Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Эволюции


Новости Эволюции (139)

Воскресенье, 15 Декабрь 2013 17:32

Белки-шапероны ускоряют эволюцию

Автор

В обычном представлении эволюция — это накопление случайных генетических мутаций, которые, комбинируясь друг с другом, изменяют какие-то черты вида. Эти изменения могут быть как благоприятными, так и не очень, и первые проходят естественный отбор, а вторые отправляются в небытие вместе со своими носителями. 

Астианакс пещерный незрячий (снизу) и астианакс обычный зрячий (фото Nicolas Rohner / Harvard Medical School).Астианакс пещерный незрячий (снизу) и астианакс обычный зрячий (фото Nicolas Rohner / Harvard Medical School).Эта модель предполагает, что времени на эволюцию уходит очень, очень много. Но живые организмы сталкиваются с такими экологическими изменениями, которые происходят быстро и остаются надолго. С одной стороны, в таких случаях можно обойтись теми возможностями, которые даёт имеющаяся эволюционная стадия. Но можно поступить иначе и воспользоваться «ускорителем эволюции».

О таком «ускорителе эволюции» рассказывают в журнале Science исследователи из Института Уайтхеда и Гарвардского университета (оба — США). Им оказался шаперон, белок теплового шока HSP90. С его помощью учёные описывают стремительную эволюцию слепых пещерных рыб астианаксов. Живя в полной темноте, эти существа утратили в своё время зрение и пигментацию; это считается эволюционным шагом вперёд, так как, отказавшись от бесполезных признаков, астианаксы смогли перенаправить ресурсы на другие системы: скажем, усовершенствовать органы осязания, позволяющие ориентироваться и находить добычу по колебаниям воды.

При этом следует обязательно сказать, что есть и обычные астианаксы, которые живут в открытых водоёмах и у которых с глазами и окраской всё в порядке. 

Процессы вроде утраты зрения (и некоторые других эволюционные изменения) обычно объясняются с помощью концепции молчащих мутаций: в популяции накапливаются некие изменения в ДНК, потенциально полезные, но они остаются непроявленными — до того момента, пока популяция не испытает стресса. Но что именно удерживает такие мутации в молчании? 

Некоторое время назад учёные обнаружили, что белок HSP90 может подавлять проявление генетических изменений у самых разных организмов, от дрозофил до дрожжей и растений. При стрессе внутриклеточный запас HSP90 падает, и это приводит к появлению черт, которых раньше не было: одни ничего не меняют в приспособленности организма к среде, а другие оказываются весьма полезными.

HSP90 относится к шаперонам, роль которых — помогать другим белкам принимать правильную пространственную конформацию. От 3D-структуры зависит работа любого белка, при этом процесс сворачивания белков довольно чувствителен и подвержен самым разным влияниям. Так что понятно, почему при стрессе важность шаперонов возрастает: им нужно поддержать другие белки в это нелёгкое время. 

Но что будет, если активность шаперонов подавить?

С одной стороны, клетка может погибнуть от стресса, а с другой — как уже сказано, у неё могут проявиться какие-то новые особенности. Клиффорд Тэбин (Clifford Tabin) и его сотрудники поставили такой эксперимент: они брали «нормальных», зрячих астианаксов и растили их с веществом, подавляющее активность HSP90. У таких рыб, по словам исследователей, глаза получались абсолютно разных размеров (то есть у каждой особи — свои). С другой стороны, если активность HSP90 подавляли у пещерной вариации астианаксов, никакого разброса в размерах глазных орбит у них не было — зато эти орбиты становились очень маленькими. 

Точно такой же результат был получен, когда зрячих рыб выращивали в воде, солёность которой была такой же низкой, как в подземных водоёмах. Низкая солёность влияет на механизмы реакции на тепловой шок, в том числе на активность белка HSP90. Рыбы, которых выращивали при подземной солёности, демонстрировали те же вариации в размерах глаз, что и рыбы, у которых HSP90 подавляли с помощью химического ингибитора. 

То есть у рыб в запасе были какие-то мутации, которые можно приспособить при «переезде» из открытого водоёма в пещерный. И когда такой «переезд» случился, астианаксам не надо было ждать новой порции мутаций, чтобы отобрать нужные. Но до поры эти мутации оставались под спудом. Изменение экологических условий выпускало их на волю, то бишь подавляло активность HSP90, и генетические «полуфабрикаты» можно было доводить до ума. 

 

Да, сырьём для эволюции тут по-прежнему служат мутации. Однако их реализация, или, если можно так сказать, освоение, может замедляться и ускоряться — и от этого же будет зависеть скорость эволюции в целом.

Ну а могут ли белки-шапероны служить такими регуляторами скорости эволюции у других видов, покажут только дальнейшие исследования. 

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Останки собаки из штата Иллинойс (фото Del Baston / Center for American Archaeology). Останки собаки из штата Иллинойс (фото Del Baston / Center for American Archaeology). Споры о том, где и когда произошла доместикация собаки, продолжаются десятилетиями. Самым старым ископаемым образцам, найденным в Европе и Сибири, более 30 тыс. лет. Генетические исследования современных собак и волков давали очень разные результаты: 10–30 тыс. лет назад в Европе, Китае или на Ближнем Востоке. Это объясняется тем, что одомашнивание — более быстрый эволюционный процесс по сравнению с естественным видообразованием: он занимает считанные тысячи лет вместо миллионов. Добавляет проблем и то, что собачий геном представляет собой результат беспорядочного смешивания собак на всех континентах. 

