Lange Zeit blieb die Frage offen, wie durch zufällige Veränderungen (Mutationen) im Genom von Lebewesen neue Informationen auftauchen. Die Wissenschaftler konnten jedoch immer noch herausfinden, wie die Expansion und Wiederauffüllung des Genoms erfolgt. Einer der wichtigsten Mechanismen, um neue Informationen zu erhalten, ist der Prozess der Genduplikation
Auf dem Foto: Weißkopfseeadler. Er sieht die Welt in einer größeren Farbpalette als ein Mensch.
Alexander Markov, Doktor der Biowissenschaften, leitender Forscher des Paläontologischen Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften, spricht über ihn.
Wie können wir durch neue Entdeckungen auf dem Gebiet der Genetik den Mechanismus des Auftretens neuer Gene und neuer Eigenschaften im Körper verstehen?
- Eines der typischsten Argumente von Menschen, die die Evolution leugnen, klingt ungefähr so: Wir können uns nicht vorstellen, wie neue Informationen durch zufällige Mutationen im Genom entstehen können. Vielen scheint es intuitiv, dass zufällige Änderungen, die beispielsweise an einem Text vorgenommen werden, keine neuen Informationen erzeugen können. Sie können nur Lärm oder Chaos bringen. Inzwischen ist der Wissenschaft bereits heute sehr wohl bewusst, wie im Laufe der Evolution neue Informationen im Genom, neue Gene, neue Funktionen, neue Eigenschaften in einem Organismus usw. erscheinen. Und einer der wichtigsten Mechanismen für die Entstehung neuer genetischer Informationen ist die Verdoppelung von Genen und die anschließende Aufteilung der Funktionen zwischen ihnen. Die Idee ist sehr einfach: Es gab ein Gen, jetzt gibt es zwei als Ergebnis einer zufälligen Mutation. Die Gene sind zunächst gleich. Und dann werden sie durch die Anhäufung zufälliger Mutationen in zwei Kopien dieses Gens leicht unterschiedlich, und es besteht die Möglichkeit, dass sie Funktionen untereinander teilen.
Geben Sie ein Beispiel für die Entstehung eines neuen Gens
- Jetzt gibt es viele gut untersuchte Beispiele. Im Allgemeinen ist diese Idee selbst ziemlich alt. In den 1930er Jahren schlug der große Biologe, Genetiker John Haldwin, vor, dass die Vervielfältigung, dh die Vervielfältigung von Genen, eine wichtige Rolle bei der Entstehung evolutionärer Innovationen spielt. Und in den letzten Jahren sind im Zusammenhang mit der Entwicklung der Molekulargenetik und dem Lesen von Genomen viele überzeugende Beispiele erschienen, gute Beispiele dafür, wie dies tatsächlich geschieht. Eines der hellsten ist mit der Entwicklung des Farbsehens bei Säugetieren bzw. besser gesagt bei Landwirbeltieren verbunden. Als Landwirbeltiere zum ersten Mal auftauchten und in der Devonzeit an Land kamen, hatten sie noch das sogenannte tetrochromatische Sehen, das auf der Ebene der Fische entstand. Was bedeutet das? Das Farbsehen wird durch lichtempfindliche Proteine der Netzhaut bestimmt - es gibt solche Zapfenzellen,die für das Farbsehen verantwortlich sind und in diesen Zapfen gibt es lichtempfindliche Proteine, die Opsine genannt werden. Die Fische, aus denen sich die Wirbeltiere entwickelten, und die ersten Landwirbeltiere hatten vier solcher Opsine. Jedes Opsin ist auf eine bestimmte Wellenlänge abgestimmt.
Können wir sagen, dass Fische genau vier Farben sehen?
Werbevideo:
- Dies bedeutet nicht, dass ein bestimmtes Opsin nur auf eine bestimmte Welle reagiert, sondern dass eine bestimmte Wellenlänge dieses Opsin am meisten anregt. Je mehr sich die Wellenlänge unterscheidet, desto schwächer reagiert es. Das tetrachromatische Farbsichtsystem ist ein sehr gutes System, es gibt eine sehr klare Unterscheidung der Schattierungen des gesamten Spektrums und bei vielen modernen Wirbeltieren ist es beispielsweise bei Vögeln erhalten geblieben. Vögel können Farben gut unterscheiden, anscheinend besser als wir. Viele können im ultravioletten Bereich sehen, einige Arten haben UV-Muster auf ihrem Gefieder. Und vielleicht fanden die Vögel das System der Farbübertragung unserer Fernseher und Monitore äußerst schlecht. Da wir ein trichromatisches System verwenden, das drei Farben mischt, ist unsere Sicht auf die gleiche Weise angeordnet. Der Vogel hat vier, nicht drei.
