Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции

Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции

Русские ученые на основанию обмысленной методики доказали, что рост масштабов генома связан с повышением трудности организмов в ходе эволюции. Этот, глядело бы, явный заключение до этого времени не поддавался статистическому подтверждению. Все-таки, как проявили южноамериканские профессионалы, этот рост не удается разъяснить с поддержкой живущих популяционных моделей дрейфа генов и скопления случайных мутаций.

Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции

Русские ученые на базе обмысленной методики доказали, что рост масштабов генома связан с ростом трудности организмов в ходе эволюции. Этот, выглядело бы, явный заключение до этого времени не поддавался статистическому подтверждению. Все-таки, как представили южноамериканские спецы, этот рост не удается разъяснить с поддержкою имеющихся популяционных моделей дрейфа генов и скопления случайных мутаций.

Спектр изменчивости масштабов генома громаден: он сочиняет практически 7 порядков от внутриклеточных микробов с геномами в 150200 тыщ пар нуклеотидов до неких амеб с их 700 миллиардов пар нуклеотидов. Выглядело бы, рост трудности генома надлежать водиться соединено со сложностью морфологической организации. Бактерии примитивны им и обычного генома хватает, а чтоб править развитием трудного животного, требуется наиболее трудная генетическая программа, строчит .

Но, как ни умопомрачительно, подтвердить это предположение не удавалось (сантим.. C-value enigma). Берем ли мы безвыборочный массив внешностей либо избираем отдельные филогенетические полосы, не удается статистически подтвердить отношение меж размахом геномов и ватерпасом организации. К примеру, сходные в морфофизиологическом смысле внешности злаков обладают 20-кратный разброс в масштабах генома. В то же период у жителя нашей планеты геном ориентировочно в 40 разов младше, чем у двоякодышащей рыбы Protopterus aethiopicus (сантим..: Comparison of different genome sizes).

Это противоречие можнож разрешить 2-мя методами. Основной доказать, что предпосылки неименья, выглядело бы, тривиальной корреляции носят искусственный нрав, другими словами соединены с методическими просчетами. 2-ой путь доказать, что указанной отношения вправду нет, и предложить вторую содержательную причину конфигураций масштаба генома в ходе эволюции. В текущей научной литературе взяло два известья, подсобляющих разобраться в данной нам теме.

Одно из их дает новейший методический подход к оценке отношения масштаба генома и трудности организации (либо степени эволюционного развития). Этот подход был разработан группой русских профессионалов под управлением А. В. Маркова из Палеонтологического института (Москва) и размещен в Палеонтологическом журнале. Иное, опубликованное в PLoS Genetics, дозволяет осознать, как далековато продвинулись ученые, предпочетшие 2-ой путь.

Марков с сотрудниками представили наличие отношения меж ватерпасом организации и наименьшим размахом генома представителей этого степени но не для целых живых организмов в целом, а лишь для одной эволюционной полосы, водящей от прокариот к млекопитающим. В данной нам эволюционной полосы тенденция к росту трудности организма (никак не приходящая всеобщим эволюционным законом) проявилась более ясно. Специфичность этого исследования в том, что в качестве меры масштаба генома в той либо другой группе организмов употреблен малый геном, а не спектр, не средние величины и не случайные внешности. При всем этом внутриклеточные паразиты не рассматривались, потому что они вовсю пользуются генами владельца, экономя собственные ресурсы. Конкретно малый геном в великой группе организмов может посодействовать примерно оценить размер нужной (неизбыточной) генетической инфы, обеспечивающей существование представителей таксона. Наиболее пунктуальную оценку заработать тяжело, так как нет полностью надежных методов отличить вправду негодные участки ДНК от функционально важных (к примеру, от некодирующих последовательностей, исполняющих регуляторные функции).

Не считая малого генома для каждого эволюционного степени учитывалось также приблизительное период возникновения предоставленной группы организмов.(сантим.. таблицу).

Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции

Ученые подобрали функции (масштаб генома в зависимости от медли возникновения), наихорошим образом аппроксимирующие эти сведения. Вышло, что эту зависимость идеальнее всего обрисовывает гиперэкспоненциальная функция, другими словами степенная экспонента; немножко ужаснее экспонента (сантим.. рис. 1).

Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции
Рис. 1. Зависимость малого масштаба генома от медли возникновения группы организмов. По оси абсцисс отложено период возникновения, а по оси ординат малый масштаб генома. Набросок из обговариваемой статьи в Палеонтологическом журнале

Гиперэкспоненциальный рост свидетельствует о том, что рост генома это самоускоряющийся процесс. Чем преимущественно геном, тем выше темпы роста. Какие процессы лежат в базе этого автокатализа? По предположению ученых, один-одинехонек из источников роста генома быть может формирование новейших генов и регуляторных участков методом дупликации и перекомбинирования будущих многофункциональных участков. Великое число генов дозволяет и больший набор вероятных перекомбинаций их участков, и эта функция, разумеется, не ровная, а степенная. Сложность сама собой порождает рост трудности.

