Молекулярні відомості про організми

Молекулярні дані виявилися також дуже інформативними для встановлення родинних зв’язків між організмами. У другій половині двадцятого століття почали визначати амінокислотні послідовності білків, потім послідовності нуклеотидів в нуклеїнових кислотах.

Процедура визначення нуклеотидних послідовностей в ДНК (вона носить назву секвенування, від англ. Sequence – послідовність) до кінця XX століття стала досить рутинною процедурою, що дозволила визначити послідовності сотні тисяч генів. Їх аналіз проводиться за допомогою комп’ютерних програм. Зміна послідовності нуклеотидів в результаті заміни, випадінь, вставок відбувається з певною частотою постійно. Чим більший проміжок часу відділяє розбіжність організмів від загального предка, тим більше значні відмінності послідовностей ми спостерігаємо.

Коли проаналізували тисячі нуклеотиднихпослідовностей, з’ясувалися деякі закономірності їх змін в ході еволюції. Перш за все, виявилося, що різні послідовності змінюються з різними швидкостями. Найменш схильні до змін послідовності, що виникли в еволюції давно і широко поширені в світі живого.

Наприклад, дуже консервативні гени Хвороби, гени гістонів. А з найбільшими швидкостями змінюються гени РНК-вірусів, причому в першу чергу змінюються ділянки, які впізнаються імунною системою організму-господаря. Вірус імунодефіциту людини, наприклад, змінюється з величезною швидкістю, так що виділяється з крові хворого вірус може значно відрізнятися від того, який послужив джерелом захворювання. Мутуючи з високою швидкістю, вірус як би “ховається” від імунної системи.

Крім того, в результаті зіставлення молекулярних даних з палеонтологічними встановлено, що швидкість змін послідовностей нуклеотидів різна в різний час. Так, гени глобинов хребетних змінювалися найбільш інтенсивно 400-500 мільйонів років тому, потім швидкість зменшилася, і останні 100-200 мільйонів років гени глобинов майже не змінювалися.

Висока швидкість змін не завжди означає, що мутації відбуваються з більш високою частотою. Швидкість спонтанного мутірованія може залишатися і постійною. Але переважна частина мутацій, як правило, знижує життєздатність їх носіїв, а 400-500 мільйонів років тому серед мутованих генів глобинов виявилися такі, які давали їх власникам переваги в розмноженні. Тому вони поширювалися з більш високою частотою, і таким чином відбувалася “фіксація”, тобто швидке закріплення деяких з мутантних варіантів.

Молекулярні дані дали цікаві відомості про филогенетических зв’язках організмів. Так, вивчаючи послідовності генів рРНК, вдалося порівняти дуже далекі організми: бактерії і еукаріоти. Як і очікувалося, вони дуже сильно розрізняються, але, що виявилося досить несподіваним, еубактеріі і архебактерии різко відрізняються один від одного. На підставі цих досліджень і, беручи до уваги інші їх відмінності, було запропоновано виділяти два надцарства прокаріотів поряд з Домен Еукаріоти. З огляду на швидкість зміни гена рРНК малої субодиниці рибосом, можна датувати час роз’єднання цих двох груп бактерій 3,5 млрд років тому.

Як ви пам’ятаєте, рибосоми присутні не тільки в цитоплазмі, а й в таких клітинних органелах, як мітохондрії і хлоропласти. Рибосоми цитозоля і органоїдів відрізняються: в цитоплазмі вони перш за все більшими, крім того, синтез білка в цитоплазмі зупиняється під дією одних інгібіторів, а в органелах і у прокаріотів – інших. Ці факти, а також те, що ДНК органел має кільцеву форму, так само як і ДНК прокаріот, свого часу змусили багатьох вчених підтримати ідею про те, що мітохондрії і хлоропласти з’явилися в клітці в результаті симбіозу. Вважається, що це найбільш ймовірний шлях виникнення еукаріот – встановлення жорсткої і обов’язкової зв’язку між прокариотами, що жили спочатку в симбіотичних відносинах один з одним.

Цей шлях еволюції зазвичай називають симбиогенеза. Основний внесок в розвиток уявлень про роль симбиогенеза в еволюції належить американській дослідниці Лінн Маргеліс (Маргуліс). Хоча вперше ця ідея була висловлена нашим співвітчизником Андрієм Сергійовичем Фамінцин в другій половині XIX століття, а сам термін був запропонований дещо пізніше Костянтином Сергійовичем Мережковским. Дані аналізу нуклеотидних послідовностей генів рРНК ще раз підтверджують подібність еубактерій з мітохондріями і хлоропластами, а, отже, і гіпотезу симбіотичного походження цих органоїдів.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Будова і функції АТФ