Эволюцияның молекулалық механизмі

Ашылуы туралы айтқым келеді, болды игілігі ғылыми жұртшылық, қашан «Nature» журналында мақала жарияланды атты «HSP-90 ретінде көмектесуші морфологиялық эволюция». Непосвященным адамдарға бұл атау, әрине, ештеңе, бірақ мамандар сол распознали бұл тек академиялық үйме сенсациялық мазмұны. Дегенмен, дәлірек айтқанда, барлығы сипаттап мәні жаңа ашылған өздері оның авторлары — американдық исследовательницы Сюзанна Резерфорд және Сюзэн Лундквист ашқан бөлім «нәтижелерін Талқылау» атаулы сөйлемде: «Біз алғаш рет бізге белгілі болғандай, табылған куәлік өмір сүруінің арнайы молекулярлық механизмін, ол процесіне ықпал етеді эволюциялық өзгерістер бар өзгерістер жағдайларына». Одан да жай ғана сол айтылды пікірлер британ радиостанциялар «Би-би-си»: «Ашық молекулярлық механизмі эволюция!» (Шындық, әділдік үшін айта кету керек, авторлар сопроводили подзаголовок өз-бабы — «эволюциялық Тетігі» — леп, әлдеқайда сақ вопросительным белгісі.)

Бұл дегеніміз — молекулалық механизмі эволюция? Біз барлық білеміз түрлерінің эволюциясы жүреді нәтижесінде пайда болған кездейсоқ өзгерген дарақ және табиғи іріктеу, олардың ішінен сол жақсы бейімделген, өзгермелі жағдайларға қоршаған орта. Бірақ бұл, сондықтан айтуға, «макроопределение». Әрине, процесс пайда болуы «өзгерген дарақ» басталады қандай да бір молекулалық өзгерістер, өйткені, оның барлық белгілері бір немесе өзге дарақтар сол немесе өзге де түрін диктуются генами. Тиісінше, және осы белгілері басталуы тиіс деңгейде гендердің, яғни молекулалық деңгейде. Бүгінде негізгі себебі, мұндай өзгерістердің болып табылады деп аталатын мутациялар. Өскенбаев — бұл кездейсоқ өзгеруі қандай да бір генінің туындаған радиациялық, химиялық немесе басқа зақымдану салдарынан келтірілген. Өйткені әрбір ген басқарады білімі бар немесе басқа клеткалық, ақуыз немесе оның бір бөлігін (ал арқылы бұл белоктар — белгілері бар организмнің жалпы), онда шойбеков в генерал-п жиі жүргізеді, сайып келгенде сәл бұрмалауға оның ақуыз жағдайда, деп аталатын микромутации, әдетте, «точечному» бұрмалау, ашығын ауыстыру белгілі бір амин қышқылы басқа. Салдары мұндай ауыстыру мүмкін өте зиянды немесе тіпті өлімге душар ететін организм үшін, егер олар қозғайтын өте маңызды буыны болып табылады — бейтарап, ал оқта-текте (бақытты кездейсоқтықтың арқасында) тіпті пайдалы бейімделу үшін ортаға.

