Ученые нашли пример "эгоистичного" поведения генов
Генетики нашли необычную пару эгоистичных "отцовских" и "материнских" генов в ДНК червей-нематод, один из которых уничтожает зародыши, а второй – защищает их от действия первого, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
"Наше открытие говорит о том, что многие гены, которые мы сегодня считаем критически важными для жизни, на самом деле могут отвечать не за работу клеток, а быть своеобразным противоядием к пока неизвестным для нас токсинам. Подобные "эгоистичные" гены могут встречаться гораздо чаще, чем мы думали, и скрываться от нас у всех на виду", — рассказывают Леонид Кругляк из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США) и его коллеги.
Пробелы эволюции
Развитие теории эволюции, открытие генов и ДНК поставили перед учеными важную проблему – многие особенности животных, такие как альтруизм среди пчел и других коллективных животных, было крайне сложно объяснить с точки зрения естественного отбора на уровне популяций.
Для решения этой проблемы эволюционисты в 1960 и 1970 годах разработали новую концепцию, ключевым термином которой стало понятие "эгоистичный ген", получившее широкую известность благодаря книгам Ричарда Докинза, британского биолога и популяризатора науки. Он и другие сторонники этой идеи предположили, что эволюция протекает не на уровне популяций, а на уровне отдельных генов, которые "воюют" между собой.
Наличие подобных "эгоистичных" генов, как отмечают Кругляк и его коллеги, неразрывно связано с еще одним ключевым понятием этой теории, конфликтом между участками ДНК, унаследованными от материнской и отцовской особей. Этот конфликт связан с тем, что почти каждый многоклеточный живой организм обладает двумя наборами хромосом, один из которых он наследует от отца, а второй – от матери.
Гены, расположенные на этих хромосомах, постоянно "конкурируют" друг с другом за влияние над работой организма – к примеру, гены самцов заинтересованы в максимальном продолжении рода, а самок – в более качественном потомстве. Поэтому манера работы генов может заметно отличаться для их "женских" и "мужских" вариантов благодаря различиям в их структуре или даже в их белковой упаковке, мешающей или способствующей "прочтению" ДНК.
Конечным продуктом такой "войны генов", как сегодня считают ученые, являются особые последовательности ДНК, которые в буквальном смысле убивают организм, если он не содержит в себе определенные гены, передающиеся от отца или матери. За последние годы ученые нашли несколько десятков белков, способных играть роль подобных внутренних "киллеров", но не смогли выяснить, как они работают и какие гены отвечают за их производство.
Генетические войны
Леонид Кругляк и его коллеги нашли первый пример подобных участков ДНК, изучая пару генов pha-1 и sup-35, считавшихся критически важными для развития зародышей червей-нематод (Caenorhabditis elegans). Первый ген, как думали ученые раньше, был связан с развитием рта червя, а второй – отвечал за другие критически важные фазы развития зародыша. Оба гена были связаны между собой.
Изучая вариации в этих генах, команда Кругляка заметила, что существует несколько подвидов нематод, у которых присутствовали мутации в гене sup-35 и в pha-1, что не мешало их формированию их рта и других частей тела. Ученые заинтересовались этим необычным фактом и проверили, что произойдет, если скрестить обладателей "нормальных" и мутантных версий и sup-35, и pha-1.
Эти эксперименты раскрыли удивительную вещь – оказалось, что оба этих гена не были критически важны для развития зародыша, а являлись своеобразным ядом и противоядием, оружием внутреннего "шантажа" со стороны эгоистичных генов. Роль яда в данном случае играл "материнский" ген sup-35, включение которого в отсутствие "отцовского" pha-1 приводило к смерти зародыша. Pha-1, как считают ученые, или напрямую уничтожает молекулы токсина, производимого по "инструкциям" в sup-35, или блокирует считывание этого гена.
Подобным образом, как объясняют ученые, ген sup-35 гарантирует передачу "правильной" версии pha-1, носители которой будут защищены от летального действия этого участка ДНК, а особи с другим вариантом гена будут умирать еще до рождения. Благодаря этому, и pha1, и sup35 будут распространяться по популяции быстрее, чем это диктует естественный отбор, способствуя распространению и других "материнских" генов.
По мнению авторов статьи, в ДНК нематод и других животных могут присутствовать десятки подобных "скрытых" генетических "киллеров". Сегодня они считаются критически важными "полезными" генами, но на самом деле они являются "эгоистичными" участками ДНК, главная функция которых заключается в распространении себя и своих "сообщников", а не в обеспечении выживания организма.