Природа "винаходила" не лише хлорофіл, зуби, рибосоми, очі чи
пір"я,
Вона "винайшла" молекулярні механізми, які роблять еволюційний процес
незрівнянно ефективнішим порівняно з простими мутаціями генів.
Поговоримо про макроеволюцію. Саме її не хочуть признавати клерикали.
Адаптаційні зміни генотипу в межах виду вони виизнають.
Нас будуть цікавити значні зміни генотипу, що приводять до появи не лише нових
видів, але й складніших і "розвиненіших" організмів.
Який механізм еволюції?
Це метод проб і помилок.
Мутації в генах можуть спричинити появу нових якостей, які можуть закріпитись,
або видалитись (разом з їх носіями).
В цілому це так. Але тут є серйозні проблеми.
Ймовірність "покращити" організм випадковими мутаціями дуже мала.
Це всерівно, що замінити всліпу в тексті якусь букву і надіятись, що текст від
цього покращиться.
Дуже мала ймовірність того, що ми випадково попадемо на помилку і виправимо її.
І практично нульова ймовірність за допомогою багатьох послідовних мутацій
одержати зовсім інший організм.
Візьмемо поему. Будемо рандомом замінювати букви в ній. Мало надії, що через
деякий час ми одержимо іншу поему.
Насправді ситуація незрівняно гірша. Після кожної допущеної помилки нам
прийдеться починати все з початку.
Тільки весь комплекс цих мутацій може дати новий життєздатний вид.
Кожна окрема мутація буде шкідлива для нашого виду і буде видалена, не
дочекавшись інших мутацій.
А ймовірність одночасної появи всього комплексу мутацій практично нульова.
Що ж "винайшла" природа для розвязання цієї проблеми?
Життя на Землі розвивається біля 4 мільярдів років. 3,5 мільярди розвивались
лише бактерії.
Решта живих організмів появились за останні 500-700 мільйонів років.
Що ж сталось 500-700 мільйонів років тому?
Появились еукаріоти.
Які ж нові генетичні механізми появились в ядерних клітин?
Ми не будемо розглядати статеві механізми, хоч вони і мають відношення до
еволюційного процесу.
Ці механізми по-перше загальновідомі, і їх роль в макроеволюційному процесі не
вирішальна.
Роль статевих механізмів обмежується в основному адаптаційними функціями в межах
виду і запобіганням виродження виду внаслідок накопичення шкідливих мутацій.
1.НАДЛИШКОВІСТЬ ДНК.
В еукаріот (на відміну від бактерій) лише незначну частина ДНК складають
працюючі гени (в людини біля 10 %).
Яка ж роль решти 90% ДНК?
Для організму і для виду це лишній тягар. Хоч ця ДНК і не працює, але її
потрібно обслуговувати. Тратити ресурси на її тиражування (реплікацію), на її
упаковку в хромосоми, на складні механізми запобіганню заплутування довгих ниток
молекули ДНК.
Ця надлишковість не потрібна ні організму ні виду.
Це потрібно еволюційному процесу.
Говорячи так, ми трохи жульнічаємо. Виду байдуже до еволюційного процесу. Він в
цьому не зацікавлений.
Лишній тягар спричинює додатковий тиск природного відбору, в результаті якого
цей тягар повинен бути видалений з виду, або разом з видом.
Але еукаріоти процвітають.
Але це окреме питання, яке ми може розглянемо іншим разом.
А зараз повернемось до надлишкової ДНК і її ролі в еволюційному процесі.
Як появилась ця надлишкова ДНК?
Це копії працюючих генів, які втратили здатність зчитуватись в РНК (втрачені чи
заблоковані промотори).
Для нас (і для еволюції) важливим є те, що мутації в цих непрацюючих копіях
появляються як і в працюючих.
Але різниця в тому, що мутації в працюючих копіях, як правило, не можуть
накопичуватись. Вони видаляються разом з їх носіями, поскільки переважна
більшість мутацій шкідлива.
Мутації ж в непрацюючих копіяк можуть накоплюватись на протязі тисяч поколінь і
поширюватись в популяції.
Час від часу чи то в результаті генного стрибка, чи активації промотора
непрацююча копія може вмикатись замість працюючої.
Відбувається важливий генетичний експеримент.
Як правило, він закінчується ще на ранній ембріональній стадії.
Але ж і ціна цього експерименту мізерна, всього-навсього втрачена одна
яйцеклітина.
А весь накопичений банк мутацій зберігся в популяції і може поповнюватись.