Барлық айтқандары емес, түсіндіреді, алайда, дегенмен эволюциясы жүреді. Сондықтан мысалында, мұнда закавыка. Тіпті ең жылдам көзқарас эволюциясын, биологиялық түрлерін сендіреді ол жылдамдайды стресс жағдайында, яғни жағдайдың нәтижесінде туындайтын күрт және қолайсыз сыртқы жағдайлардың өзгерістерін. Бұл жақсы белгілі, мысалы, қатысты бактериям. Ережелеріне бағынбай жағдайын физиологиялық стресс, вызванную, мысалы, голоданием немесе пайда болуына, қоршаған ортада антибиотиктердің, олар өте жылдам жауап береді, осы қауіп пайда болуымен көптеген жаңа мутантты түрлерінің, олардың арасында қандай да бір түрі, табысты выживающие жаңа жағдайларда (становясь, мысалы, резистентными антибиотиктерге немесе сатып алу қабілеті меңгеруге алдымен несъедобную тағамға). Елестету қиын, дәл осындай жағдайда мутациялар, және жүргізеді, сайып келгенде, пайда болуына жаңа түрі, бактериялар, неге екенін күрт учащаются, себебі мутациялар — кездейсоқ құбылыстар емес, табанды олар дәл қажетті сәтте! Бірақ одан да қиын елестету, ол бактериялар қандай ғажайып «мақсатты түрде жауап береді», туындаған қажеттілік бейімделу және өмір сүру. Әрине, өмір сүруі тиіс, онда жасырын молекулярлық механизмі, ол өзі орындарымен бірге корей м қосылады стресс жағдайында, — деп жиілігін мутацияларды? Қалайша? Жұмбақ.

Сонымен қатар мінез-құлық бактериялар ғана емес, жалғыз ғана мысал «жеделдетілген» эволюция стресс жағдайында. Ғылым палеоантропология біледі басқа да осындай жағдай. Бүгін көптеген палеоантропологи деп санайды және осыған ұқсас оқиға маңызды кезеңдерінің бірі бұл эволюция алыс предшественников адам — деп аталатын австралопитеков — өзіндік гоминидам. Сол австралопитеков, таза өсімдік рационның көшті ет тағамға тиіс шығуға ормандардың ашық африкалық саванны, таба онда мұндай тамақты (қалдықтары недоеденных жыртқыштар жануарлардың), және барысында осындай ізденістердің кейде забредали оқшауланған температурасы әлем шатқал мен алқап. Сонда қалған қиын жағдайларда, угрожавших олардың өміршеңдігі, олар пікірінше, палеоантропологов, эволюционировали (адаптировались) тезірек сол топтың австралопитеков, қала берді » әдеттегі жағдайында орман және мұқтаж мұндай бейімдеу. Ұзақ болды оқшаулау, көп накапливалось тобында осындай эволюциялық өзгерістер, әзірге ол түпкілікті емес айналды жаңа жасалған тобына Гомо.

Атақты «Кембрийский» жарылыс көрсеткендей, мұндай құбылыстар алуы мүмкін және неғұрлым громадных ауқымы. Естеріңізге сала кетейік, «Кембрийским жарылыс» деп аталады биология қысқаша (шамамен миллион жыл), жылдам (геологиялық уақыт масштабында, әрине) пайда болған орасан зор жаңа биологиялық түрлерін, отличавшихся түбегейлі өзгертілген телесными нысандары мен құрылымдар, мысалы, дәл сол кезде алғаш рет пайда болған омыртқалы, оларға тиесілі адам. Бүгін бұл кезеңде, отстоящий бізге 500 миллион жыл басталды күрт жылдам өсу концентрациясы оттегі жердің атмосферасы, бұл құрды стресстік жағдайлар болған кезде организмдердің. Айтпақшы, кем емес әйгілі апат — динозаврлар жоғалуы болған шамамен 65 миллион жыл бұрын, ең алдымен, соқтығысу нәтижесінде Жердің үлкен метеоритом, — де сүйемелденді жеделдетілген пайда болуымен көптеген жаңа түрлерін (мысалы, қазіргі сүтқоректілер), бұл көрсеткендей, американдық зерттеуші Д. Яблонскийдің, дәл жақын маңында құлаған метеориттің, ауданда қазіргі Мексика шығанағы, жаңа түрлері пайда болды бұрын барлық, бұл миллион жылдан кейін апат, өйткені онда стресс болуы мүмкін күшті.

