05.04.2012

Как эволюция сама себя копирует

Сверхбыстрый переход колюшек из морей в пресноводные водоёмы произошёл с помощью переключения между готовыми генетическими системами, благодаря которым рыбам не пришлось долго ждать нужной комбинации мутаций, пишет Nature News.

С помощью колюшек учёные смогли понять, как животным удаётся за относительно короткое эволюционное время приспособиться к новым условиям обитания. Колюшки живут как в солёной, так и в пресной воде. Считается, что первоначально все они обитали в морях — и лишь к концу последнего ледникового периода (10 тысяч лет назад) отважились на колонизацию рек и ручьёв. Считается также, что колюшки предпринимали несколько таких попыток. Но при этом рыбам хватило всего десятка поколений (ничтожное по эволюционным меркам время), чтобы адаптироваться к пресной воде.

Такая адаптация должна была затронуть целые системы органов — а значит, и множество генов. Должны были возникать мутации, которые потом отбирались бы в поколениях. Учитывая масштаб перестроек, таких мутаций требовалось довольно много и понадобилась бы куча времени, чтобы оценить их полезность. Чтобы увидеть, что происходило с геномом колюшек, исследователи из Стэнфорда (США) проанализировали ДНК у 21 вида пресноводных и морских колюшек. Оказалось, что в целом геномы морских и пресноводных видов весьма схожи, что не удивительно, учитывая близкое родство тех и других. Но при этом было обнаружено около 150 зон в ДНК, которые почти повторялись у видов, живущих в сходных условиях. То есть по этим участкам можно было сказать, живёт ли рыба в море или в реке. Такая ДНК включала в себя гены, отвечающие за развитие покровов и способность почек выводить из организма избыток солей.

Колюшки несколько раз за свою историю проникали в пресноводные водоёмы, и сходство между пресноводными видами в некоторых критичных участках генома говорит о том, что всякий раз эволюция использовала для этого один и тот же механизм. Колюшкам не приходилось снова и снова отбирать из потока мутаций те, которые помогли бы им выжить в новой среде. У морских видов был некий генетический запас, включавшийся каждый раз, когда рыбы приступали к освоению новой экологической ниши. Но некоторые мутации тут всё же были необходимы. Этих мутаций немного, они попадают всего в несколько зон в ДНК, и, как выяснили исследователи, 80% из них приходится на регуляторные участки. Остальные 20% относятся к кодирующей части генов, то есть и впрямь вносят изменения в структуру белков. Однако бo'льшая часть мутаций влияет на то, когда, где и какие гены будут активированы.

Приспособление к новой среде обитания происходило с помощью переключения на уже существующие генетические варианты, которые до поры дремали в геноме. Новых мутаций нужно было совсем немного, чтобы переключить гены с помощью регуляторных последовательностей.

Результаты исследований учёные опубликовали в журнале Nature.

Словом, эволюция не решает каждый раз новую задачу, а старается пользоваться предыдущими наработками. Полученные данные свидетельствуют в пользу теории о том, что у каждого организма с незапамятных времён есть готовый генетический багаж, который позволяет приспособиться к новым условиям, не дожидаясь, когда множество новых мутаций сложится в нужную комбинацию. Исследователи надеются найти подтверждение этой гипотезы и в геноме других животных.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА