Sedan upptäckten av ett sådant fenomen som horisontell genöverföring, nämligen inte från föräldrar till avkomma, har hela den levande världen på vår planet representerats som ett enda informationssystem. Och i detta system blir det möjligt att låna en framgångsrik evolutionär uppfinning av en art av en annan. Vad är vertikal och horisontell genöverföring, vilka är mekanismerna för denna process och exempel i den organiska världen - allt detta är artikeln.
Grangener
Alla vet att vi får våra gener från våra föräldrar. Och de är från sina föräldrar. Detta är den vertikala överföringen. Och om det plötsligt uppstår en mutation som visar sig vara användbar för överlevnad eller anpassning, och får fotfäste i populationens arvsmassa, då kommer arten att få fördelar i kampen för tillvaron.
Samtidigt har en person sina egna gener,bladlöss har sina egna och hajar har sina egna. Det är nästan omöjligt för dem att ta sig mellan arter. Men ibland händer det - det här är horisontell genöverföring.
Det här är vad modern genteknik gör. Genetiskt modifierade organismer är resultatet av sådan genöverföring (till exempel den lysande tardigraden på bilden ovan). Men i naturen har detta fenomen funnits länge.
Kärnan i saken
Vertikal genöverföring är fenomenet med överföring av ärftligt material från föräldraformer till dotterorganismer.
Horisontell genöverföring är en naturlig situation där gener överförs från en vuxen organism till en annan. Samtidigt existerar två organismer objektivt, och ibland tillhör de olika biologiska arter.
Ett exempel på horisontell genöverföring i bakterier är överföringen av resistensgener från en bakteriestam till en annan.
Nödvändiga villkor
För att förstå detta fenomen är det nödvändigt att känna till villkoren under vilka en sådan överföring i princip är möjlig, nämligen:
- Det är nödvändigt att ha en mellanhand för "transport" av gener från en cell till en annan, från en organism till en annan.
- Det måste finnas en molekylär mekanism som gör att främmande gener kan infogas i värdens genuppsättning.
Dessa villkor kan mycket väl uppfyllas av retrovirus och andra transposoner (DNA-element). Och det är just sådana metoder för horisontell genöverföring som genteknik har antagit idag.
Även omIdag studeras bara mekanismerna för sådan genöverföring, förutom virus kan sådan överföring även ske med hjälp av fria sektioner av deoxiribonukleinsyror (transposoner), som kommer in i kroppen genom en enkel introduktion eller med parasitiska organismer. Det senare kan förändra inte bara värdens genetiska apparat, utan också dess ekologiska plats i biocenossystemet.
Bakgrund
Det var överföringen av antibiotikaresistensgener mellan olika bakteriestammar som beskrevs första gången i Japan 1959.
Redan i mitten av 1990-talet bevisade molekylärbiologer att horisontell genöverföring i prokaryoter och eukaryoter var involverad i den evolutionära utvecklingen av liv på vår planet.
Under 2010 publicerades en studie av professor Cedric Feschott, som presenterade en analys av genomet hos opossum- och saimiri-apor. De blev bitna av en typ av insekt. I däggdjurens genom har man hittat en transpozoon som har 98% identitet med insekter. Till din information biter dessa buggar inte bara apor och opossums.
Från och med nu har hypotesen om horisontell genöverföring mellan olika domäner av organismer blivit ett nytt paradigm inom biologin.
Färgglada buggar
Och om den horisontella genöverföringen i bakterier under de senaste 30 åren inte har väckt tvivel bland biologer, så har dess möjlighet i flercelliga organismer väckt många frågor. Det var då som biologernas uppmärksamhet lockades av den vanliga bladlössen, i vilkendet finns individer med grön och röd färg på kroppen.
En analys av pigmenten som ger färg till röda individer avslöjade förekomsten av karotenoider - växtpigment. Var fick bladlössen gener som är unika för växtorganismer? Idag är sekvensering av insektsgenomet en ganska enkel sak för forskare. Det är så man upptäckte att generna hos bladlöss som ansvarar för syntesen av rött pigment är helt identiska med de hos vissa svampar som parasiterar i bladlössens kropp utan att orsaka någon synlig skada.
