Мы настолько склонны одушевлять весь животный мир, что отсутствие какого-либо процесса жизнедеятельности, характерного для нас самих, становится отличительной чертой вида. Для коловраток Bdelloidea – это полное отсутствие полового размножения, которому мы обязаны не только моментами удовольствия, но и всем многообразием видов на нашей планете.
Зато учёные из Гарварда уличили коловратку в «лёгком поведении», обнаружив в её геноме многочисленные участки ДНК от организмов из других царств – растений, грибов и даже бактерий. Как пояснила «Газете.Ru» руководитель исследования, выпускница биологического факультета МГУ Ирина Архипова, «источником был не один вид живых существ».
Исследованная биологами коловратка Adineta vaga оказалась не просто вместилищем информации – она может активно использовать её, задействуя те или иные гены. В эволюционном масштабе это могло оказаться даже эффективней традиционного естественного отбора, когда вид «учится на своих собственных ошибках».
Не по размерам «мудрая» коловратка смогла привлечь жизненный опыт, но не отдельных особей, а целых видов, запечатленный в последовательности ДНК.
— процесс у большинства эукариот, связанный с развитием новых организмов из половых клеток (у одоклеточных эукариот в ходе коньюгации функции половых клеток выполняют половые ядра).
Образование половых клеток, как правило, связано с прохождением мейоза на какой-либо стадии жизненного цикла организма. В большинстве случаев, половое размножение сопровождается слиянием половых клеток, или гамет, при этом восстанавливается удвоенный, относительно гамет, набор хромосом. В зависимости от систематического положения эукариотических организмов, половое размножение имеет свои особенности, но как правило, оно позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов и позволяет получить потомков с комбинацией свойств, отсутствующей у родительских форм.
Эффективности комбинирования генетического материала у потомков, полученных в результате полового размножения способствуют:
1. случайная встреча двух гамет;
2. случайное расположение и расхождение к полюсам деления гомологичных хромосом при мейозе;
3. кроссинговер между хроматидами.
Такая форма полового размножения как партеногенез, не предусматривает слияния гамет. Но так как организм развивается из половой клетки (ооцита), партеногенез все равно считается половым размножением.
Рекомбинация — процесс обмена генетическим материалом путем разрыва и соединения разных молекул. Рекомбинация происходит при активном восстановлении (репарации) двунитевых разрывов в ДНК и для продолжения репликации (удвоения) в случае остановки репликационной вилки у эукариот, бактерий и архей. У вирусов возможна рекомбинация между молекулами РНК их геномов.
Рекомбинация у эукариот обычно подразумевает генетическую рекомбинацию и мейоз, в частности, при фомировании спермы и яйцеклеток. Рекомбинация, наряду с репликацией ДНК, транскрипцией РНК и трансляцией белков относится к фундаментальным, рано возникшим в процессе эволюции, процессам. Кроссинговер также является частным случаем рекомбинации.
Кроме того, изменчивости генома способствуют многочисленные точечные мутации – замены и потери отдельных нуклеотидов. Поскольку вероятность появления мутаций гораздо выше при удвоении ДНК, то при каждом делении, в том числе – и образовании гамет возможны перестройки генома.
В результате дочерние организмы обладают не просто новыми свойствами — они генетически отличаются от своих родителей. И пускай у части особей эти свойства могут стать «несовместимыми» с жизнью, для других приобретенные свойства могут открыть новые горизонты.
(Rotifera) — один из типов билатеральных первичнополостных животных. Основным характерным признаком является наличие так называемого коловращательного аппарата — ресничного образования на переднем конце тела, который используется для питания и движения. Открыты основателем микроскопии Антони ван Левенгуком в конце семнадцатого века.
Известно около 1500 видов коловраток. В основном это пресноводные обитатели, но также они водятся в море и влажных почвах. Подавляющее большинство коловраток свободноживущие, но есть и прикреплённые формы.
По размеру коловратки не превышают 2 мм (в целом гораздо меньше). Представитель этого типа Ascomorpha minima — самое мелкое многоклеточное животное, размер его составляет около 40 микрон. В связи с малыми размерами ткани часто приобретают синцитиальное строение. Для типа в целом характерна эвтелия (постоянство клеточного состава)
На переднем конце тела расположен коловращательный аппарат. Он в простейшем варианте состоит из двух венчиков ресничек (трохус (передний) и цингулюм (задний)) и ресничного поля между ними. Головной отдел может втягиваться с помощью специальных мышц-ретракторов.
Туловище содержит большую часть внутренних органов. На его конце, над основание ноги расположено отверстие клоаки.
Нога — это мускулистый вырост тела, позволяющий коловраткам ползать. На конце ноги располагается пара «пальцев», в основании которых открываются цементные железы: таким образом, с их помощью животное может прикрепляться к субстрату.
Ротовое отверстие расположено на брюшной стороне между венчиками ресничек коловращательного аппарата. Оно ведёт в ротовую полость и затем в мускулистую глотку (мастакс) с характерным для коловраток жевательным аппаратом, образованным «зубами» из полисахаридов (у хищных форм они могут выдвигаться). В глотку открываются слюнные железы. За глоткой идёт пищевод, а за ним — энтодермальный желудок, в переднюю часть которого открываются пищеварительные железы. Желудок соединяется со средней кишкой, клетки которой несут длинные реснички. Дальше располагается задняя кишка с анальным отверстием (фактически она является клоакой, поскольку в неё впадают протоки половой и выделительной системы). Некоторые коловратки (2 рода) могут вторично терять заднюю кишку.