Олаф Тальман из Университета Турку (Финляндия) и Роберт Уэйн из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) первыми смогли провести анализ древних образцов. Они секвенировали полный митохондриальный геном (передаётся только по материнской линии) десяти древних волков и восьми собак возрастом от одной до 36 тысяч лет, сравнив его с митохондриальным геномом современных 77 домашних собак, 49 волков и четырёх койотов. Полученные данные позволили составить генеалогическое древо, охватившее почти весь мир. 

Череп волка из бельгийской пещеры Тру-де-Нютон, жившего 26 тыс. лет назад (здесь и ниже фото Royal Belgian Institute of Natural Sciences). Череп волка из бельгийской пещеры Тру-де-Нютон, жившего 26 тыс. лет назад (здесь и ниже фото Royal Belgian Institute of Natural Sciences). Исследователи пришли к выводу, что лучший друг человека возник в Европе. Практически все современные собаки, от австралийских динго до басенджи (охотничьей породы из центральной Африки), — близкие родственники древних собак и волков Европы. Общий предок домашней собаки жил в Европе 18 800–32 100 лет назад. 

Это тот редкий пример, когда диких животных одомашнили не оседлые земледельцы, а бродячие охотники и собиратели, причём одомашнили не кого-нибудь, а крупного, агрессивного хищника. Скорее всего, волки сами отказались от привычного образа жизни — пришли поживиться тем, что оставалось от мамонтов, и порыться в горах мусора, выраставших рядом с человеческими поселениями. Одно из исследований показало, что собаки, в отличие от волков, приобрели способность есть продукты, содержащие крахмал: возможно, это было ключевое изменение, позволившее бывшим волкам выживать за счёт человеческих отходов.

Кроме того, по словам г-на Уэйна, путешествуя вместе с первобытными людьми, «волкособаки» попадали в такие места, где обитали другие породы волков, с которыми они не могли скрещиваться, и это ещё сильнее способствовало приобретению анатомических характеристик, отличающих современных собак от волков. Аналогичное явление можно наблюдать и сегодня: в тундре и бореальных лесах Северной Америки живут волки, мигрирующие вслед за своим основным источником пищи — оленями карибу. Пройдя сотни километров и оказавшись в чужой области, они не спариваются с местными волками. 

Однако есть два ископаемых образца (один из Бельгии, второй из России), которые имеют весьма далёкое отношение к другим древним и современным собакам. Им более 30 тыс. лет и они представляют собой древнейшие примеры окаменелостей, похожих на собачьи. Возможно, люди приручали волков неоднократно в разных местах, а эти экземпляры — остатки не самых удачных попыток. 

Археозоолог Жан-Дени Винь из парижского Национального музея естественной истории (Франция) считает это вероятным, но добавляет, что исследователи пока не пришли к согласию относительно бельгийского и российского образцов: останки намного больше костей современных собак, поэтому трудно решить, собаки это или волки. 

Хотя г-н Винь давний сторонник гипотезы европейского происхождения собак (по его мнению, ископаемые ясно говорят об этом), он отмечает, что исследование не отказывает в существовании другим версиям. Дело в том, что Тальман и Уэйн не рассматривали древние образцы из Китая и Ближнего Востока. 

Г-н Тальман обещает исправиться, но уверен, что это ничего не изменит. Его группа планирует также изучить ДНК из клеточных ядер, которая содержит больше информации о наследовании, чем митохондриальная (2 млрд пар оснований против 20 тыс.). Пока добыть древнюю ядерную ДНК требуемого качества не удаётся, так как ядерная ДНК распадается быстрее митохондриальной. 

Эволюционный генетик Грегер Ларсон из Дарэмского университета (Великобритания), изучающий одомашнивание животных, подтверждает, что это исследование выделяется на фоне остальных, ибо охватывает последовательности ДНК большого количества древних собак и волков и действительно имеет право претендовать на наиболее полную картину происхождения собак. Ещё немного, и спорам придёт конец.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


В 2006 году генетики наложили последовательности ДНК нынешних разновидностей больших кошек друг на друга и предположили, что неизвестный предок нынешних тигров, львов, леопардов и ягуаров жил в Средней Азии 10–11 млн лет назад. Более позднее генетическое исследование показало, что родословная больших кошек начала ветвиться (с возникновением предков современных тигров и др.) примерно 2 млн лет назад. 

Реконструкция Panthera blytheae (иллюстрация Mauricio Antón).Реконструкция Panthera blytheae (иллюстрация Mauricio Antón).Но палеонтологи отказались принять основанную на ДНК картину, отмечает Джули Микен, палеонтолог позвоночных из Университета Де-Мойна (США), специализирующаяся на плотоядных животных. «Нам нужен факт — окаменелость», — говорит она. И до последнего времени самым старым образцом большой кошки считались зубы возрастом 3,8 млн лет, а также фрагменты челюсти и черепа, найденные в Восточной Африке — не в Азии... 

В течение восьми лет палеонтолог позвоночных Джек Цзэн из Американского музея естественной истории и его коллеги искали окаменелости на холодном сухом Тибетском нагорье. В 2010 году группа обнаружила богатый ископаемыми участок в котловине Занда: 120 фрагментов более дюжины видов млекопитающих наполняли территорию площадью приблизительно один квадратный метр. 

