Эволюция играет в lego
Русские биологи в первый раз наглядно продемонстрировали механизм эволюции на высших организмах
Рыбка колюшка продемонстрировала, как в природе происходит эволюция по Дарвину — приспособление к новой среде обитания методом естественного отбора. Авторы работы — русские биологи — поведали о ней «Газете.Ru», пишет Н. Маркина.
Маленькая рыбка, трехиглая колюшка, наглядно показала биологам механизм эволюции по Дарвину – изменение под давлением естественного отбора.
Ученым удалось на генетическом уровне заметить, как организм получает новые показатели и приспосабливается к новой среде обитания.
Статью с результатами изучения колюшки в бассейне Белого моря несколько русских ученых разместила в издании PLOS Genetics. Среди соавторов работы — сотрудники созданной по мегагранту лаборатории доктора наук Алексея Кондрашова на факультете биоинформатики и биоинженерии МГУ, лаборатории молекулярной генетики Общероссийского научного университета океанографии и рыбного хозяйства (ВНИРО), Беломорской биологической станции МГУ, Университета биологии развития РАН, Университета неприятностей передачи информации РАН.
Трехиглая колюшка была названа за три шипа на пояснице (в отечественных водоемах видится еще девятииглая, с девятью шипами). Эта рыбка изначально живет в море и приспособлена к обитанию в соленой воде.
Но волею случая кое-какие популяции выясняются в пресноводных озерах, они в том месте выживают, соответственно, производят приспособления к обитанию в питьевой воде. У них появляются кое-какие трансформации во поведении и внешнем облике.
А в базе этих трансформаций лежат мутации генов, каковые в новой среде рыбам не вредны, а нужны.
Колюшка была красивой моделью, на которой удалось в настоящем времени заметить такие вещи, каковые в большинстве случаев изучают только теоретически, максимум на бактериях. Биологи продемонстрировали, какие конкретно гены и как изменяются, дабы колюшка имела возможность жить в питьевой воде.
Ученые секвенировали (прочли последовательность ДНК) геном рыбок, пойманных в разных местах обитания. «Всего было изучено 8 образцов популяций, в каждом примере от 8 до 20 рыбок, — говорит первый создатель работы, аспирант факультета биоинформатики и биоинженерии МГУ Надежда Тереханова. — Работа над проектом началась в 2010 году на Беломорской биологической станции МГУ, а в 2012 году образцы ДНК колюшки были секвенированы». Среди них были две популяции морской колюшки, выловленные в различных местах, популяции колюшки, уже давно живущей в пресноводных озерах; популяция из озера, которое стало пресным в течение последних 30 лет.
И, наконец, популяции из двух бывших карьеров, в каковые колюшка была заселена человеком.
Сперва биологи сравнили геном морской и пресноводной колюшки и распознали более 18 тыс. генетических отличий. Эти отличия являются одиночные замены нуклеотидов (однонуклеотидный полиморфизм, SNP).
«Это как игра в Lego, — говорит заведующий лабораторией молекулярной биологи ВНИРО и начальник работы Николай Мюге. — Дабы сделать из торгового корабля флибустьера, не нужно выбирать все с нуля, а необходимо заменить пара кирпичиков — ну в том месте, пушки поставить, мешки убрать, и у тебя получается пиратский корабль. И без того же из морской колюшки возможно сделать пресноводную.
Берутся кирпичики, каковые в «морском» комплекте имеется, просто не довольно часто видятся.
В то время, когда рыбы заселяют пресноводное озеро, то эти редкие кирпичики оказываются под отбором, соответственно они видятся с каждым поколением все чаще и чаще, и популяция за сотню поколений делается всецело пресноводной. А все остальные кирпичики, целый геном, остался тем же самым».
Итак, ученые нашли генетические маркеры приспособления к питьевой воде. Среди поменянных были гены, несущие ответственность за осмотическую регуляцию, гены метаболизма, гены иммунной совокупности, гены, участвующие в развитии нервной совокупности, в поведении и др.
Примечательно, что эти маркеры группировались в «островки» на хромосомах, и таких островков ученые насчитали 19.
После этого в различных популяциях биологи изучили, с какой частотой видятся эти приспособительные маркеры. Как растолковывает Николай Мюге, в морских популяциях колюшки их частота мелка, а в пресноводных популяциях по окончании завершения процесса адаптации образовывает 80% и выше.
Популяция из Ершовского озера, которое отделилось от моря и лишь сравнительно не так давно опреснилось, претерпевает эволюцию практически на глазах. Частота пресноводных маркеров за 30-летний период поднялась в ней от 5 до 32%.
Ученым повезло с тем, что им удалось закончить эволюционный опыт, начатый во второй половине 70-ых годов двадцатого века биологом Валерием Зюгановым. Он в научных целях заселил два неестественных карьера морской и пресноводной колюшкой в равных количествах.
Они скрестились, и отправилась эволюция. В этих карьерах частота пресноводных маркеров за 33 года встала от изначальных 50 до 70%.
«Потому, что нам было известно с точностью до дня, в то время, когда как раз в карьеры заселили колюшку, мы просчитали, как изменились частоты аллелей за это время, и смогли вычислить коэффициент отбора», — продолжает Николай Мюге. Данный коэффициент характеризует давление отбора, он показывает, как большее преимущество приобретают носители одних генетических вариаций перед носителями вторых вариаций.
В случае если показатель нейтральный, коэффициент отбора равен нулю, а чем он больше, тем более нужен в данных условиях.
Естественный отбор — это механизм эволюции по Дарвину. «В популяции имеется маленькое количество особей, хуже вторых приспособленных к данным условиям среды, но владеющих показателями, благоприятными в второй среде, — растолковывает Надежда Тереханова. — Попадая же в новую среду, выживают особи, у которых присутствуют эти показатели, по причине того, что они становятся нужными в данной среде. Они оставляют потомство, которое владеет этими нужными показателями, и, так, показатели закрепляются в новой популяции».
В первый раз биологам удалось на примере высшего организма — на рыбах — отыскать участки генома, участвующие в адаптации к новой среде обитания и оценить для каждого из них силу естественного отбора в течение 33 лет. Это громадный ход вперед в изучении человека эволюции и механизмов животных и, согласно точки зрения биоинформатика Михаила Гельфанда, «биологически прекрасная задача».
На заставке изображение с сайта housecomputer.ru