Розглянемо грубий приклад. Ми хочемо, щоб в результаті мутацій синичка
перетворилась в чаплю.
Хай для цього треба три мутації, що змінять ноги, дзьоба і інстинкти.
Що буде, коли "потрібна" мутація трапиться в працюючому гені синички?
Появиться на світ синичка наприклад з ногами чаплі. Вона помре з голоду і забере
з собою цю мутацію.
Десь колись трапиться інша "потрібна" мутація, наприклад інстинкт чаплі.
Синичка з таким інстинктом полетить на болото ловити жаб, де і втопиться чи
помре з голоду. І ця мутація пропаде.
Плавного накопичення ознак, перехідних форм не буде.
Лише цілісний комплекс нових ознак може забезпечити появу нового життєздатного
організму.
Зовсім інша картина, коли "потрібна" мутація станеться в непрацюючій копії гена.
Вона видалятись не буде, може поширюватись в популяції і рано чи пізно
дочекатись інших "потрібних" мутацій.
Накопичення комплексу "потрібних" ознак буде йти в "тіньовому режимі" і в один
прекрасний момент появиться на світ організм з цілим букетом нових взаємно
збалансованих ознак.
Підсумуємо. Наявність непрацюючих копій генів з періодичним (рідкісним) їх
вмиканням дозволяє накоплювати мутації і провіряти їх цілими комплексами.
Ці експерименти дуже дешеві, і можуть стрибкоподібно привести до появи нових
видів без проміжних форм.
Цей процес незрівнянно ефективніший за послідовні зміни в працюючих генах через
проміжні форми.
В аналогії з рандомною зміною букв поеми це еквівалентно провірці того, що
одержали після будь-якої кількості замін.
В той час як зміни через мутації в працюючих генах з проміжними форми
аналогічно провірці поеми на помилку після кожної заміни і обриву процесу при
першій же помилці.
2. ПРОЦЕСІЯ РНК.
На відміну від бактерій гени в еукаріот мають некодуючі вставки (інтрони).
РНК, зчитану з таких генів, перш ніж використовувати як інформаційну для синтезу
білків, потрібно порізати, повикидати некодуючі вставки і позшивати кодуючі.
Це дуже складний процес. Потрібні спеціальні молекулярні інструменти, які б
знаходили місця розрізання, розрізали в цих місцях РНК, викидали непотрібні
куски і зшивали потрібні.
Робота це прецезійна. Достатньо помилитись всього на один нуклеотид, і все піде
коту під хвіст - зміщення рамки зчитування.
Для чого це організму?
Це організму зовсім не потрібно. Це лишні затрати і зменшення надійності.
Знову ж таки, це "потрібно" еволюції.
Цей механізм забезпечує незрівнянне прискорення еволюції білків, порівняно з
точковими мутаціями генів.
А зважаючи на роль білків це означає незрівнянне прискорення еволюції
організмів.
Білки - це складні молекулярні механізми. Як і всякі складні механізми вони
мають різні функціональні блоки.
Є каталітичні блоки, розпізнаючі, ріжучі, зшиваючі і т.п.
Є арматурні блоки, які служать для розміщення функціональних в певному порядку і
орієнтації.
Якщо ви хочете створити якийсь новий механізм, чи не легше зібрати його з
готових відлажених модулів?
От і природа до цього "додумалась".
Кодуючі частини гена (екзони) кодують якісь окремі функціональні блоки білка.
А що трапиться, коли в якомусь механізмі процесії РНК станеться збій, наприклад
в результаті точкової мутації?
Станеться експеримент по створенню нового білка з готових блоків.
А зібрати щось працююче з відлажених працюючих блоків ймовірність дуже висока.
Щоб одержати цей новий білок зі старого точковими мутаціями, потрібно було б
зробити їх десятки чи сотні.
Але десятки чи сотні випадкових мутацій зіпсували б наш білок повністю.
Підсумуємо. Точкові мутації в генах механізму процесії РНК можуть привести до
заміни цілих функціональних блоків в білку, що робить процес створення нових
білків дуже ефективним.
А це означає надзвичайне збільшення ефективності еволюційного процесу порівняно
з прямими точковими мутаціями.
Вертаючись до нашої аналогії з поемою, ми починаємо міняти в поемі не букви, а
слова, або й цілі фрази. Що надзвичайно збільшує ймовірність створення чогось
"правильного" порівняно з випадковими змінами букв.
Розглянуті механізми здатні забезпечити ефективний макроеволюційний процес.
В тому числі стрибкоподібний, без проміжних форм.
Повернутись на сторінку Опуси.