Das heißt, Menschen sehen die Welt im Vergleich zu Vögeln primitiver
- Aus der Sicht der Vögel sind wir ein wenig farbenblind. Beim Menschen besteht das trichromatische System, wie gesagt, aus drei Opsinen, die auf drei verschiedene Wellen abgestimmt sind. Eine für Blau, eine für Grün und die dritte für Gelb. Das Interessanteste ist jedoch, dass andere Säugetiere neben Menschen und Affen dichromatisch sehen und nur zwei Opsine haben. Sie haben kein Drittel, das dem roten Ende des Spektrums am nächsten liegt, und unterscheiden daher Blau von Grün, aber sie unterscheiden Grün nicht von Rot. Wie kam es dazu? Warum haben Säugetiere zwei Opsine verloren?
Es ist bekannt, dass die Vorfahren vier hatten und Säugetiere zwei Opsine haben. Anscheinend war der Verlust von zwei Opsinen mit der Tatsache verbunden, dass Säugetiere zu Beginn ihrer Geschichte zu einem nächtlichen Lebensstil übergingen. Warum wechselten sie zu einem nächtlichen Lebensstil? Dies war auf die Wechselfälle eines langen Wettbewerbs zwischen den beiden Hauptentwicklungslinien der Landwirbeltiere zurückzuführen. Diese Linien werden als synapsid und diapsid bezeichnet. Die Synapsenlinie besteht aus tierischen Eidechsen und tierischen Reptilien. Und diese Gruppe war in der Antike unter den Landwirbeltieren vorherrschend. In der Perm-Zeit war dies mehr als 250 Millionen Jahre her. Dann, in der Trias-Zeit, hatten sie starke Konkurrenten, Vertreter der Diapsid-Linie. Bei modernen Tieren gehören alle Reptilien, Krokodile, Eidechsen und Vögel zur Diapsidlinie. In der Triaszeit tauchten aktive Raubtiere auf, die schnell liefen, auch auf zwei Beinen. Diapside Reptilien, Krokodile verdrängten unsere Vorfahren von synapsiden oder tierischen Reptilien. Und dieser Wettbewerb endete zunächst nicht zugunsten unserer Vorfahren. Am Ende der Trias tauchten schnell laufende diapside Reptilien auf, aus denen eine neue Gruppe hervorging, aus der eine neue Gruppe entstand - Dinosaurier, die für eine sehr lange Zeit die dominierenden Tagesräuber und Pflanzenfresser auf dem gesamten Planeten wurden. Sie besetzten alle Tagesnischen, Tiernischen in der großen Klasse. Am Ende der Trias tauchten schnell laufende diapside Reptilien auf, sie gebar eine neue Gruppe, eine neue Gruppe kam von ihnen - Dinosaurier, die für eine sehr lange Zeit die dominierenden Tagesräuber und Pflanzenfresser auf dem ganzen Planeten wurden. Sie besetzten alle Tagesnischen, Tiernischen in der großen Klasse. Am Ende der Trias tauchten schnell laufende diapside Reptilien auf, sie gebar eine neue Gruppe, eine neue Gruppe kam von ihnen - Dinosaurier, die für eine sehr lange Zeit die dominierenden Tagesräuber und Pflanzenfresser auf dem ganzen Planeten wurden. Sie besetzten alle Tagesnischen, Tiernischen in der großen Klasse.
Die Synapsenlinie war gezwungen, in die Nacht zu gehen, unter der Erde zerquetschten sie. In der Perm-Zeit gab es riesige Synapsen-Reptilien, bis zum Ende der Trias-Zeit blieb eine Kleinigkeit übrig. Gleichzeitig wurde am Ende der Trias der Prozess der sogenannten Säugetierbildung von synapsiden Reptilien abgeschlossen, dh grob gesagt erschienen die ersten Säugetiere. Alle anderen synapsiden Reptilien starben aus, und eine Gruppe wurde zu Säugetieren und sie überlebten. Aber sie überlebten und wurden klein und nachtaktiv. Während der Jura- und Kreidezeit waren Säugetiere nachtaktiv - sie sahen aus wie Spitzmäuse, Mäuse. Da sie nachtaktiv waren, wurde das Farbsehen für sie fast nutzlos. Da die Zapfen nachts immer noch nicht funktionieren, konnte die natürliche Selektion vier beschreibende, tetrochromatische Visionen nicht unterstützen.weil diese Vision nicht benötigt wurde.
