Длительные эксперименты с разноцветными голубями и вшами помогли ученым доказать, что теория Дарвина правильно описывает то, как возникают новые виды, приспосабливаясь к разным экологическим нишам и условиям обитания. Их выводы были представлены в журнале Ecology Letters.

"Раскрашенные" вши, использованные в ходе проверки теорий Дарвина"Наши коллеги давно пытались связать микро- и макроэволюцию, изменения в облике и поведении одного вида и формирование новых систематических единиц. Нам впервые удалось это сделать. Просто посмотрите на столь разную окраску тела вшей, которых мы вырастили всего за четыре года! С точки зрения эволюции это даже не мгновение", — рассказывает Дэниел Клейтон (Daniel Clayton) из университета Юты в Солт-Лейк-Сити (США).

Одним из самых ярких примеров эволюции, которые можно найти в трудах Дарвина, традиционно считается история галапагосских вьюрков – небольших птиц из семейства воробьиных, обладающих крайне разнообразной диетой и средами обитания.

Эти птицы, как случайно обнаружил великий британский биолог, произошли от одного предка, однако впоследствии их облик и, в особенности, устройство и размеры клюва, поменялись при приспособлении к новым экологическим нишам.

К примеру, вьюрки, которые начали питаться кровью других животных, приобрели острый и тонкий клюв, а их "кузены", поедающие семена растений и мякоть кактусов, обзавелись очень толстым и прочным клювом.

Данный процесс, который сам Дарвин называл "дивергенцией", а современные эволюционисты называют "адаптивной радиацией", считается одним из главных механизмов образования новых видов животных в природе. В последние годы некоторые ученые начали сомневаться в этом, проследив за жизнью нескольких сотен родственных видов певчих птиц.

Клейтон и его коллеги проверили эти предположения на практике, создав своеобразный аналог Галапагосских островов в своей лаборатории и "заселив" их двумя представителями животного мира – голубями разных пород и вшами вида Columbicola columbae.

Колонии птиц были изолированы друг от друга и при этом они отличались лишь окраской, что вынуждало насекомых приспосабливаться к обитанию в оперении определенных цветов. Те вши, чей цвет не соответствовал окраске птиц, быстро становились их жертвами и погибали, не оставив потомства. Это должно было, если теория о дивергенции верна, привести к формированию множества новых подвидов, а потом и видов вшей с разной расцветкой.

Для ее проверки ученые создали еще несколько "островов", чьи пернатые обитатели были лишены возможности очищать свое оперение от непрошенных нахлебников при помощи специальных колец-"намордников". Вши, жившие в оперении таких голубей, не должны были менять свой цвет, так как птицы не могли играть роль "невидимой руки" естественного отбора.

Заселив этот "Дарвиновский архипелаг", ученые наблюдали за его жизнью на протяжении последующих четырех, за которые вши успели оставить 60 поколений потомства. Как оказалось, вши очень быстро приспособились к жизни в новых условиях и приобрели маскировочную окраску, соответствующую цвету перьев тех голубей, вместе с которыми они жили.

В результате этого они стали напоминать не Columbicola columbae, а вшей из других родов и видов, которые паразитируют на птицах нетипичных для диких голубей цветов, таких как черный и белый. Эти изменения были отражены и в их ДНК – темные насекомые, выращенные Клейтоном и его командой, оставляли темное потомство, а белые - белое.

Как отмечают биологи, они были удивлены тем, как быстро поменялся облик насекомых – в прошлом, мало кто был уверен в том, что макроэволюционные процессы можно изучать в принципе из-за их сверхнизкой скорости развития. Сейчас они проверяют, можно ли подобным образом поменять и размер вшей, выращивая их на необычно крупных и мелких голубях.

Источник: РИА Новости

Тысячи генов человека меняются год от года, от поколения к поколению. Например, наш мозг стал меньше по объему, но более эффективным. А глаза кое-у кого из разумных приобрели голубой цвет. Да, голубые глаза – примета недавнего времени. Как говорят нам данные генетического анализа, первый голубоглазый человек появился от 6 000 до 10 000 лет назад где-то в регионе Черного моря. По какой-то причине этот фенотип стал очень популярным, примерно на 5% повышая шансы на размножение, и сегодня на планете живет уже полмиллиарда голубоглазых людей.