Результаты компьютерного сканирования и фотографии черепа (изображение авторов работы).Результаты компьютерного сканирования и фотографии черепа (изображение авторов работы).Среди конечностей вымерших антилоп, лошадей и носорогов исследователи откопали также несколько редких фрагментов — череп, несколько челюстей и зубы, которые, казалось, принадлежали кошке. Исходя из географических соображений, специалисты предположили, что это родственник приспособленного к холоду снежного барса. Вскоре выяснилось, что образцы принадлежат по крайней мере трём новым видам, жившим примерно 4–6 млн лет назад, то есть они древнее самой старой африканской находки. 

Г-н Цзэн и его коллеги назвали один из этих видов Panthera blytheae — по имени дочери энергичных спонсоров Музея естественной истории округа Лос-Анджелес, с которым аффилированы некоторые из авторов. Животное, которое, по их мнению, является родственником снежного барса, — карлик по сравнению с современными львами и тиграми: масса его оценивается приблизительно в 20 кг, а габаритами оно примерно на 10% меньше снежного барса. Тем не менее древняя кошка обладает некоторыми чертами адаптированного к холодам хищника — например, широким лбом, под которым, по-видимому, находилась расширенная пазуха, где с каждым вдохом подогревался гималайский воздух. 

Приятной неожиданностью называет гималайскую находку Эндрю Киченер, специалист по млекопитающим из Национального музея Шотландии, группа которого в 2011 году обнаружила в Китае примитивного тигра: «Оказывается, чтобы разгадать секрет происхождения больших кошек, надо было открыть для науки новую часть света». 

Новую версию эволюционного древа построили, объединив геоэкологические характеристики костей Panthera blytheae с особенностями других окаменелостей, а также с данными о ДНК современных видов. Проведённый анализ отодвигает появление больших кошек ещё дальше в прошлое: по новой оценке, это произошло примерно 16,4 млн лет назад. Предел погрешности, впрочем, велик, предостерегает г-н Цзэн. Но ещё более важно, говорит он, что 6 млн лет назад (когда, как утверждало предыдущее исследование, большие кошки ещё не разделились) по крайней мере три отдельные линии, вероятно, уже бродили по Азии: в одну из них входят Panthera blytheae и снежный барс, в другую — дымчатый леопард, а третья ведёт к современному тигру. (Предки ягуаров и львов, скорее всего, возникли позже.) Учёные предполагают, что, когда движение литосферных плит подняло Гималаи, многие млекопитающие (не только большие кошки) получили возможность диверсифицироваться. Некоторые виды впоследствии разбрелись по континенту во время плейстоценового ледникового периода. 

Молекулярный генетик Уильям Мёрфи из Техасского университета A&M (США), автор исследования 2006 года, рад тому, что его гипотеза о возникновении больших кошек в Средней Азии получила новое подтверждение. Но он скептически относится к утверждению, что Panthera blytheae — родственник снежного барса. Ему кажется ненадёжным делать такой вывод по малозаметным особенностям зубов, черепа и челюсти. 

Г-н Мёрфи не исключает того, что P. blytheae является представителем более древней линии, которая независимо развила характеристики снежного барса и не оставила ныне живущих потомков. Если это действительно так, то большие кошки раскололись задолго до гималайского разделения. Единственный способ прояснить ситуацию — искать более полные образцы. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Можно ли назвать планету Земля родиной земной жизни? Палеонтолог Санкар Чаттерджи из Техасского технологического университета (США) стоит на том, что зародыши жизни упали с неба и проросли уже здесь — в горниле первобытной преисподней. 

011113fee 240x160 q95Благодаря непрестанной бомбардировке земной поверхности кометами и метеоритами 4 млрд лет назад, в эпоху начального формирования планеты, возникавшие после столкновений крупные кратеры не только содержали воду и основные химические стройматериалы для жизни, но и служили прекрасными тиглями, в которых эти вещества концентрировались и подготавливались к созданию первых простейших организмов.

Г-н Чаттерджи известен прежде всего как специалист по динозаврам и птерозаврам, но, как только что выяснилось, в действительности его больше всего интересует анализ и синтез теорий химической эволюции, объясняющих геологические процессы на заре существования Земли. «Это Святой Грааль науки, к которому мы все стремимся», — поясняет он. 

Разыскивая останки древних существ, палеонтолог мимоходом открыл кратер Шива на дне Индийского океана к западу от города Мумбаи. Если данная структура действительно имеет ударное происхождение (а это ещё не доказано), то её создал метеорит диаметром около 40 км, упавший, что самое интересное, почти одновременно (с геологической точки зрения) с тем, который сформировал кратер Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Возможно, тот своего рода метеоритный дождь и стал одной из главных причин вымирания динозавров и многих других животных примерно 65 млн лет назад. 

Случайность это или нет, но метеориты стали главными героями и новой концепции учёного, как будто он чувствовал себя обязанным доказать, что небесные гости не только отбирают жизнь, но и дарят её. Изучив три локации, в которых найдены старейшие окаменелости, известные науке, он пришёл к выводу, что именно метеориты и кометы занесли на Землю все необходимые ингредиенты, а также создали подходящие условия для возникновения жизни. В общем, первые одноклеточные организмы появились на свет в гидротермальных бассейнах. 

«Четыре с половиной миллиарда лет назад только что сформировавшаяся Земля была стерильной и непригодной для жизни, — поясняет г-н Чаттерджи. — Она представляла собой бурлящий котёл: извергались вулканы, шли метеоритные дожди, поверхность окутывали горячие ядовитые газы. Всего миллиард лет спустя это уже была безмятежная, покрытая водой планета, кишевшая микробами — предками всех живых существ». 