Заработанные сведения принуждают направить заинтересованность на надлежащий факт. Самый резкий скачок в росте малого масштаба генома зафиксирован в позднем докембрии и ранешном палеозое (600540 млн годов назад), а наибольшие темпы роста биоразнообразия, другими словами сложность наиболее больших иерархических степеней жизни, имелись достигнуты максимум позднее в баста мезозоя и в кайнозое (начиная ориентировочно со сто млн годов назад). Не исключено, что рост генома в какой-то мере содействовал росту биоразнообразия, предоставив доп ступени свободы для генетических композиций (жаждая нужно держать в голове, что взрывной рост контраста в мезозое и кайнозое происходил в генеральном за счет сравнимо нетрудно устроенных животных, этаких как моллюски и насекомые, и в наименьшей ступени за счет костистых рыб, птиц и млекопитающих). Это расхождение надлежать заинтриговать имеющихся исследователей.

Этаким образом, ежели осмысленно подступать к выбору линии усложняющихся форм и оценкам масштаба геномов, то удается не совсем только подтвердить отношение меж сложностью организации и геномом, да и узреть черты самоускоряющегося процесса. Это, непременно, макроэволюционный масштаб преображений. При всем этом в границах каждого таксона рост генома может и не выявляться, и даже его совсем может и не водиться. Так, в эволюции птиц и прокариот преобладающей тенденцией, по-видимому, имелось убавление, а не рост масштаба генома.

Во 2-ой статье южноамериканские ученые из Института Райса (Хьюстон) и Калифорнийского института в Риверсайде попробовали отследить микроэволюционные процессы, регулирующие рост генома. В принесенном случае анализировалась не необходимая число генома, тот или иной можнож примерно оценить по минимальному масштабу генома в границах великой группы, а целый геном полностью, включая его факультативную число, масштаб тот или иной может чрезвычайно сильно варьировать, к примеру, из-за размножения эгоистических мобильных частей и других циклических последовательностей. Предполагается, что масштаб генома обязан быть связан обратной зависимостью с численностью популяции. В крупных популяциях за счет вероятностных действий слабовредные мутации соответственны результативно отсеиваться отбором. Квитается, что большая часть дупликаций циклических участков ДНК препровождают собой как разов слабовредные мутации. Оттого в крупных популяциях отбор обязан удерживать геном от разбухания, а в малеханьких, против, слабовредные дупликации и новейшие копии мобильных частей будут скапливаться, увеличивая масштаб генома.

Инспектировать эту модель идет с великой осмотрительностью, потому что исследователя подстерегают нежданные статистические трудности. В зависимости от нрава ветвления филогенетического древа подборки раздобываются различные результаты. Ежели перемешать филогенетически дальние и недалекие ветки, то достается средняя температура по больнице: смущенная подборка показывает типо открытую зависимость, а любая отдельная ветвь может характеризоваться обратной зависимостью. Оттого модели популяционных действий (микроэволюционных) можнож инспектировать лишь с учетом воздействия филогенетической близости внешностей животных либо растений.

Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции
Рис. 2. Набор внешностей и филогенетическое древо для их с оценками масштаба генома, примененные южноамериканскими учеными. Изображение из обговариваемой статьи в PLoS Genetics

На рис. 2 отлично приметно рост масштабов генома в ходе эволюции. Приходит ли масштаб популяции водящим фактором этого роста? Нет, не приходит, заключили исследователи. Им не удалось выявить означаемую корреляцию меж размахом популяции и самыми различными чертами геномов: числом генов, размахом и числом интронов, скоростью дупликации генов, условным и безусловным числом транспозонов.

Этаким образом, анализируя два исследования, проведенные на противоположных точках света, прибываем к заключению, что мы пока не можем (к раскаянию!) осознать сущности геномных действий, правящих разрастанием либо сжатиемя геномов во медли. Мы лишь можем зафиксировать явление рост масштабов необходимой доли генома в неких эволюционных чертах, увязанный каким-то непонятным образом с возрастанием трудности морфофизиологической организации, и констатировать его учащенный нрав. И на каких-то дорожках этого запутанного исследования мы теснее можем поставить символ тупик, чтоб не растрачивать период и средства на напрасные маршруты.

Источники:
1) Kenneth D. Whitney, Theodore Garland, Jr. Did Genetic Drift Drive Increases in Genome Complexity? // PLoS Genetics. 2010. 6(8): e1001080. Doi:10.1371/journal.pgen.1001080.
2) A. В. Марков, В. А. Анисимов, А. В. Коротаев. Связь масштаба генома и трудности организма в эволюционном линии от прокариот к млекопитающим // Палеонтологический журнальчик. 4, 2010. Стр. 314.

Лена Наймарк

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Рост размеров генома связан с увеличением сложности организмов в ходе эволюции

Posted in ЭкоМедицина by with comments disabled.