От откриването на такъв феномен като хоризонтален трансфер на гени, а именно не от родители към потомци, целият жив свят на нашата планета е представен като единна информационна система. И в тази система става възможно да се заимства успешно еволюционно изобретение на един вид от друг. Какво е вертикален и хоризонтален трансфер на гени, какви са механизмите на този процес и примери в органичния свят - всичко това е статията.
Съседни гени
Всички знаят, че получаваме гените си от родителите си. И са от родителите си. Това е вертикалният трансфер. И ако внезапно се появи мутация, която се окаже полезна за оцеляване или адаптация и се закрепи в генома на популацията, тогава видът ще получи предимства в борбата за съществуване.
В същото време човек има свои собствени гени,листните въшки имат свои, а акулите имат свои. За тях е почти невъзможно да преминат между видовете. Но понякога се случва - това е хоризонтален трансфер на ген.
Това прави съвременното генно инженерство. Генетично модифицираните организми са резултат от такъв генен трансфер (например светещата тардиграда на снимката по-горе). Но в природата това явление съществува от дълго време.
Сърцето на въпроса
Вертикалният генен трансфер е феноменът на прехвърляне на наследствен материал от родителски форми към дъщерни организми.
Хоризонталния трансфер на гени е естествена ситуация на прехвърляне на гени от един възрастен организъм в друг. В същото време обективно съществуват два организма и понякога принадлежат към различни биологични видове.
Пример за хоризонтален трансфер на гени в бактериите е прехвърлянето на резистентни гени от един бактериален щам към друг.
Необходими условия
За да се разбере това явление, е необходимо да се знаят условията, при които такова прехвърляне е възможно по принцип, а именно:
- Необходимо е да има посредник за "транспортирането" на гени от една клетка в друга, от един организъм в друг.
- Трябва да има молекулен механизъм, който би позволил на чужди гени да бъдат вмъкнати в генния набор на гостоприемника.
Тези условия могат да бъдат изпълнени от ретровируси и други транспозони (ДНК елементи). И точно такива методи за хоризонтален трансфер на гени е възприето днес генното инженерство.
Въпреки чеДнес механизмите на такъв трансфер на гени само се изучават, освен с вируси, такъв трансфер може да се осъществи и с помощта на свободни участъци от дезоксирибонуклеинови киселини (транспозони), които влизат в тялото чрез просто въвеждане или с паразитни организми. Последното може да промени не само генетичния апарат на гостоприемника, но и неговото екологично място в системата на биоценозата.
Фон
Това беше трансферът на гени за резистентност към антибиотици между различни бактериални щамове, който беше описан за първи път в Япония през 1959 г.
Още в средата на 90-те молекулярни биолози доказаха, че хоризонталният трансфер на гени в прокариотите и еукариотите е участвал в еволюционното развитие на живота на нашата планета.
През 2010 г. е публикувано изследване на професор Седрик Фешот, което представя анализ на генома на маймуните опосум и саймири. Те бяха ухапани от един вид буболечки. В геномите на бозайниците е открит транспозоон, който има 98% идентичност с насекоми. За ваша информация, тези буболечки хапят не само маймуни и опосуми.
Отсега нататък хипотезата за хоризонтален трансфер на гени между различни области на организмите се превърна в нова парадигма на биологията.
Цветни бъгове
И ако хоризонталният генен трансфер в бактериите през последните 30 години не е породил съмнения сред биолозите, тогава неговата възможност в многоклетъчни организми повдига много въпроси. Именно тогава вниманието на биолозите привлече обикновената листна въшка, в коятоима индивиди със зелен и червен цвят на тялото.
Анализ на пигментите, които придават цвят на червените индивиди, разкри наличието на каротеноиди - растителни пигменти. Откъде листните въшки са получили гени, които са уникални за растителните организми? Днес секвенирането на генома на насекомите е доста прост въпрос за изследователите. Така беше открито, че гените на листните въшки, отговорни за синтеза на червения пигмент, са напълно идентични с тези на някои гъби, които паразитират в тялото на листните въшки, без да причиняват видима вреда.
Най-вероятно в зората на еволюцията на листните въшки (преди около 80 милиона години) е имало повреда в генетичната машина и гените на гъбичките са били вградени в генома на насекомите.
Еволюция и биоразнообразие
Цялата филогенетична систематика на органичния свят се основава на концепцията на Дарвин за дивергенцията. Същността му е следната: щом възникне репродуктивна изолация между популациите на даден вид, можем да говорим за процеса на видообразуване. И вече два вида продължават да се развиват въз основа на естествен подбор и произволни мутации.
Откриването на хоризонтален трансфер на гени между видове и по-големи таксони само доказа, че за толкова кратък период от време-пространство (4 милиарда години) живата материя на нашата планета може да премине от едноклетъчни форми към високоорганизирани многоклетъчни.
По този начин цялата биота на планетата се превръща в единна лаборатория за създаване на нови наследствени черти и това е хоризонталното движение на генитеможе и продължава значително да ускорява еволюционния процес.
Да вземем назаем някои гени
През 2015 г. генетикът Алистър Крисп от Кеймбридж (Великобритания) изследва геномите на 12 вида плодови мухи Drosophila, 4 вида кръгли червеи и 10 вида примати (един от които е човек). Ученият търси "извънземни" участъци от ДНК.
Резултатите от изследванията потвърдиха наличието на 145 региона в геномите, които са резултат от хоризонтален генен трансфер в еукариотите.
Някои от тези гени участват в метаболизма на протеини и липиди, други - в имунните отговори. Най-важното беше, че беше възможно да се идентифицират вероятни донори на тези гени. Оказа се, че са протисти (най-простите еукариоти), бактерии (прокариоти) и гъби.
Ами ние
Вече е достоверно известно, че чрез хоризонтален генен трансфер при хората се появяват гените, отговорни за кръвните групи AB0.
Повечето доказателства за такъв трансфер на гени при примати са от много древен произход, датиращи от общ прародител с други хордови животни.
Според последните проучвания, образуването на плацентата при хората е отговорно и за гена на вируса, който е уловен някъде в зората на формирането на плацентарните животни.
Резултатите от секвенирането на човешкия геном показаха, че той съдържа около 8% от вирусни геноми, които се наричат "спящи гени".
Ерата на мутантите
Ето стигнахме дотемата за историите на ужасите, с които плашат зелените активисти. Ами ако тези "спящи" гени се включат? Или кърлеж хапе човек и привлича някакъв ужас в генома му? Или ядем генетично модифицирана соя и ставаме мутанти? Но в края на краищата за 4 милиарда години биоразнообразието на планетата само се е увеличило, а ние с вас все още сме малко като китове, както листните въшки са като гъби. Защо е така?
Първо, механизмът на хоризонтален трансфер съществува в природата, докато съществува самият живот. И на примера с листни въшки е напълно ясно, че такъв трансфер на гени е насочен именно към повишаване на адаптивността на организмите към условията на околната среда (червените са по-малко видими на определени части от растенията). И генните инженери в този смисъл не измислиха нищо ново. Доматите с гени на арктически риби имат повишена студоустойчивост, което им позволява да се отглеждат в северните райони.
Второ, въпреки възможността за генетичен трансфер, все още не сме наблюдавали унификацията (еднородността) на генома на всички живи организми на планетата. Стабилността на биологичната система, която е клетката и организма, е достатъчно висока, за да ограничи неефективния генен трансфер. Но в същото време именно този трансфер е инструментът на биологичната еволюция, който води до биоразнообразие. Така че няма да мине много време, преди мечките да изглеждат като хвърчила, а кучетата като хамелеони.