Дискуссия о происхождении жизни традиционно вращается вокруг химической эволюции клеток из органических молекул путём естественных процессов. Г-н Чаттерджи выделяет четыре стадии усложнения этих процессов: космическую, геологическую, химическую и биологическую. 

На космическом этапе (4,1–3,8 млрд лет назад) ещё не сформировавшаяся окончательно Земля и вся Солнечная система вместе с ней ежедневно обрабатывались астероидами и кометами. Тектоника плит, ветер и вода давно стёрли следы того бурного времени, но древние кратеры, сохранившиеся на поверхности Марса, Венеры, Меркурия и Луны, позволяют судить о том, насколько тяжёлой была та бомбардировка. 

Идеальными тиглями, по мысли г-на Чаттерджи, стали кратеры диаметром около 550 км. Образовавшие их метеориты были настолько велики, что должны были пробивать земную кору, создавая тем самым вулканы и геотермальные жерла. Занесённые ими вещества концентрировались и полимеризовывались в этих условиях. 

Учёный уверен, что те места в Гренландии, Австралии и Южной Африке, где были найдены древнейшие породы, содержащие окаменелости, являются остатками таких кратеров — глубоких, тёмных и горячих. 

Поскольку Земле повезло оказаться на идеальном расстоянии от Солнца, разбивавшиеся тут кометы становились источником воды и дополнительных ингредиентов. И вот мы переходим к геологической стадии: кратеры наполнились водой, геотермальная активность нагрела её, возникла конвекция — вода непрестанно двигалась, перемешивалась, превращаясь в добротный первобытный бульон. 

«Геологический этап — это период очень тёмных, горячих и изолированных сред с гидротермальными системами, которые послужили инкубаторами жизни, — выделяет главное г-н Чаттерджи. — Происходила сегрегация и концентрация органических молекул конвективными потоками. Нечто подобное мы наблюдаем сейчас на дне океанов, но только подобное. То был причудливый мир, нам он показался бы вонючей преисподней, окутанной сероводородом, метаном, монооксидом азота и паром, но именно там была энергия, поддерживавшая жизнь». 

Затем началась химическая стадия. Тепло, взбалтывавшее воду внутри кратеров, смешало химические вещества и вызвало трансформацию простых соединений в более крупные и сложные. 

Скорее всего, поры и трещины бассейнов сыграли роль «лесов», на которых собирались самые простые РНК и белки. Вопреки широко распространённой гипотезе о том, что сначала появилась РНК, а потом уже белки, г-н Чаттерджи считает, что они возникли одновременно — там, где были защищены от внешних воздействий. «Мир, в котором сосуществуют РНК и белки, больше подходит для сред с гидротермальными жерлами, чем РНК-мир, — оправдывается учёный. — Молекулы РНК весьма неустойчивы. В условиях геотермальной активности они должны быстро распадаться. Чтобы они смогли спокойно воспроизводиться и метаболизировать, нужны определённые катализаторы, и простые белки прекрасно подходят на эту роль. И потом, аминокислотам, из которых состоят белки, образоваться проще, чем компонентам РНК». 

Остаётся вопрос о том, каким образом белковый и РНК-материал, свободно плававший в том бульоне, придумал защищаться от внешних воздействий с помощью мембран. Г-н Чаттерджи доверяется тут гипотезе Дэвида Дримера из Калифорнийского университета (США), который считает, что мембранный материал уже присутствовал в «супе». Этому учёному удалось выделить везикулы жирных кислот из Мёрчизонского метеорита, который упал в 1969 году в Австралии. Пузырьки космического жира и впрямь похожи на клеточные мембраны. 

«Метеориты — вот что принесло липиды на Землю, — убеждён г-н Чаттерджи. — Этот материал плавал на поверхности воды, а конвекционные течения время от времени уносили его на глубину. Этот процесс продолжался миллионы лет, и в конце концов простые РНК и белки оказались заключены вместе внутри этих капсул. Они начали взаимодействовать, и со временем РНК породила ДНК — более устойчивое соединение. Появился генетический код, и первые клетки принялись делиться». 

Финальная стадия — биологическая — подразумевает возникновение воспроизводящихся клеток, которые научились хранить, обрабатывать и передавать генетическую информацию потомкам. Последние образовывали самые фантастические комбинации генов, и бесчисленное количество клеток кончило ничем, пока не был нащупан верный путь репликации. 

Так возникла эволюция в дарвиновском её понимании, а вместе с ней биология — кульминация космических, геологических и химических процессов. 

Г-н Чаттерджи считает, что современные РНК-вирусы и богатые белками прионы, вызывающие смертельные заболевания, могут оказаться эволюционным наследием примитивных РНК и белков. Возможно, они — древнейшие клеточные частицы, предшествовавшие первой клеточной жизни. Как только появилась эта последняя, РНК-вирусы и прионы устарели, но выжили, сделав ставку на паразитический образ жизни.

Разумеется, учёный прекрасно понимает, что любая подобная теория, сколь бы логичной она ни казалась, нуждается в экспериментальном подтверждении, и он готов принять участие в проведении опытов по воссозданию древнего добиологического мира, дабы подтвердить или опровергнуть свои измышления. Надо лишь попытаться создать протоклетку из РНК-вирусов и прионов, заключённых в мембраны... 