Молекулярлық механизмі эволюция

Үстіңгі жасушалар орналасады рецепторлар әр түрлі өзара іс-қимыл жасайтын, өз сигналдық молекулалар

Барлық бұл мысалдар көрсеткендей, қолайсыз, стресстік өзгерістер ортаны ғана емес, ықпал етеді, эволюция, бірақ күрт тездетеді, оны кейде громадных ауқымы, бірақ бұл тек шиеленістіре түседі жұмбақ — қандай молекулалық механизм осындай жеделдету? Қандай ухитряются тұқым қуалайтын ДНК молекулалары да тез өзгере дәл керек кезде? Қайдан алынады — тағы да дәл керек кезде — осындай көптеген қолайлы мутациялар бірден?

Ашу Сюзанны Резерфорд және Сюзэн Лундквист, әңгімеден туралы онда біз бұл ескеру, және наметило контурлары ықтимал жауап барлық осы мәселелер. Бұл исследовательницы таңдады зерделеу объектісі ретінде қандай да бір спецификалық ақуыз, оның функциясы ағзадағы байланысты, бір жағынан, стресс, ал екінші жағынан дамуымен және өзгеруімен жасушалар. Бұл оның екі жақты рөлі пікірінше, исследовательниц тиіс болатын мүмкіндік байқауға арасындағы байланыс стресс және жасушалық (а, сайып келгенде, — және организменными) өзгерістер ең терең, молекулярлық деңгейде.

Белок бұл деп аталады HSP-90, негіздеді баптың атауы «Nature». Ол кең және маңызды тобы деп аталатын белоктар жылулық шоктың, тағайындалуы, көрсетілгендей, оларды анықтау, тұрады қорғау жасушалық ақуыздардың жылу әсерінен, яғни «шок» шақырылуы мүмкін күрт көтерілуімен қоршаған ортаның температурасы. Температураның жоғарылауы, жалпы айтқанда, дихлорэтан үшін қауіпті кез келген белоктар — ол бұзады химиялық байланыс олардың ішінде, ал бұл әкеледі жоғалту молекула ақуыздың оның ерекше нысаны, ал онымен қабілетін және өз функцияларын орындауға клеткадағы. Бұл нәтиже көрсетеді ақуыз сваренного тауық жұмыртқа. Міне, белоктар жылулық шоктың жүзетін » межклеточной ортаға және қоршаған сыртынан беті жасуша қалай қабылдайды жылу соққы және осы өзінің «жанкештілік» алдын алады (белгілі бір шекке, әрине) бұзылуы жасуша белоктар. Соңғы жылдардың зерттеулері, сол белоктар жылулық шоктың қорғауға қабілетті жасушалық ақуыздар және басқа да көптеген қауіп және стресс, мысалы оттегі жетіспеушілігінен, химиялық зақымданудан және тіпті шабуыл кейбір патогендердің. Сонымен қатар, бөлшектемей және тор, олар қорғайды белоктар тіпті болмауы стресс, бұл белок молекулалары ғана құрылады ішінде жасушалар, және алмайынша олар свернутся тиісінше. Осылайша, белоктар жылулық шоктың сызғанов айтуға оңай «қорғаныш».

Молекулярлық механизмі эволюция

Қорғаныш ақуыз HSP-90 қолдайды молекула бар сигналдық жүрдім тұрақты жай-күйі

Барлық осы общезащитных белоктар HSP-90 бөлінеді бір бірегей ерекшелігі. Ол қорғаумен айналысады түзілетін белок молекулаларының. Басым көпшілігі оның «қамқорлығындағы» белоктар класына жатады деп аталатын таратқыштар сигнал signal transducers). Типтік үлгі мұндай таратқыштар болып табылады рецепторлардың жасушалар. Рецепторларға — бұл белоктар, тағайындау онда тұрады анықтау ерекше молекулалар, өзгермелі межклеточном кеңістікте және біріктіру сол, олар белгілі бір жолмен «сәйкес келеді» осы рецептору. Белок-рецепторлардың бар удлиненную нысаны: оның «басы», саңырауқұлақ, торчит бетінен жасушалары, «тельце» пронизывает оның клеточную мембрана, ал «құйрығы» ішінде орналасқан жасушалар.