Другим ярким примером эволюции является появление гемоглобина S (HgbS). Эта генетическая мутация делает людей невосприимчивыми к малярии, но одновременно чревата другой болезнью – серповидно-клеточной анемией. Дело в том, что в ряде тропических регионов малярия является убийцей людей номер один. Поэтому рано или поздно должна была появиться мутация, защищающая от этой страшной болезни. И она действительно появилась, увеличив устойчивость эритроцитов к малярийным паразитам. К сожалению, эта же мутация вызывает серповидно-клеточную анемию – болезнь, проявляющуюся при недостатке кислорода или высоких аэробных нагрузках. Хорошая новость заключается в том, что устойчивость к малярии придают и многие другие гены, кроме того, сегодня мы наблюдаем появление новых мутаций, повышающих устойчивость к таким страшным болезням, как проказа и туберкулез.

Еще одно эволюционное приобретение – генетическая толерантность к молочному сахару – лактозе. Первобытный человек питался молоком только в раннем детстве, и фермент лактаза, расщепляющий молочный сахар, переставал вырабатываться у него уже в возрасте нескольких лет. Со временем некоторые группы населения начали использовать в пищу молочные продукты, и в этих популяциях выработка лактазы начала растягиваться на все больший срок, в конце концов сохраняясь и у взрослых, и даже престарелых особей. Как и следовало ожидать, эта черта чаще проявляется в тех регионах, где молочное животноводство возникло давно, а молоко успело стать важной частью рациона питания. Толерантность к молоку, как предполагается, появилась в период от 3 000 до 8 000 лет назад, но в настоящее время встречается у почти 95% жителей Северной Европы.

Наши зубы тоже меняются. Все больше и больше людей обходятся без зубов мудрости, которые появляются позже обычного или не появляются вовсе. По мнению антропологов, зубы мудрости были полезны во времена, когда люди не готовили пищу, а питались грубым и жестким кормом, приводившим к быстрому износу коренных зубов. Именно на замену сношенным молярам и предназначались зубы мудрости. Сегодня уже 35% людей не обладают зубами мудрости. Гены, участвующие в этом процессе, пока неизвестны, так что полной уверенности в понимании механизма этой утраты у исследователей нет.

Так как же мы будем выглядеть через тысячелетия? Может быть – так, как на картинке к этой статье. А может быть, совсем по-другому. Даже если мы проигнорируем новые технологии и различные направления давления отбора, эволюция обязательно изменит наших потомков с помощью все тех же мутаций. 10 000 лет назад ни у кого не было голубых глаз. Кто может угадать, что эволюция приготовит в следующие 10 000 лет?

Источник: PaleoNews

Потомки зеркальных карпов, попав в дикую природу, вновь отрастили себе чешую всего за 100 лет. Этот интересный пример обратной эволюции исследовала международная команда ученых во главе с Марком Вандепутте (Marc Vandeputte) из университета Париж-Сакле. Их статью об этом, опубликованную в журнале Proceedings of the Royal Society B, пересказывает сайт журнала Science.

КарпЗеркальный карп — порода карпа обыкновенного, или сазана (Cyprinus carpio). Ее в Средневековье вывели монахи. Средневековые монахи-селекционеры вывели рыбу, которую проще чистить и готовить — у зеркальных карпов практически нет на теле чешуи. В начале 1910-х годов зеркальных карпов выпустили в дикую природу на Мадагаскаре, и они быстро распространились по пресноводным водоемам всего острова.

Уже в 1950-х рыбаки стали замечать, что у мадагаскарских зеркальных карпов стала вновь появляться на теле чешуя. Вандепутте с коллегами решили разобраться, насколько это явление распространено. Они выловили и изучили на острове около 700 карпов, как в рыбофермах, так и в естественных водоемов. Оказалось, что тело уже 65% из них покрыто чешуей.

С экологической точки зрения, причины этого понятны: покрытые чешуей рыбы менее уязвимы для хищников и паразитов. Но каковы генетические основы этого процесса? Анализы показали, что все потомки зеркальных карпов на Мадагаскаре по-прежнему несут в своей ДНК мутацию, когда-то сделавшую их предков голыми. А значит, для того, чтобы вновь отращивать чешую, они идут «обходными путями», используя какие-то другие гены.

Интереснее всего, конечно, скорость, с которой все это произошло. Монахам когда-то потребовались столетия, чтобы вывести зеркальных карпов, а обратная эволюция в дикой природе пошла в несколько раз быстрее.

«В целом, наши результаты показывают, что карпы, подвергаясь естественному отбору, могут эволюционировать в сторону покрытия чешуей по дикому типу менее чем за 40 поколений, в результате полигенной генетической изменчивости, что подтверждается похожими результатами исследований на модельных живых организмах», — написали ученые в заключении своей статьи.

