2. Появление копий генов и целых геномов с последующим изменением в копиях генов (геномов)
В программе нормальной жизнедеятельности организмов предусмотрен механизм появления новых копий отдельных генов и новых копий целых геномов – это позволяет организму более эффективно осуществлять жизненно-важные процессы. Например:
- в эмбриогенезе происходит полиплоидизация ДНК в клетках печени для обеспечения более эффективной работы этого органа;
- в эмбриогенезе растений – диплоидными остаются только меристематические клетки, а клетки остальных органов растения – полиплоидизируются для обеспечения их более эффективной работы;
- при избыточном поступлении в организм человека алкоголя – в клетках печени появляются дополнительные копии гена алкогольдегридрогеназы, поскольку этот фермент необходим для нейтрализации токсичного этанола в клетках;
- при лечении человека антибиотиками – в ДНК печени появляются дополнительные копии генов, обеспечивающих детоксикацию антибиотиков.
NB! После возвращения организма в обычные условия жизнедеятельности – лишние копии генов ликвидируются. Однако, если за время работы генов в них появились мутации – то копии гена не удаляются! отдела!). Появление копий генов и целых геномов с последующим изменением в копиях генов позволяет организмам без потерь жизнеспособности приобретать новые признаки.
Если дупликации генов или целых геномов с появлением мутаций в одной из копий генов (геномов) произошли в половых клетках или в меристематических стволовых клетках – такое изменение передаётся от родителей потомкам и служит основой появления новых таксонов (начиная от вида и до отдела и выше!).
Например, появление многоклеточности со временем привело к появлению истинной дифференциации тканей, а это – потребовало появления новых вариаций у белков. Так, благодаря дупликациям и модификациям генов гемоглобина, появились миоглобин, нейроглобин и т.д. (гемоглобин – переносит кислород по крови, миоглобин – по мышцам, нейроглобин в нервной ткани).
Структура молекулы гемоглобина. Гемоглобин крови переносит кислород ко всем органам и тканям и состоит из четырёх белковых субъединиц, каждая из которых. в свою очередь, упакована в виде а-спиралей. |
Структура белка миоглобина. Миоглобин переносит кислород внутри мышечной ткани. Все гемоглобины появились в результате дупликации гена одной из субъединиц гемоглобина + мутации в появившейся копии. |
Структура белка нейроглобина. Нейроглобин переносит кислород внутри нервной ткани.
|
Например, белки-антифризы защищают клетки от формирования крупных кристаллов льда. Белки-антифризы у растений появились в результате дупликации + последующей модификации генов белков иммунной защиты.
Например, растения дикого табака имеют 24 хромосомы, а растения культурного табака – 48 хромосом, при этом исследования показали, что культурная форма табака появилась в результате полногеномной дупликации генома дикого табака.
Белки-антифризы упакованы в виде -слоёв и защищают клетки от формирования крупных кристаллов льда. Белки-антифризы у растений появились в результате дупликации + последующей модификации генов белков иммунной защиты.
|
Растение дикого табака Nicotiana rustica. Имеет 2n = 24 метацентрические хромосомы. |
Табак культурный Nicotiana tabacum. Культурный табак произошёл от дикого табака в результате его полногеномной дупликации + последующей модификации в копиях генов. Имеет 2n = 48 метацентрических хромосом. |
Фермер на плантации культурного табака Nicotiana tabacum. |
Например, гены Hox – регулируют морфогенез тела. У кишечнополостных – 4 гена Hox, у предков двусторонне симметричных животных – их уже 8, у ланцетника – 14, у человека – 48 генов Hox! Например, появление генов Hoxa13, Hoxd13, Hoxc13 и Hoxd12 – затормозило развитие хвоста.
Например, все переходы к новым крупным таксонам – сопровождались полногеномными дупликациями:
- переход от водорослей к наземным растениям;
- переход от бесчелюстных рыбообразных животных к челюстноротым рыбам;
- переход от хрящевых рыб к костным рыбам;
- переход от костных рыб к земноводным и т.д.
Все крупные таксоны животных появились в результате полногеномной дупликации + последующей модификации в копиях генов.