Результаты исследования представлены на 125-й ежегодной конференции Геологического общества Америки в Денвере.

 Более подробно с современными представлениями о происхождении жизни Вы можете ознакомиться у нас в классфикаци живых организмов.


Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Австрийские биологи, изучающие современную группу примитивных моллюсков Aplacophora, неожиданно смогли уточнить родословное древо этого типа животных. Благодаря их открытию портрет общего предка всех моллюсков стал немного более четким.

Wirenia argentea  Wirenia argentea  Моллюски считаются одним из самых успешных типов живых существ. Число их описанных видов составляет примерно 200 тысяч, а чрезвычайное разнообразие строения тела привлекает к ним непреходящий интерес исследователей. Разумеется, поиски общего предка всех моллюсков не оставляют равнодушными многих специалистов по этой группе.

Класс Aplacophora со времен своего открытия считается одним из основных претендентов если не на роль самого предка, то в наиболее близкие к нему родственники. Это небольшие вытянутые в длину и лишенные раковины (отсюда и название, переводящееся как "безраковинные") животные, больше похожие на червей, чем собственно на моллюсков. Раковину им заменяет слой плотной кутикулы, который может достигать значительной толщины. Обитают эти моллюски на морском дне и встречаются даже на значительной глубине в несколько километров. Жизнь аплакофор представляет собой в основном неторопливый поиск органики в донном детрите.

3D-реконструкция личиночной мускулатуры Wirenia argentea с цветовой кодировкой основных узлов мышц  3D-реконструкция личиночной мускулатуры Wirenia argentea с цветовой кодировкой основных узлов мышц Согласно современным научным представлениям, примерно такими были и общие предки всех современных моллюсков, поэтому аплакофор традиционно воспринимали как группу, наиболее близкую к ним. Однако детальное изучение Aplacophora заставило ученых отказаться от этого предположения.

Группа исследователей под руководством зав. кафедрой интегративной зоологии Венского университета Андреаса Ваннингера поставила своей целью разобраться с индивидуальным развитием безраковинных. Для этого они препарировали аплакофор Wirenia argentea, обитающих на глубине 200 м у берегов Норвегии.

Как и многие другие моллюски, аплакофоры проходят сначала стадию личинки, а затем – взрослого животного. И если строение мускулатуры взрослых довольно примитивно, чего и следовало ожидать от кандидата в предки, то с личинками все оказалось не так просто. Несмотря на скромный размер в 0,1-0,3 мм, личинки Aplacophora обладают очень сложной архитектурой мышц, отчетливо напоминающей совсем другой класс моллюсков – Polyplacophora или хитонов. Во время метаморфоза, сопровождающего превращение личинки во взрослую особь, мышечные структуры аплакофор упрощаются и теряют сходство с другими классами.

Объяснить эту ситуацию может только то, что Aplacophora представляют собой вторично упрощенных родственников хитонов, в далеком прошлом по каким-то своим соображениям отказавшимся от движения по пути морфофункционального прогресса. Косвенным подтверждением этого предположения служит недавняя находка силурийского моллюска Kulindroplax perissokomos, сочетающего в себе признаки как аплакофор, так и хитонов. На безраковинных кулиндроплакс походил удлиненной, вытянутой формой цилиндрического тела и покрывающими его спикулами, а на полиплакофор – раковиной из семи щитков, расположенных на спинной поверхности тела.

Очевидно, живший 425 млн лет назад Kulindroplax perissokomos слишком молод, чтобы претендовать на лавры общего предка моллюсков, ведь история типа уходит корнями как минимум во времена кембрийского взрыва. Однако он показывает, что эволюция моллюсков использовала самый широкий спектр комбинаций морфологических характеристик, пишет Science Daily. А что касается Aplacophora, то они и вовсе далеки от искомого предка и ведут свою родословную от червеобразных силурийских форм с покрытой защитными пластинами спиной.

Статья "Aplacophoran Mollusks Evolved from Ancestors with Polyplacophoran-like Features" доступна на сайте Cell.com

 


Истчоник: PaleoNews


Когда говорят об эволюции на уровне белковых молекул, обычно имеют в виду изменения в аминокислотной последовательности, которые влекут за собой перестройки в трёхмерной структуре белка. А перемены в последней ведут к изменениям в функционировании белковой молекулы, которая таким образом приспосабливается к новым условиям работы, к новым требованиям клетки и всего организма, выживающего в столь непостоянной окружающей среде. 

Однако бывает так, что эволюционные изменения в работе белковой молекулы проходят независимо от изменений в её трёхмерном портрете. Как раз такой случай описывают в Nature Structural and Molecular Biology Питер Райт и его коллеги из Института Скриппса (США). Исследователи занимались дигидрофолат-редуктазой, которая участвует в метаболизме нуклеотидов и имеется почти у всех живых организмов.

Модель молекулы ацетинхолинэстеразы; красными многоугольниками обозначены аминокислотные остатки связывающего центра фермента с ацетилхолином посередине. (Фото Manuel C.; Dr. Peitsch.)Модель молекулы ацетинхолинэстеразы; красными многоугольниками обозначены аминокислотные остатки связывающего центра фермента с ацетилхолином посередине. (Фото Manuel C.; Dr. Peitsch.)Как и любой фермент, дигидрофолат-редуктаза во время работы претерпевает некие структурные изменения, и несколько лет назад учёные уже сообщали о том, как эффективность этого фермента зависит от его динамики и гибкости.