Источник: Научная Россия

Папа Римский Франциск рассказал, что между христианским учением, теорией эволюции и современной космологией нет противоречия.

Папа Франциск заявил о своем согласии с теорией эволюции Такое заявление он сделал, выступая в Папской академии наук, сообщает издание The Christian Science Monitor.

Понтифик подчеркнул, что верующим не следует буквально понимать первые главы библейской книги Бытия, где описывается сотворение мира. «Когда мы читаем о сотворении мира в книге Бытия, мы рискуем увидеть в Боге волшебника с волшебной палочкой, с помощью которой он может сделать всё что угодно», -- пояснил Франциск.

Как считает папа, «мы все произошли в результате Большого взрыва, который создал Вселенную». Тем не менее, начало мира не было хаотическим и подчинялось принципам любви. «Бог сотворил человеческие существа и позволил им развиваться согласно внутренним законам, которые он дал всем существам, чтобы они могли реализовать свой потенциал», -- заявил понтифик.

По словам Франциска, «эволюция в природе не противоречит концепции творения, поскольку эволюция требует создания существ, которые могли бы эволюционировать». Тем не менее, в своей речи папа обошел вопрос о том, произошли ли люди от обезьяноподобных предков. Впрочем, как отмечает The Christian Science Monitor, папа говорил не ex cathedra, то есть его высказывания являются лишь частным мнением, а не вероучительной истиной.

Ранее руководство католической церкви не раз высказывалось о теории эволюции в положительном ключе. Так, в энциклике Humani Generis, изданной папой Пием XII в 1950 году, говорилось, что эволюционная теория и католическое учение не обязательно должны противоречить друг другу. О своем согласии с теорией эволюцией заявлял и папа Иоанн Павел II - в 1996 году он назвал ее «больше, чем гипотезой».

Однако предшественник нынешнего понтифика, Бенедикт XVI, считался настроенным более консервативно, поскольку в его окружении имелись противники неодарвинизма, такие, как кардинал Шёнборн.

Источник: infox.ru

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).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

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. 

Благодаря 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

Вопрос о том, почему пингвины, научившись нырять и плавать под водой, не сохранили подобно другим морским птицам способность летать, занимал биологов в течение достаточно долгого времени. Ответ на него, похоже, нашла группа учёных из США и Канады, исследование которых опубликовано в американском журнале PNAS.

Пингвины под водойИсследовав с помощью электронных датчиков и радиоизотопного анализа двигательную активность баклана и толстоклювой кайры, а затем сравнив результаты с аналогичными данными по другим птицам – гусям и тем же пингвинам, – орнитологи выяснили, что передвижение в воздухе и под водой – это те навыки, которые в принципе находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга. То есть лучшие ныряльщики среди пернатых одновременно являются худшими из летунов, к тому же у многих необходимость совмещать эти две способности приводит к двойным издержкам.

Так, баклан, использующий в качестве основного водного движителя перепончатые лапы, при нырянии выделяет гораздо больше водяных паров и углекислого газа, чем пингвин аналогичного размера, что свидетельствует о больших потерях энергии. У кайры, плавающей за счёт крыльев, эти издержки ниже, чем у баклана, но всё равно примерно на 30 процентов выше, чем у равного ей по росту пингвина, поскольку крылья создают дополнительное сопротивление под водой, а тело, вынужденное быть относительно маленьким и лёгким, быстро охлаждается, в отличие от массивного туловища «хозяина Антарктиды».

«Итак, чтобы улучшить способности к нырянию, птицам пришлось уменьшить размер крыльев или же увеличить габариты тела. И то, и другое в конечном итоге делает полёт невозможным», – заключает соавтор исследования Роберт Риклефс (Robert Ricklefs) из университета Миссури.

 Источник: Научная Россия

На примере пылевых клещей биологам удалось опровергнуть закон необратимости эволюции. Оказалось, что предки этих существ были свободноживущими организмами, которые сначала перешли к постоянному паразитизму, а затем вновь вернулись к исходному состоянию.

Пылевой клещ, фото википедияРезультаты исследования, выполненного Павлом Климовым и Берри О’Коннором из Мичиганского университета, опубликованы в журнале Systematic Biology.