Бұл үдеріс беру «сигнал» қоршаған тор ортаның оның мұралық молекулам. Аталған каскад внутриклеточных реакция туындаған, осындай сигналмен мүмкін, мысалы, әкелуі мүмкін, себебі қандай да бір ген тұқым қуалайтын молекулалар жағымда молекуласы ақуыз, блокирующая немесе, керісінше, күшейту. Ал бұл, өз кезегінде, әсер етеді өсу қарқыны, жасуша метаболизмінің сипаты онда процесс, оны бөлу немесе тіпті оның мамандануын барысында эмбриондық даму. Бұл мамандандыру эмбрион жасушаларының (яғни, айналдыру, оларды жасушалар көздің немесе жүрек) тікелей тәуелді, қандай гендер оның молекуласындағы тұқым қуалайтын енгізілген, ал қандай құлыптаулы.

Ораламыз, алайда, қорғайтын ақуыз HSP-90. Онда оның орны нарисованной сурет сигналдарын? Көрсетіледі, сигнал рецепторлардың өте төзімсіз. Былайша айтқанда, сол тізбек буындарының-амин қышқылдары, олардың «құйрығы», «тельце» және сыртқы «чашечку», үрдісі бар өзгертетін нысанын әсерінен тіпті кішігірім өзгерістер, мысалы, нәтижесінде дәріске құрамындағы өзгерістерді осы тізбектер сияқты кездейсоқ (нәтижесінде «нүктелік мутация») ауыстыру бір амин қышқылы басқа. Әрине, мұндай нысанды өзгерту «чашечки» әсер етеді, оның қабілеті білуге қажетті «сигналдық молекула бар және» біріктірілуі онымен. Нәтижесінде сигнал немесе мүлдем түседі тор көз, не түседі «искаженным» тудырады өзге де салдарлар тұқым қуалайтын молекулах. Дамыту жасушалары (ал кейде ағзаның) баруға мүмкін «аномальному жолдары». Үшін бұл болған жоқ, және табиғат «ойлап тапты» қорғаныш ақуыз HSP-90. Оның екінші функциясы (сонымен қорғайтын жылулық шоктың) тұрады да, ұстап рецепторлар — хабарлаушы сигналдарды сол конформации үшін қажетті қалыпты сигналын қабылдау және беру. Упрощенно осы ақуыз болады елестету сияқты таза механикалық (шын мәнінде, ол химиялық) ұстап тұру «чашечки» жүрдім қажетті нысан сәтке дейін келгенге сигналдық молекулалар.

Молекулярлық механизмі эволюция

Кезінде мощном сыртқы әсері молекулалар HSP-90 устремляются онымен күресу үшін, бұл көрінуі жасырын мутациям.

Бұл рөл HSP-90 бастапқыда табылды зерделеу кезінде ашытқы. Анықталғандай, қалыпты температурада жасанды (химиялық әсер ету жолымен ықпал) төмендету концентрациясы бұл ағзадағы ақуыз ашытқы әкеп соғады толық тоқтату беру жасушалар сигналдарды жағдайлардан рецепторлардың, олар, әдетте, байланысты молекулалар HSP-90. Сол жүреді, егер орнына жасанды төмендету концентрациясы HSH-90 арттырып қана температурасын қоршаған орта. Ол түсінікті де: температура артқан кезде молекулалардың бөлігі осы ақуыз отвлекается қорғауға жасушалары жылулық шоктың, ал қалған молекулалардың, шамасы, жеткіліксіз тұрақтандыру үшін сигнал рецепторлардың. Басқаша айтқанда, кез-келген жағдайда — таза химиялық немесе жылу — санын азайтуға молекулалар HSP-90, қызмет көрсететін сигналдық рецепторлар болады сол немесе өзге де бұзу, қалыпты сигналдық жолдары.