На сей раз исследователи сравнивали динамику фермента и его строение у разных организмов, особое внимание уделяя белку бактерий и белку человека. Оказалось, что, несмотря на огромную эволюционную дистанцию между нами и кишечной палочкой, дигидрофолат-редуктазы у нас и бактерий довольно схожи и по аминокислотной последовательности, и по 3D-структуре. При этом белки кишечной палочки и человека демонстрируют разную конформационную динамику, или, проще говоря, манеру движения. 

Фермент захватывает какие-то вещества, что-то с ними делает в активном центре и выпускает обратно в среду некий продукт. Это сопровождается движениями частей молекулы. У бактерий участки полипептидной цепи дигидрофолат-редуктазы совершают для этого относительно широкие движения; у человеческого фермента эти перемещения более, если можно так выразиться, сдержанные, и при этом они точнее. И, главное, рабочие конформационные изменения у нашего фермента осуществляются за счёт иного механизма. 

Разница в пластичности, в рабочей динамике фермента произошла за счёт возможностей, заключённых приблизительно в одном и том же пространственном «портрете» и, что особенно важно, из-за разных условий работы, с которыми фермент сталкивается в бактериальной и человеческой клетке. Наш фермент настроен на работу именно в клетке человека и в бактериальных условиях не действует: слишком высокие концентрации конечного продукта, присутствующие в кишечной палочке, просто подавляют его активность. 

То, что белок не может переключиться с одной манеры движения на другую, говорит о том, что разная динамика молекул всё же как-то запечатлена в мутациях, в аминокислотной последовательности, и теперь исследователи попытаются эти мутации расшифровать.

Пока же полученные данные говорят о том, что эволюция белковых молекул не обязательно выбирает мишенью трёхмерную структуру и влияет на работу белка только через изменения в 3D-портрете. Видимо, динамическая пластичность сама по себе может подвергаться давлению естественного отбора, когда изменения в аминокислотной последовательности почти не отражаются на пространственной структуре, но сказываются на движениях белковой молекулы.


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Суббота, 21 Сентябрь 2013 11:11

Как птицы получили крылья

Автор

Предками современных птиц являлась группа мелких плотоядных животных битавших около 150 млн. лет назад – манирапторы (Maniraptora).  Последние данные показывают, что многие из манирапторов имели большие сходства с птицами – у них уже имелись перья, полые кости, небольшие размеры тела и высокая скорость метаболизма.

Предполагаемый предок птиц - АрхеоптериксПредполагаемый предок птиц - АрхеоптериксНо до сих пор оставался вопрос, в какой момент передние конечности манирапторов превратились в крылья, позволившие им летать?

Изучая ископаемые данные того времени когда появились птицы, профессор Ханс Ларссон и бывший аспирант Александр Декекчи из университета Макгилла попытались дать на этот вопрос ответ.

В исследовании, опубликованном в сентябрьском номере журнала Эволюция, они обнаружили, что на протяжении большей части истории плотоядных динозавров, длины конечностей показали относительно стабильное масштабирование отношения к размеру тела. Это не смотря на 5000-кратную разницу в весе между тираннозавром  и самым маленьким пернатым тероподом из Китая.  Исключением из этого являлись предки птиц, у которых эти пропорции начали изменяться.  Это изменение, возможно, было критическим, позволив первым птицам научиться летать под пологом тогдашних лесов.

Удлинение передних конечностей происходило достаточно долго, формируя одновременно и аэродинамический профиль крыла, что поспособствовало эволюции полета. В сочетании с сокращением задних конечностей, это помогло у первых птиц  усовершенствовать контроль полета и его эффективность. Короткие ноги, поспособствовали снижению сопротивления во время полета – по этой причине многие из современных птиц прячут их во время полета, кроме этого укороченные ноги позволяют им садиться и передвигаться по мелким ветвям на деревьях. Такое сочетание улучшенного крыла с более компактными ногами было критически важным моментом для выживания первых птиц во время господства в воздухе птерозавров.

“Наши исследования показывают, что в развитии механизма полета птиц произошли сильные изменения, повлиявшие на отношение длин передних и задних конечностей”, рассказывает Ларссон. Подобные отклонения, от правил произошедшие с  изменением размеров конечностей, мы можем наблюдать и при эволюции человека (относительно короткие руки и длинные ноги), а так же многих других видов млекопитающих. Они указывают, что в данной популяции произошли какие-то важные изменения в функциях и поведении. “Такое изменение могло иметь фундаментальное значение для птиц, а так же самых разнообразных классов наземных позвоночных обитающих на нашей планете”.

“Происхождение птиц и освоение ими активного полета, является классическим примером эволюционного перехода”, говорит Декикчи.  “Вполне возможно, что данные изменения, позволили птицам стать больше, чем просто один из родов манирапторов и привели к появлению широкого спектра различных форм и размеров конечностей у современных птиц”.

“Данная работа, в сочетании с нашими предыдущими исследованиями показывающими, что предки птиц не являлись постоянными жителями деревьев, объясняет многое из эволюции современных пернатых” говорит д-р Декекчи. “Зная, откуда появились птицы и как они заняли современные экологические ниши, мы начинаем лучше понимать то, как сформировался современный мир”.

