Эволюция предполагает, что у живых организмов происходят изменения на генетическом уровне — а через них появляются или исчезают части тела, особенности функционирования, внешние черты или другие нюансы организма. Ведь именно в ДНК, полученной при соединении родительских клеток, заложена «программа», в соответствии которой развивается живой организм.
Однако, сравнив геномы сотен животных со всего мира, ученые выяснили, что некоторые из них не случайно называют «живыми ископаемыми». У этих видов ДНК практически не изменилась за миллионы лет. Об исследовании сообщает журнал Science.
Кропотливую работу проделали сотрудники нескольких университетов США и Китайской академии наук: из имеющейся литературы они собрали последовательности из более чем 1100 экзонов (кодирующих областей генома) у 478 видов. Затем, используя знания о предках этих видов, они создали огромное эволюционное древо. Это позволило оценить скорость, с которой происходили изменения в экзонах.
Оказалось, что почти у всех «живых ископаемых» эволюция на самом деле шла. Например, у рыбы латимерии, рыбы-слона и тропической птицы гоацин ее скорость была выше, чем ожидали: около 0,0005 мутаций в каждом участке за миллион лет. Хотя это все равно намного медленнее, чем у земноводных (0,007 мутаций за миллион лет) и плацентарных млекопитающих, к которым относится и человек (0,02 мутаций). То есть, хотя эти виды напоминают своих очень древних предков, они не такие уж и «ископаемые» на молекулярном уровне.
Ископаемый мезальянс
Но удалось найти и несколько видов, развитие которых практически остановилось. Эволюция почти не затронула представителей отряда осетрообразные (это непосредственно осетровые и два вида веслоносых).
А самыми консервативными оказались представители семейства щук Lepisosteidae, по-русски — панцирниковые. Их темп молекулярного замещения составлял всего 0,00009 мутаций на миллион лет.
Живое подтверждение такой медленной эволюции можно встретить в реках штатом Оклахома и Техас в США. Ученые проверили живущих там необычных щук. И образцы, взятые у десятков рыб, позволили сделать вывод о том, что они являются гибридами двух разных даже не видов, а родов Lepisosteidae: короткорылых и длиннорылых панцирников, то есть Atractosteus и Lepisosteus.
Atractosteus и Lepisosteus имели общего предка около 105 миллионов лет назад. Обычно за такое время существа разных родов становятся настолько отличны, что общее потомство у них генетически невозможно. Но в случае с панцирниковыми гибридные щуки не просто выживали, но и были довольно плодовиты сами.
«Таким образом, эти эукариоты становятся самыми давно разделившимися из всех, способных производить жизнеспособное потомство. Они превзошли предыдущих рекордсменов — два папоротника — примерно на 60 миллионов лет. Острые умы могут вспомнить Sturddlefish, гибрид веслоноса и осетра, которые разошлись еще раньше, но эти случайно получившиеся гибриды, вероятно, были стерильны и не встречаются в природе», — отмечается в сообщении.
Загадка ДНК
При этом ученые пока не могут объяснить, как так получилось, что эволюция почти не коснулась Lepisosteidae. Основная гипотеза: их ДНК имеет небывалую способность возвращаться в исходное состояние после мутаций или повреждений. Аналогичную версию ранее предлагали для осетровых, которые в этом исследовании заняли второе место.
Однако, другие специалисты, которых упоминает или цитирует Science, допускают, что это не единственная причина. В частности, уже известно, что у этого сверхстабильного семейства щук очень медленный метаболизм, а поколения сменяются дольше, чем у других животных. Также у них ослаблено влияние транспонзонов, или «прыгающих генов», которые могут перемещаться внутри генома, и есть ряд других генетических особенностей.
Поэтому авторам исследования предстоит большая работа, чтобы выяснить реальную причину пониженного числа мутаций. В частности, чтобы подтвердить гипотезу о постоянном возвращении панцирниковых к «настройкам по умолчанию», им придется включить гены, предположительно отвечающие за это, в ДНК специальных лабораторных рыбок. А эта работа может занять продолжительное время.
Однако, если удастся найти разгадку, она, возможно, будет иметь прикладное значение для людей: может быть, удастся понять, какие сбои в нашей ДНК приводят к появлению раковых опухолей и как их исправить.
Другие новости по теме...