Неге сол жүргізеді, не бұзу? Резерфорд және Лундквист анықтауды жөн көрдік мысал жеміс шіркейін, атақты дрозофил. Бірнеше зертханаларда анықталды», — деп дрозофил шақыртуға болады осындай мутацию бірі-олардың тұқым қуалайтын молекулалардың, нәтижесінде пайда болатын олардың организмде ақуыз HSP-90 шықса «келмей, бүлініп». Америкалық исследовательницы екен деп болжадық бұл болуы тиіс әсер етуі сигналдық процестер организмдер дрозофил қалай әсер бұл процестер концентрациясының төмендеуі бұл ағзадағы ақуыз, ашытқы, және қатысу мақсатында егжей-тегжейлі зерттеп, салдары осындай бұзушылықтар. Осы мақсат үшін, олар іріктеп ұжымы мушек-мутант сәйкес келмей, бүлініп HSP. Олар болды скрещивать осы ақаулы мушек қарапайым, HSP емес, бүлінген мутацией, онда көз жеткіздік, бұл елеулі саны ұрпақтарының осындай жұп (дефект — қалыпты) да ие ұқсас ақаулары.

Сол еді өзгертуге қалыпты дамуы мушек «келмей, бүлініп» HSP-90? Ертеде үш мүмкіндіктері. Біріншіден, мұндай мутанты қалуы мүмкін жай ғана неғұрлым сезімтал микроизменениям қоршаған орта тудырды ақаулардың пайда болуы, олардың эмбриондық даму естеріңізге сала кетейік, бұл ақуыз басқа, өз іс-сигнал рецепторлардың жасушалар мен түрлі стресс, туындаған осындай микроизменениями.

Екіншіден, еді статься, HSP-90 қалай бақылауға қатысады удвоением тұқым қуалайтын молекулалардың бөлу кезінде жасуша, ал ол болмаған кезде немесе бүлінген кезде бұл екі еселеу еді жүруі емес, әбден, дәл, генетикалық ақаулармен.

Ақыр соңында, үшінші, ең қызықты мүмкіндігі: аминоқышқыл тізбектеріндегі сигналдық рецепторлардың өмір сүре алатын болса, жасырын мутациялар, онда ауыстырылған амин қышқылдары, — естеріңізге сала кетейік, мұндай ауыстыру, біз де тудырады жағымсыз өзгерістер нысанын жүрдім. Әзірге ақуыз HSP-90 «зорлықпен» удерживал рецепторлардың қажетті (қалыпты) нысан әсері осы жасырын мутацияның емес еді көрінуі, бірақ оның тұрақтануына сыртқы күшін жойылған (бүлінген), бұл жасырын мутациялар берді, өзі туралы білу. Олар нысанын өзгертті жүрдім, бұл әсер етті сигналдарын беруді, ал бұрмаланған сигналдар туғызды аномальное развитие жасушалар. Айтылғандай жоғарыда сипатталған жасушалар эмбрион, олар алуға тиіс сигнал мамандандыруға, жасушалар көздің кезінде искажении сигнал алатындай мамандандырылуы жасушалары қол-аяқ және т. б.

Неге үшінші мүмкіндігі — «ең қызықты»? Өйткені бұл жағдайда алдымыздан шығады ықтимал көрінісі молекулярлық тетігін жеделдетіп эволюция астында стресс: стресс алаңдатады бөлігі молекулалар HSP-90, міндеттері тұрақтандыру сигнал рецепторлардың мүмкіндік береді «көрініс табуы», бірден барлық сол жасырын мутациям, жинақталған сигналдық рецепторах алдыңғы буынды көрінісі бірден үлкен санының бұрын жинақталған мутацияның және қамтамасыз етеді, онда жедел пайда болуы көптеген сорттары, ол болмайды болды түсіндіру бір мезгілде пайда, бұл барлық көптеген мутациялар рет процесінде стресс.