Natürliche Selektion kann nicht in die Zukunft schauen, es funktioniert so: Entweder Sie verwenden das Gen oder Sie verlieren es. Wenn das Gen hier und jetzt nicht benötigt wird, werden die Mutationen, die entstehen und es verderben, nicht durch Selektion eliminiert, und das Gen versagt früher oder später.
Der Verlust von Genen zielt wahrscheinlich darauf ab, alle Kräfte im Körper zu erhalten, bei maximaler Wirtschaftlichkeit, maximaler Effizienz, dh nichts sollte in unserem Körper im Leerlauf funktionieren
- Im Prinzip ja, das ist natürlich Wirtschaftlichkeit - überschüssiges Protein wird nicht synthetisiert. Ich muss sagen, dass im Allgemeinen viele überschüssige Proteine im Körper synthetisiert werden, die unnötig geworden sind, aber noch keine Zeit zum Absterben hatten. Dies geschieht nicht so schnell, aber am Ende geschieht es. Zunächst wurde angenommen, dass beide Opsin-Gene von den Vorfahren der Säugetiere oder den ersten Säugetieren sehr schnell und praktisch gleichzeitig verloren gingen. Jetzt im Genom des Schnabeltiers - und dies ist ein Vertreter der primitivsten Säugetiere - gibt es eines der verlorenen Gene. Das heißt, das Schnabeltier hat drei weitere Opsine, während fortgeschrittenere Säugetiere nur zwei haben. Die Gene gingen also wiederum verloren. Der gemeinsame Vorfahr der Säugetiere hatte noch drei Opsine und Plazentale und Beuteltiere, mit Ausnahme des oviparen Schnabeltiers und der Echidna, nur zwei Opsine.
Wie haben unsere Vorfahren, die Affen, ihr trichromatisches Sehvermögen wiedererlangt? Und hier hat der Gen-Duplikationsmechanismus gerade funktioniert. Als die Ära der Dinosaurier endete und Säugetiere wieder tagaktiv werden konnten, blieben sie bei ihrer dichromatischen Vision, weil es keinen Ort gab, an dem die verlorenen Gene aufgenommen werden konnten.
Und dies setzt sich in den meisten Gruppen von Säugetieren fort, obwohl es für sie nützlich wäre, Farben zu unterscheiden, aber es gibt keinen Ort, an dem das Gen aufgenommen werden kann. Aber die Vorfahren der Affen der Alten Welt hatten Glück. Sie hatten eines der verbleibenden zwei Opsin-Gene, die einer Duplikation, Duplikation und natürlichen Selektion unterzogen wurden, und stellten zwei Kopien des resultierenden Gens schnell auf unterschiedliche Wellenlängen ein. Dazu waren nur drei Mutationen erforderlich - das Ersetzen von drei Aminosäuren in einem Protein, eine ziemlich geringfügige Änderung. Eine kleine Operation, aufgrund derer die Wellenlänge, auf die eines der Opsine reagiert, sich auf die rote Seite verschoben hat. Dies reicht aus, um zwischen Rot und Grün unterscheiden zu können. Dies ermöglichte es den Vorfahren der ersten Affen der Alten Welt, in tropischen Wäldern Obst und frisches Laub zu essen: Es ist sehr wichtig, Rot von Grün zu unterscheiden.reife Früchte aus unreifen und junge Blätter aus alten Blättern.
Dies geschah jedoch nur den Affen der Alten Welt. Dies ist ein glückliches Ereignis - die Verdoppelung des Gens trat bei den Vorfahren der Affen der Alten Welt auf, nachdem sich Amerika von Afrika getrennt und geschwommen hatte, zwischen ihnen befand sich der Atlantik. Amerikanische Affen hatten Pech und die meisten von ihnen hatten eine dichromatische Sicht. Und sie leben immer noch so. Natürlich wäre es für sie auch nützlich, rote von grünen Früchten zu unterscheiden, aber was können Sie tun, wenn es kein Gen gibt?
Es stellt sich heraus, dass die Affen der Neuen Welt nicht zwischen Rot und Grün unterscheiden, Fehler machen, nichts essen?
- Es stellt sich so heraus. Vielleicht wurden die Affen der Alten Welt deshalb zu Menschen, die Affen der Neuen Welt nicht.
Verfasser: Olga Orlova