 


 

Источник: ScienceDaily


 

Суббота, 14 Сентябрь 2013 23:11

«Дилемма Дарвина» решена

Автор

Исследователи из Аделаиды попробовали оценить темпы эволюции во времена “кембрийского взрыва”, во времена которого между 540 – 520 миллионов лет назад появилось большинство современных групп животных.

На рисунке показан кусок дна кембрийского периода. Гигантский Anomalocaris исследует трилобитов, справа выглядывает Opabinia, а "ходячий кактус" Diania ползет снизу. Все эти существа, связанные с членистоногими (существа с экзоскелетами и сочлененными придатками, такие как насекомые, паукообразные и ракообразные). На рисунке показан кусок дна кембрийского периода. Гигантский Anomalocaris исследует трилобитов, справа выглядывает Opabinia, а "ходячий кактус" Diania ползет снизу. Все эти существа, связанные с членистоногими (существа с экзоскелетами и сочлененными придатками, такие как насекомые, паукообразные и ракообразные).  Свои выводы они опубликовали в эту пятницу в журнале Current Biology как “Решение проблемы Дарвина” которое до их исследования не могло объяснить внезапное появление современных групп животных в палеонтологической летописи начала кембрийского  периода.

"Резкое появление десятков групп животных в течение этого времени, возможно является самым важным эволюционным событием после возникновения жизни", говорит ведущий автор доцент Майкл Ли из Университета Школы Аделаиды Земли и Экологических Наук Музея Южной Австралии.

Современный членистоногий (многоножка Cormocephalus) ползет над его 515 миллионов-летним родственником, жившем во времена Кембрийского взрыва (trilobite Estaingia).Современный представитель членистоногих (многоножка Cormocephalus) ползет над её 515 миллионов-летним родственником, жившем во времена Кембрийского взрыва (trilobite Estaingia).“Эти, казалось бы невероятно быстрые темпы эволюции произошедшие во времена кембрийского взрыва” давно используют противники современной теории эволюции. Даже сам Дарвин считал, что это шло вразрез с нормальным эволюционным процессом.

"Однако из-за плохого состояния древних окаменелостей, никто не был в состоянии точно измерить темпы эволюции в этот критический интервал, часто называемым Большим взрывом.

“В этом исследовании мы показали, что скорость морфологической и генетической эволюции во времена кембрийского взрыва была в пять раз быстрее, чем сегодня, что довольно быстро, но вполне согласуемо с теорией эволюции Дарвина."

Выбрав для изучения различных представителей членистоногих животных (насекомых, ракообразных, паукообразных и их родственников), изучив их анатомические и генетические различия между современными членистоногими и их предками, исследователи смогли составить математическую модель скорости их эволюции. Моделирование показало, что умеренно ускоренной эволюции было достаточно, чтобы объяснить, казалось бы, неожиданное появление многих групп развитых животных в палеонтологической летописи, во время кембрийского взрыва.

 “В этот период кембрия появились большинство из современных признаков, связанных с этой группой животных – жесткий панцирь, членистые ноги и фасеточные глаза, являющиеся общими признаками всех членистоногих. Мы даже находим среди окаменелостей первое проявление усов, которые сейчас можем наблюдать у современных представителей насекомых, многоножек и омаров, а так же самые ранние кусающие челюсти” рассказывает соавтор исследования д-р Грег Эджкум музея Естественной Истории.

 


 

Исирчник: Phys.org


 

У разных животных в ходе эволюции, бывает, возникают сходные черты — в этом случае говорят о конвергентной эволюции, которая происходит из-за сходных экологических условий. Один из самых известных примеров: пингвин и кит, птица и млекопитающее, которые похожи друг на друга формой тела, — а всё из-за того, что и пингвину, и киту нужно плавать в море. 

Летучие мыши (наряду с дельфинами ) — самые известные животные, использующие эхолокацию.Летучие мыши (наряду с дельфинами ) — самые известные животные, использующие эхолокацию.Обычно в таких случаях говорят о внешнем сходстве, подразумевая, что генетическое решение у сходных признаков может быть разным — примерно как в арифметике можно сложить две двойки или прибавить единицу к тройке, но всё равно получить четыре. Однако, по-видимому, молекулярно-генетические конвергентные изменения до сих пор просто недооценивались, и вот один из примеров — эхолокация.

Она есть у ряда животных (самые известные примеры — летучие мыши и дельфины), и учёные довольно долго спорят о том, как эхолокация появлялась у разных групп. Стивен Росситер и его коллеги из Колледжа Королевы Марии Лондонского университета (Великобритания) проанализировали на предмет конвергентной эхолокационной эволюции свыше двух тысяч генов-ортологов у двадцати двух видов животных, среди которых были и летучие мыши, и дельфины. 

И конвергентные признаки удалось обнаружить в почти 200 зонах генома. Сами исследователи ожидали увидеть сходство примерно в дюжине генах или около того: в конце концов, никакого запрета на схожие генетические изменения в эволюции нет. Но то, что их оказалось так много, всех сильно удивило. Преимущественно это касалось генов, участвующих в формировании слухового аппарата, однако были и такие, которые имели отношение, например, к зрению. 

Развитие эхолокации привело к появлению у таких разных групп, как летучие мыши и дельфины, сходных генетических черт. (Фото David Fleetham.)Развитие эхолокации привело к появлению у таких разных групп, как летучие мыши и дельфины, сходных генетических черт. (Фото David Fleetham.)Исследования, в которых учёные пытались выяснить сходство между генами, контролирующими конвергентные признаки, до сих пор не рассматривали целые геномы целиком: этим, вероятно и объясняется, почему таких генов всё время оказывалось не много. Сейчас это стало возможным, так как накопились полностью прочитанные геномы самых разных млекопитающих и появились компьютерные программы, позволяющие обрабатывать много бόльшие, чем раньше, массивы генетических последовательностей.