Коловратки, у которых отсутствует любая, даже самая примитивная схема полового процесса, несмотря на это, смогли за последние 80 миллионов не просто выжить, но и распространиться практически во всех водоемах. Более того, именно этих животных считают рекордсменами по выживаемости в засушливых условиях и при сильном облучении радиацией.
Такой феномен частично объяснили Наталья Пучкина-Станчева и её коллеги из Университетов Кембриджа, Потсдама и Анже в одном из прошлогодних выпусков Science. Ученые обнаружили у коловраток способность «выбирать» между двух генов, что и обеспечивает им «засухоустойчивость».
Ирина Архипова и её коллеги продемонстрировали не менее уникальные свойства
– правда, на другом виде коловраток, Adineta vaga, также чрезвычайно устойчивом к пересыханию.
Проанализировав геном Adineta vaga и сравнив его с функциональными последовательностями ДНК, кодирующими известные белки самых разнообразных организмов, ученые обнаружили совпадения, до сегодняшнего дня не описанные ни для одного многоклеточного организма. Все исследованные гены оказались «полноценными» – то есть содержали точку начала считывания и стоп-кодон, необходимые для нормальной работы генома. И хотя функциональная активность была продемонстрирована только для некоторых из них, Ирина Архипова отметила, что и остальные, скорее всего, активны.
Такой обмен наследственной информацией попадает под определение так называемой горизонтальной передачи генов, поскольку гены организм получает не от родителей, а как, видимо, произошло в данном случае – из окружающей среды или из содержимого своей пищеварительной трубки.
— сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул иРНК и тРНК. В ходе биосинтеза белка осуществляется «реализация» записанной в последовательности ДНК генетической информации.
Хотя некоторые детали процесса остаются неясными, биосинтез белка можно разделить на три основных стадии транскрипции, процессинга и трансляции. Во время транскрипции происходит считывание генетической информации, зашифрованной в молекулах ДНК, и запись этой информации в молекулы мРНК.
В ходе процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты — интроны, ненужные в последующих стадиях, и происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. Оставшиеся смысловые экзоны склеиваются.
После транспортировки кода в виде мРНКиз ядра к рибосомам происходит собственно синтез белковых молекул — трансляция, путем присоединения отдельных аминокислотных остатков к растущей полипептидной цепи.
Транскрипцией называется процесс считывания генетического кода с молекулы ДНК. При этом на одной из цепочек ДНК синтезируется одноцепочечная молекула информационной или матричной РНК (мРНК), согласно принципу комплементарности. Последовательность из трех нуклеотидов в мРНК, соответствующая последовательности в ДНК, кодирующая определенную аминокислоту, называется кодоном.
Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в матричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощи транспортных РНК (тРНК), которые образуют с аминокислотами комплексы — аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющая соответствуюищий антокодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляции рибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь. Энергией биосинотез белка обеспечивается за счет АТФ.
Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации.
Так происходит реализация генетической информации у эукариот, у бактерий (прокариот) весь процесс гораздо проще – из-за отсутствия мембраны ядра, считывание информации ДНК (транскрипция) и перевод последовательности мРНК в белок (трансляция) идут практически одновременно – пока мРНК собирается с одного конца, на её начало уже прикрепляются рибосомы и начинают образовывать белок.
Кроме того, у прокариот нет интронов, то есть вся последовательность ДНК смысловая, а потому и нет необходимости для посттранскрипциолнных модификаций мРНК.
Ученые установили ещё ряд интересных фактов: во-первых, бактериальные гены, «усвоенные» коловратками, содержали абсолютно нехарактерные для прокариот «несмысловые» вставки – интроны, встроившиеся в ДНК уже после частичного поглощения бактериального генома коловраткой. У эукариот эти участки, а точнее – комплементарные им отрезки иРНК, считываемой с ДНК, вырезаются, а оставшиеся смысловые – склеиваются, что биологи пронаблюдали и при обработке «бактериальных генов» коловраток их клеточными механизмами.
Во-вторых — большинство «удочерённых» последовательностей скоплено в концевых участках хромосом – теломерах, отличающихся от остальных областей своими свойствами. Они непрерывно достраиваются, а при укорочении ниже критической отметки становятся «липкими», легко соединяясь со специальными мобильными элементами ДНК. Последний феномен был описан Ириной Архиповой и Евгением Гладышевым в прошлом году. Возможно, в этом и кроется механизм включения коловратками в свой геном чужеродных участков ДНК.
В опубликованной в Science статье предположения о происхождении феноменальной способности к заимствованию чужих генов от других видов, родов и даже царств отсутствуют, ведь экспериментально подтвердить ни одно из них пока не удалось.
Но у ученых есть «определенные гипотезы по этому поводу» — в частности, что такое поведение стало возможным благодаря «необычайной устойчивости к высыханию с последующей регидратацией».
В ходе этого процесса происходит нарушение целостности клеточной мембраны, и участки ДНК гриба, растения, бактерии или животного могут легко проникнуть внутрь клеток как из окружающей среды, так и из полости кишечной трубки. Конечно, необходимо стечение должных обстоятельств, чтобы изменения прошли именно в клетках, которые дадут начало новому организму. «Эти клетки обычно хорошо защищены», но и для них характерны все описанные выше процессы.
«Дальше всё развивается по классической схеме естественного отбора», — поясняет Ирина Архипова.
Если в составе включенной ДНК есть «полезный» ген, то он сохраняется в поколениях, в противном случае – особь либо погибает, либо оставляет меньше потомков, чем более успешные родственники.
И как показали последние 80 миллионов лет, коловратки, судя по всему, научились делать правильный выбор, став единственными животными, способными перенимать опыт других видов и передавать его своим потомкам в виде ДНК.
