Древние эволюционные прорывы, в том числе и тот, что дал начало линии позвоночных и в конечном счёте привёл к появлению человеческого вида, сопровождались массовой потерей генов. Это выяснили учёные из Великобритании. Открытие доказывает, что полное выключение работающих генов не менее важно для эволюции, чем их перестройка под новые задачи и появление новых генов.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.
Учёные из Великобритании исследовали 102 полных генома самых разных животных, стремясь восстановить их эволюционную историю. В частности, их интересовало, сколько генов было приобретено и потеряно при рождении той или иной клады (поясним, что под исчезновением генов здесь понимается их переход в мусорную ДНК).
Напомним, что клада – это группа таксонов (видов, родов, классов и так далее), объединённая общим предком. Царство животные – это клада. То есть некогда жил организм, от которого произошли все животные и никто, кроме животных. Внутри неё есть дочерние клады, например, билатерии – двустороннесимметричные существа.
С течением эволюции билатерии тоже разделились на несколько клад. В их числе первичноротые (Protostomia) и вторичноротые (Deuterostomia). Они различаются тем, как в процессе развития эмбриона образуется рот и анальное отверстие.
К вторичноротым относятся позвоночные (в том числе млекопитающие и человек как их представитель), иглокожие (морские звёзды, морские ежи и так далее) и некоторые другие группы.
К первичноротым относятся членистоногие (в том числе насекомые, паукообразные, ракообразные), черви, моллюски и так далее.
Обе группы в каком-то смысле являются властителями земли. Вторичноротые буквально оккупировали верхние звенья пищевых цепей: практически все сколько-нибудь крупные животные относятся к позвоночным. С другой стороны, первичноротые – бесспорные лидеры по биологическому разнообразию. Одних только насекомых описано больше видов, чем всех остальных животных, вместе взятых (!).
Таким образом, появление обеих клад можно назвать настоящим эволюционным прорывом. Какие же процессы к этому привели?
Обычно считается, что главный генетический двигатель эволюции – изменения в работающих генах. В целом принято полагать, что по мере появления на эволюционном древе всё новых и новых ветвей геном свежеиспечённых видов становится всё сложнее. Однако новое исследование показывает нечто совершенно иное.
Авторы восстановили историю потерь и приобретений генов в процессе эволюции многоклеточных животных (Metazoa), начиная с их появления и до сегодняшнего дня. При этом они учитывали, что один и тот же ген может несколько различаться у разных животных. Поэтому подсчёту подвергались не сами гены, а группы таких "родственников" (гомологов, как говорят специалисты).
На иллюстрации выше показаны число потерянных и приобретённых групп гомологов. Со знаком "+" дано число групп, появившихся вместе с той или иной кладой, со знаком "-" – исчезнувших в ней при её отделении.
Пара знаков "++" сопровождает число новых групп, которые присутствуют у 95% таксонов внутри появившейся клады. "--" обозначает число исчезнувших групп, присутствующих у 95% таксонов родительского для данной клады таксона.
Учёные выяснили, что при отделении клады многоклеточных животных появилось почти столько же новых групп генов, сколько было потеряно прежних (2160 против 2212). Билатерии отделились от ветви предков благодаря приобретению 1699 новых групп генов и потере 745 предковых.
Рекорды же по абсолютному числу потерянных генов были поставлены при отделении вторичноротых и линяющих (Ecdysozoa). Последние – клада внутри первичноротых, к которой относятся членистоногие, круглые черви и некоторые другие существа. Так, при рождении клады вторичноротых была "списана в утиль" ни много ни мало 4231 группа генов, а приобретено всего 280. Не меньшую расточительность проявили и линяющие: минус 4677 и плюс 97 групп генов.
Таким образом, выяснилось, что в эволюционном процессе избавиться от генетического балласта может быть не менее важно, чем приобрести новые полезные гены.
Эта важная информация поможет учёным лучше понять закономерности эволюции.
Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как прыгающий ген изменил эволюцию гиббонов и как быстрая эволюция митохондриальной ДНК может приводить к появлению новых видов, а также о том, как дрозофилы с древним геном опровергли одну из классических теорий эволюции.
