомрачительно, но этот сравнимо маленький набор участков ДНК всегда выбирается корректно. Процесс, в процессе которого он собирается и расшифровывается клеточкой для формирования нового настоящего рабочего генома, даже окрестили «геномной акробатикой». Механизм этих акробатических этюдов до сего времени остается невыясненным, но ход их всегда остается идеально четким.
Каким образом клеточке удается вернуть всеполноценную ДНК, имея только одну двадцатую часть генома – главный вопрос исследования, удачно осуществленного принстонскими спецами.
Лэндвебер и её коллеги представили, что это запрограммированное преобразование фрагментов ДНК происходит при участии так именуемой кэшированной инфы в форме ДНК либо РНК, приобретенной зародышем от родительского организма. В мире вычислительных машин кэшем именуют выделенную область оперативки, в какой хранится важнейшая и более нередко нужная информация. Наличие её в резвом доступе значительно ускоряет работу машин: считывание её из более больших, но наименее высокоскоростных устройств хранения на техническом уровне нерентабельно.
Предположение о существовании дополнительных инструкций в форме РНК либо ДНК, нужных юному организму для формирования новейшей настоящей клеточки, уже издавна витало в воздухе. Оно появилось еще при исследовании растительных организмов, но оказалось неправильным.
В собственной серии тестов группа ученых провела проверку догадки существования дополнительных инструкций для сборки соматической ДНК, закодированных в виде цепочечных молекул, также попробовала установить, из какого типа молекул – ДНК либо РНК – состоит этот шаблон. С одной стороны, ДНК – главный переносчик генетического материала в клеточках подавляющего большинства организмов, с другой же стороны, понятно, что разные типы РНК могут производить массу различных функций в клеточке, также являются главными игроками в процессе декодирования инфы из ДНК в процессе формировании новых белковых молекул.
РНК-интерференция
Схема РНК-интерференции (nobelprize.org)
РНК-интерференция (RNAi, RNA interference) – специфичное ингибирование одноцепочечных молекул РНК в процессе, запускаемом двухцепочечной молекулой РНК (dsRNA). dsRNA расщепляется внутренними ферментами клеточки на недлинные куски – siRNA. Образовавшиеся куски поначалу связваются с RISC- комплексом, а потом и со специфичной одноцепочечной матричной РНК (mRNA). В итоге образующийся комплекс RISC-mRNA приводит к разрушению последней, а как следует – к блокированию снтеза определенного белка, кодируемого конкретно этой матричной РНК.
Явление РНК-интерференции в первый раз было найдено у круглого червяка C. elegans как ответ на введение двуцепочечнойРНК, состоящий в специфичной репрессии гомологичного этой ДНК последовательности гена. Позднее РНК-интерференция была найдена практически во всех эукариотических организмах (кроме почкующихся дрожжей S. cerevisea). Считается, что РНК-интерференция является защитным механизмом, предохраняющим клеточку от РНК-вирусов и мобильных генетических частей (транспозонов).
У принстонских профессионалов это привело к срыву процесса развития эмбриона и в неких случаях приостановило процесс восстановления активной ДНК.
В последующем опыте учеными было найдено существование шаблонов для сборки новейшей ДНК на самых ранешних стадиях развития зародышевого организма. Как оказывается, эти молекулы РНК есть в клеточке довольно длительно для поддержания процесса восстановления геномной цепочки.
В процессе оканчивающей серии тестов исследователи дерзнули вмешаться в процесс реконструкции активной цепочки ДНК и перепрограммировать кэш, смешав тем гены в новейшей ДНК по собственному предпочтению.
Сотрудники лаборатории Лэндвэбер сделали рукотворные шаблоны на базе ДНК и РНК, кодирующие новейшую последовательность генов во вновь создаваемой молекуле ДНК. Как и ожидалось, внедренные в клеточки развивающихся организмов аннотации в форме цепочечных молекул послужили набором новых правил для расшифровки фрагментов активного ядра и привели к образованию новейшей его структуры.
Комментируя открытие американских коллег, директор тайваньского Института молекулярной биологии Мэнчао Яо отметил, что их исследование в первый раз показало существование в клеточке дополнительных молекул РНК, отвечающих за ход процесса рекомбинации ДНК, приводящего к новейшей генетической последовательности, нужной организму в определенный период его развития либо жизнедеятельности.
Как РНК переложила на белки свою работу
Кристаллическая молекула белка, добытая учеными из простого грибкового организма послужила некого рода машиной времени, открывшей ученым новые познания об эволюции жизни от обычных систем к сложным.
Кристаллическая структура молекулы РНК, связанной с белками //Барбара Голден, purdue.edu
Таким макаром, наследная информация может передаваться от поколения к поколению не только лишь в форме двойных спиралей ДНК, да и при помощи молекул РНК. Механизм конфигурации РНК, число молекул которой в каждой клеточке громадно, значительно более гибок и доступен для использования в течение жизни каждой особи – только РНК впрямую участвуют в синтезе белков, конкретно соприкасаясь с жизнью организма.
А означает, и возможность передачи приобретённых признаков от поколения к поколению – полностью в духе Жана Батиста Ламарка – получает некое обоснование на молекулярном уровне.
Команда исследователей считает, что в случае наличия подобного механизма у млекопитающих он сумеет послужить новым способом манипуляции генами вместе с рутинными методиками, используемыми в генной инженерии в наши деньки. Не считая того, его можно использовать для сотворения новых генетических последовательностей либо восстановления многофункциональной целостности клеток, отклонившихся в собственном развитии от обычного пути.
Результаты работы ученых публикуются в выходящем на этой неделе выпуске журнальчика Nature.