Med största sannolikhet var det i början av bladlössens evolution (för cirka 80 miljoner år sedan) ett misslyckande i den genetiska maskinen och svampgenerna byggdes in i insektsgenomet.
Evolution och biologisk mångfald
All fylogenetisk systematik i den organiska världen är baserad på Darwins koncept om divergens. Dess väsen är följande: så snart som reproduktiv isolering sker mellan populationer av en art, kan vi prata om artbildningsprocessen. Och redan två arter fortsätter att utvecklas baserat på naturligt urval och slumpmässiga mutationer.
Upptäckten av horisontell genöverföring mellan arter och större taxa visade bara att under en så kort rymdperiod (4 miljarder år) kan levande materia på vår planet gå från encelliga former till högorganiserade flercelliga former.
Därmed blir hela planetens biota ett enda laboratorium för att skapa nya ärftliga egenskaper, och det är den horisontella rörelsen av generkunde och fortsätter att avsevärt påskynda evolutionsprocessen.
Låt oss låna några gener
Under 2015 studerade genetikern Alistair Crisp från Cambridge (Storbritannien) genomet för 12 arter av fruktflugor Drosophila, 4 arter av rundmaskar och 10 arter av primater (varav en är en människa). Forskaren letade efter "främmande" delar av DNA.
Forskningsresultat har bekräftat förekomsten av 145 regioner i genomen som är resultatet av horisontell genöverföring i eukaryoter.
Några av dessa gener är involverade i metabolismen av proteiner och lipider, den andra - i immunsvar. Det viktigaste var att det var möjligt att identifiera troliga donatorer av dessa gener. De visade sig vara protister (de enklaste eukaryoterna), bakterier (prokaryoter) och svampar.
Vad sägs om oss
Det är redan tillförlitligt känt att genom horisontell genöverföring hos människor uppstod generna som var ansvariga för blodtyperna AB0.
De flesta bevis för sådan genöverföring hos primater är av mycket gamm alt ursprung, som går tillbaka till en gemensam förfader med andra kordater.
Enligt nya studier är bildningen av moderkakan hos människor också ansvarig för virusets gen, som fångades någonstans i början av bildandet av moderkakadjur.
Resultaten av sekvensering av det mänskliga genomet visade att det innehåller cirka 8 % av delar av virala genom, som kallas "sömnande gener".
The Age of Mutants
Här kommer vi tillämnet för skräckhistorier som gröna aktivister skrämmer med. Tänk om dessa "sovande" gener slår på? Eller biter en fästing en person och drar in någon form av skräck i hans arvsmassa? Eller äter vi genetiskt modifierade sojabönor och blir mutanter? Men trots allt, i 4 miljarder år har den biologiska mångfalden på planeten bara ökat, och du och jag är fortfarande lite som valar, som bladlöss är som svampar. Varför är det så?
För det första existerar mekanismen för horisontell överföring i naturen så länge livet självt existerar. Och på exemplet med bladlöss är det helt klart att sådan genöverföring syftade till att öka organismernas anpassningsförmåga till miljöförhållanden (röda är mindre synliga på vissa delar av växter). Och gentekniker i denna mening kom inte på något nytt. Tomater med gener för arktiska fiskar har ökad köldtolerans, vilket gör att de kan odlas i nordliga regioner.
För det andra, trots möjligheten till genetisk överföring, har vi ännu inte observerat föreningen (likformigheten) av genomet för alla levande organismer på planeten. Stabiliteten i det biologiska systemet, som är cellen och organismen, är tillräckligt hög för att begränsa ineffektiv genöverföring. Men samtidigt är det denna överföring som är den biologiska evolutionens verktyg, som leder till biologisk mångfald. Så det kommer inte att dröja länge innan björnar ser ut som drakar och hundar ser ut som kameleonter.