 Дело тут даже не столько в эхолокации, сколько в том, что учёные вдруг поняли, как конвергентная эволюция может влиять на генетический портрет. Схожим изменениям подвергаются не только самые очевидные гены, непосредственно участвующие в формировании признака, но и те, которые объединены с ними в регуляторную генетическую сеть и «полномочия» которых могут быть намного шире.

Вместе с тем однозначно утверждать о конвергентной эволюции генов, по мнению некоторых специалистов, можно будет лишь после того, как генетические последовательности сравнят с теми, что им предшествовали. Иными словами, после восстановления картины этой самой эволюции. Пусть у дельфинов и летучих мышей в ряде случаев гены, имеющие отношение к эхолокации, схожи — но тут нужно убедиться, что и процесс, который привёл к этим изменениям, шёл у этих групп сходным образом. Как говорит один из комментаторов работы, Антонис Рокас из Университета Вандербильта (США), аминокислотные последовательности «эхолокационных» белков должны сильно отличаться от тех, что были у животных-«эхолокаторов» ранее, — и лишь в этом случае можно будет говорить о настоящей эволюции, которая вела разные группы животных к одной цели.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.


 Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Восстановив в общих чертах эволюцию живых организмов на протяжении последнего полумиллиарда лет, палеонтологи все еще чрезвычайно мало знают об эволюции белка. Испанским исследователям удалось реконструировать это химическое соединение, существовавшее ни много ни мало четыре миллиарда лет назад.

Модель белкаМодель белка "До сих пор все попытки изучить эволюцию белковых структур были основаны на сравнении современных белков, – рассказал ведущий автор исследования Хосе Санчем-Руис из университета Гранады. – Это примерно то же самое, что пытаться изучать эволюцию птиц, сравнивая между собой несколько современных представителей этого класса". По словам ученого, наиболее перспективным для эволюционных исследований считается изучение окаменелостей, и поэтому его собственный подход к проблеме можно назвать "раскопками ископаемых белковых структур".

 Санчес-Руис вместе с коллегами построил филогенетическое древо белковых последовательностей, воспользовавшись для этого анализом аминокислотных последовательностей тиоредоксина – белка, участвующего в восстановлении рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды и обнаруженного у всех представителей живых существ, включая архебактерий и эукариот. С помощью этого древа испанским ученым затем удалось воскресить докембрийские белки в лабораторных условиях и охарактеризовать их свойства.

 Как оказалось, современная структура тиредоксина удивительно похожа на ту, что существовала на заре возникновения жизни, а вот аминокислотные последовательности у них сильно разнятся. Эти данные подтверждают эволюционную модель прерывистого равновесия, согласно которой белковые структуры остаются неизменными в течение долгого времени, а все новые изменения, их затрагивающие, происходят за очень короткие временные промежутки, пишет EurekAlert!

 "В дополнение к раскрытию основных принципов эволюции белковых структур наша методика обеспечивает еще и бесценную информацию о том, как трехмерная структура белка закодирована его аминокислотной последовательностью, – отметил Санчес-Руис. – Она также может предоставлять данные о такой важной цели белковой инженерии и биотехнологии, как проектирование белков с новой структурой".

 


Источник: PaleoNews


Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

Остатки экзоскелета впервые обнаружены в ископаемых палеозоя

12-02-2011 Просмотров:9043 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Остатки экзоскелета впервые обнаружены в ископаемых палеозоя

Вопреки распространённому мнению, остатки хитин-белкового комплекса (строительного материала из белков и полисахаридов) в изобилии присутствуют в окаменелостях членистоногих эпохи палеозоя. Модель ракоскорпиона (фото elrina753) Считалось, что старейшей из дошедших до нас...

Первобытный океан «сочился» континентами

16-03-2012 Просмотров:10243 Новости Геологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Первобытный океан «сочился» континентами

Земная кора неоднородна: она подразделяется на более лёгкую континентальную и плотную океаническую. Первая толще (30–40 км) как раз за счёт своей лёгкости; именно это позволяет ей настолько возвышаться, плавая в...

Китай мелового периода был раем для титанозавров

01-02-2014 Просмотров:5517 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Китай мелового периода был раем для титанозавров

Остатки очередного доисторического ящера жившего более 100 млн лет назад и принадлежащего к группе титанозавров, обнаружили работающие в Китае американские палеонтологи. Окаменевший скелет явно принадлежал не взрослому экземпляру, а подростку,...

Кого боятся белые акулы

25-01-2013 Просмотров:9164 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Кого боятся белые акулы

Бразильская светящаяся акула — один из самых своеобразных морских хищников. При своих не слишком внушительных размерах (в длину в лучшем случае она достигает полуметра), бразильская светящаяся акула нападает на животных...

Палеонтологи установили способ питания диплодока

18-07-2012 Просмотров:7666 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Палеонтологи установили способ питания диплодока

 Крупный растительноядный динозавр обдирал листву с высоких ветвей деревьев, однако питаться корой он не мог. Ученые из Бристольского университета и лондонского Музея естествознания при помощи новой технологии проанализировали череп диплодока, крупного...

top-iconВверх

© 2009-2017 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.