4

Новые границы для эволюции

МИСИМА – Последние достижения в нашем понимании молекулярных механизмов стали революцией для многих областях биологии, в том числе клеточной биологии и биологии развития. Так что не удивительно, что эти достижения также предоставляют ценную информацию для области эволюционной биологии, в том числе доказательства подтверждающие почти нейтральную теорию молекулярной эволюции, которую я развивал в 1973.

Как обычно в науке, каждое новое открытие в эволюционной биологии поднимает столько же вопросов как ответов. В самом деле, моя научная область теперь переживает один из самых динамичных периодов в своей 150-летней истории.

Chicago Pollution

Climate Change in the Trumpocene Age

Bo Lidegaard argues that the US president-elect’s ability to derail global progress toward a green economy is more limited than many believe.

В течение примерно столетия после публикации работы Чарльза Дарвина о происхождении видов, ученые полагали, что генетические мутации регулируется способом, аналогичным тому, который описан отцом естественного отбора. Идея заключалась в том, что у людей с отличными генетическими данными будет больше шансов выжить, воспроизводить и передавать свои гены, чем у людей без подобных данных.

В результате, вредные мутации бы быстро вымирали. Полезные бы распространялись до тех пор, пока их не имели все виды. Считалось, что эволюционные изменения, в том числе морфологические, были результатом накопления и распределения полезных мутаций, а генетическая структура популяций, считалась чуть не однородной с лишь редкими, случайными мутациями, которые создавали различия между одним человеком и другим.

Это мнение было оспорено открытием ДНК. Так как стало возможным анализировать генетические данные каждого человека, то стало очевидным, что было намного больше вариаций в популяциях, чем предсказывала преобладающая эволюционная теория. Действительно, люди могли иметь сходные черты, но очень разные последовательности генов. Казалось, что это противоречит принципам естественного отбора.

Одна из первых попыток свести теорию с доказательствами была предложена моим покойным коллегой Моту Кимура, который предположил существование нейтральных мутаций - генных вариантов, которые ни выгодные и ни вредные для человека, и, следовательно, не зависят от естественного отбора. Кимура рассмотрел скорость эволюционных изменений белков и предложил нейтральную теорию молекулярной эволюции в 1968 году. Его теория - которая постановила, что эволюционные изменения на молекулярном уровне вызваны не в результате естественного отбора, а случайным генетическим дрейфом – предполагала собой хорошее объяснение для генетической вариации, которую обнаружили исследователи.

Теория Кимуры была простой и элегантной, но классификация мутаций в различные группы - полезные, нейтральные или вредные - казалась слишком простым для меня. Моя собственная работа показала, что пограничные мутации - те, с очень малыми положительными или отрицательными эффектами, могут быть очень важными в продвижении эволюционных изменений. Это понимание было основным для теории почти нейтральной молекулярной эволюции.

Взрыв данных в области генома и популяционной генетики в двадцать первом веке не только одолжили новую поддержку моей 42-летней теории, они также обнаружили новые широкие области исследования. Наши знания о структуре и функции белков, например, были значительно расширены благодаря открытию динамических процессов складывания. Многие полагают, что этот процесс обеспечивает гибкость в том, как функционируют белки и таким образом, что может быть подключено к почти нейтральной мутации.

Среди наиболее интересных проблем в эволюционной биологии: попытка определить молекулярные механизмы в экспрессии генов, которые управляют морфологической эволюцией. Область находится в процессе достижения лучшего понимания целого ряда комплексных систем в отдельных клетках. Эти системы молекулярного уровня находятся в центре эпигенетики - изучения изменений в генетической функции, которые не могут быть объяснены различиями в последовательностях ДНК.

Эпигенетика является необходимой для понимания связи между генетической композицией, или генотипом, и чертами, которые мы можем на самом деле наблюдать. У высших организмов - таких, как люди - эпигенетические процессы контролируются хроматином, сложной макромолекулой внутри клеток, состоящих из ДНК, белков и РНК. Как хроматин работает, в свою очередь, зависит от генетических и экологических факторов, что делает их функции трудными понять. Однако, эти быстро развивающиеся, очень переменные макромолекулы стоит тщательно изучать, так как они могут быть причиной некоторых болезней человека.

Fake news or real views Learn More

Еще одним фактором в отношениях между генетическим составом и наблюдаемыми признаками является тот способ, которым белки иногда могут быть изменены. Например, белковые ферменты могут быть включены или выключены, таким образом изменяя их функции и деятельность. Кажется, что и этот процесс, как и другие формы генной экспрессии, обусловлен сочетанием врожденных и факторов окружающей среды.

Похоже, что ни один механизм не может быть изучен в изоляции, ведь на самом базовом уровне, такие факторы, как отбор, дрейф, и эпигенетика работают вместе и стали неразлучными. Чем глубже мы погружаемся в то, что мы считали понятными эволюционными процессам, тем более дивными и сложными они проявляются.