Эволюция поиграла в Lego на карьерах ГУЛАГа | |
| 10.10.2014 | |
Рыбка колюшка показала, как в природе происходит эволюция по Дарвину — приспособление к новой среде обитания путем естественного отбора. Авторы работы — российские биологи — рассказали о ней «Газете.Ru». Маленькая рыбка, трехиглая колюшка, наглядно продемонстрировала биологам механизм эволюции по Дарвину – изменение под давлением . Ученым удалось на генетическом уровне увидеть, как организм приобретает новые признаки и приспосабливается к новой среде обитания. Статью с результатами исследования колюшки в бассейне Белого моря группа российских ученых . Среди соавторов работы — сотрудники созданной по мегагранту лаборатории профессора Алексея Кондрашова на факультете биоинформатики и биоинженерии , лаборатории молекулярной генетики Всероссийского научного института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО), Беломорской биологической станции МГУ, Института биологии развития . получила свое название за три шипа на спине (в наших водоемах встречается еще девятииглая, с девятью шипами). Эта рыбка изначально живет в море и приспособлена к обитанию в соленой воде. Но волею случая некоторые популяции оказываются в пресноводных озерах, они там выживают, а значит, вырабатывают приспособления к обитанию в пресной воде. У них появляются некоторые изменения во внешнем облике и поведении. А в основе этих изменений лежат мутации генов, которые в новой среде рыбам не вредны, а полезны. Колюшка оказалась прекрасной моделью, на которой удалось в реальном времени увидеть такие вещи, которые обычно изучают лишь теоретически, максимум на бактериях. Биологи показали, какие гены и как изменяются, чтобы колюшка могла жить в пресной воде.
Ученые (прочитали последовательность ДНК) геном рыбок, пойманных в различных местах обитания. «Всего было изучено 8 образцов популяций, в каждом образце от 8 до 20 рыбок, — рассказывает «Газете.Ru» первый автор работы, аспирант факультета биоинформатики и биоинженерии МГУ Надежда Тереханова. — Работа над проектом началась в 2010 году на Беломорской биологической станции МГУ, а в 2012 году образцы ДНК колюшки были секвенированы». Среди них были две популяции морской колюшки, выловленные в разных местах, популяции колюшки, уже давно живущей в пресноводных озерах; популяция из озера, которое стало пресным в течение последних 30 лет. И, наконец, популяции из двух бывших гулаговских карьеров, в которые колюшка была заселена человеком. Сначала биологи сравнили геном морской и пресноводной колюшки и выявили более 18 тыс. генетических отличий. Эти отличия представляют собой одиночные замены нуклеотидов (однонуклеотидный полиморфизм, SNP). «Это как игра в Lego, — говорит «Газете.Ru» заведующий лабораторией молекулярной биологи ВНИРО и руководитель работы Николай Мюге. — Чтобы сделать из торгового корабля флибустьера, не надо перебирать все с нуля, а нужно заменить несколько кирпичиков — ну там, пушки поставить, мешки убрать, и у тебя получается пиратский корабль. И так же из морской колюшки можно сделать пресноводную. Берутся кирпичики, которые в «морском» наборе есть, просто не часто встречаются. Когда рыбы заселяют пресноводное озеро, то эти редкие кирпичики оказываются под отбором, соответственно они встречаются с каждым поколением все чаще и чаще, и популяция за сотню поколений становится полностью пресноводной.
А все остальные кирпичики, весь геном, остался тем же самым». Итак, ученые нашли генетические маркеры приспособления к пресной воде. Среди измененных были гены, отвечающие за осмотическую регуляцию, гены метаболизма, гены иммунной системы, гены, участвующие в развитии нервной системы, в поведении и др. Интересно, что эти маркеры группировались в «островки» на хромосомах, и таких островков ученые насчитали 19. Затем в разных популяциях биологи изучили, с какой частотой встречаются эти приспособительные маркеры. Как объясняет Николай Мюге, в морских популяциях колюшки их частота мала, а в пресноводных популяциях после завершения процесса адаптации составляет 80% и выше. Популяция из Ершовского озера, которое отделилось от моря и только недавно опреснилось, претерпевает эволюцию буквально на глазах. Частота пресноводных маркеров за 30 лет поднялась в ней от 5 до 32%. Ученым повезло с тем, что им удалось закончить эволюционный эксперимент, начатый в 1978 году биологом Валерием Зюгановым. Он в научных целях заселил два искусственных карьера морской и пресноводной колюшкой в равных количествах. Они скрестились, и пошла эволюция. В этих карьерах частота пресноводных маркеров за 33 года поднялась от изначальных 50 до 70%. «Поскольку нам было известно с точностью до дня, когда именно в карьеры заселили колюшку, мы просчитали, как изменились частоты аллелей за это время, и смогли вычислить коэффициент отбора», — продолжает Николай Мюге. Этот коэффициент характеризует давление отбора, он показывает, насколько большее преимущество получают носители одних генетических вариаций перед носителями других вариаций.
Если признак нейтральный, коэффициент отбора равен нулю, а чем он больше, тем более полезен в данных условиях. Естественный отбор — это механизм эволюции по Дарвину. «В популяции есть небольшое количество особей, хуже других приспособленных к данным условиям среды, но обладающих признаками, благоприятными в другой среде, — объясняет Надежда Тереханова. — Попадая же в новую среду, выживают особи, у которых присутствуют эти признаки, потому что они становятся полезными в данной среде. Они оставляют потомство, которое обладает этими полезными признаками, и, таким образом, признаки закрепляются в новой популяции». Впервые биологам удалось на примере высшего организма — на рыбах — найти участки генома, участвующие в адаптации к новой среде обитания и оценить для каждого из них силу естественного отбора в течение 33 лет. Это большой шаг вперед в изучении механизмов эволюции животных и человека и, по мнению биоинформатика , , «биологически очень красивая задача». Источник - |
Академия наук Республики Башкортостан
Государственное бюджетное научное учреждение «Академия наук Республики Башкортостан» решает задачи научного обеспечения развития Республики Башкортостан и ее многонационального народа, активно участвует в интеграции исследовательской, инновационной деятельности научных организаций, вузов и предприятий республики, укрепляет связи между наукой и образованием, развивает сотрудничество научных организаций республики с российским и мировым научными сообществами.
Сегодня Академия наук Республики Башкортостан – современное, мобильное, динамично развивающееся научное учреждение, координирующее научные исследования в Башкортостане. Вопросы интеграции фундаментальных и прикладных исследований, инновационной деятельности научных учреждений и вузов республики являются первостепенными в Академии наук Республики Башкортостан.
Пользователи могут получить оперативную и полную информацию об ГБНУ "Академии наук Республики Башкортостан" (ее структуре, учреждениях, тематике научных исследований, достижениях и открытиях, новостях и т.д.). Здесь также представлена история создания, становления и деятельности Академии наук Республики Башкортостан, информация о ее членах – известных ученых республики, страны, мира.