Закон необратимости эволюции, сформулированный еще в конце XIX века палеонтологом Луи Долло, вызывает споры среди ученых вплоть до настоящего времени. Как гласит этот закон, «организм ни целиком, ни даже отчасти не может вернуться к состоянию, уже осуществленному в ряду его предков».

Авторы работы смогли показать, что закон Долло не работает в случае пылевых клещей – микроскопических членистоногих, которые живут в матрасах и подушках и вызывают у многих людей аллергические реакции. Для этого им пришлось проверить все 62 гипотезы об их происхождении, существующие на сегодня.

Проанализировав набор из 5 генов ядерной ДНК более чем 700 видов потенциальных родственников пылевых клещей, исследователи выяснили, что они произошли от паразитического подотряда Psoroptidia. Клещи из этой группы паразитируют на млекопитающих и птицах, никогда не покидая своих хозяев.

Ранее считалось, что постоянные паразиты не могут вновь стать свободноживущими организмами, поскольку при паразитическом образе жизни утрачиваются многие важные органы. Однако предки пылевых клещей смогли сделать это благодаря устойчивости к высокой сухости и способности питаться кератином,содержащимся в волосах и перьях.

Как надеются ученые, их открытие поможет в борьбе с аллергией, вызываемой пылевыми клещами. «Зная родственные связи этих существ, мы лучше поймем свойства белков их иммунной системы и эволюцию генов, кодирующих аллергены», --пояснил Павел Климов, соавтор статьи.

Источник: infox.ru

Иногда можно услышать, что эволюция не очень любит искать новые пути — и если есть возможность использовать уже найденное решение, то она так и сделает. Очередное подтверждение этому продемонстрировали исследователи из Университета Британской Колумбии (Канада). Несколько лет назад они ставили эксперимент с эволюцией в пробирке: культуру бактерий Escherichia coli растили в среде, содержащей легко расщепляемую глюкозу и трудно расщепляемый ацетат. Кишечная палочка может работать как с тем, так и с другим субстратом, но, как выяснили учёные, в каждом образце колония бактерий разделялась на две части: одни поглощали только глюкозу, другие специализировались на ацетате.

Эволюция кишечной палочки выбирает надёжные, проверенные пути. (Фото Dr. Dennis Kunkel.)Такое разделение популяции на две части для биологов уже давно не новость. Похожие процессы наблюдали, например, у цихлидовых рыб, амадин и пальмовых деревьев: хотя популяция занимает одну территорию, в ней выделяются экологические подгруппы. В случае бактерий экологическое разделение было обусловлено разными питательными веществами. Но раскол в популяции обычно подкрепляется генетическими изменениями, мутациями. И учёные захотели проверить, какие мутации тут задействованы.

Эксперимент с бактериями ставили в трёх пробирках и из каждой брали по 17 образцов на разных стадиях опыта для генетического анализа. Оказалось, что у бактерий из разных пробирок возникали одни и те же мутации, которые помогали им приспособиться к особенностям среды. И второе: эти мутации возникали в определённой последовательности, то есть сначала у бактерий появлялись изменения, которые позволяли использовать им другой тип пищи, а потом возникал генетический переключатель, переводивший метаболизм с одного пути на другой.

То, что приспособления к среде возникают у организмов в определённом порядке, учёные тоже давно знают, но как это проявляется на генетическом уровне, на уровне мутаций? При этом мы считаем, что вариантов таких приспособлений может быть множество, ведь мутации, как известно, появляются случайно, и отбор может выбрать разные варианты, которые одинаково подходят к решению одной и той же проблемы. Но, по-видимому, хотя мутации и случайны, эволюция предпочитает решать проблему единственным проверенным способом. То есть можно сказать, что эволюцию можно до какой-то степени предсказать.

С другой стороны, как замечают скептики, такая предсказуемость эволюции может иметь место только у тех организмов, которые не знают полового размножения, — у тех же бактерий, например. Кроме того, стоит учитывать, что в своих экспериментах исследователи работали с относительно небольшой и гомогенной популяцией микроорганизмов, и вполне возможно, что в естественных популяциях, гигантских по численности и разнообразных по видовому составу, эволюционные пути не так уж и однообразны.

Результаты исследований опубликованы на сайте PLoS Biology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Биологи Фрайбургского университета (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) вновь убедились в том, что эволюция происходит очень быстро и прямо сейчас, причём фактор человеческого влияния может быть определяющим.

Географическое разделение, необходимое для видообразования, произошло под влиянием человека, а ограничение потока генов ускорило эволюцию тех различий фенотипа птиц, которые связаны с адаптацией (фото Jakub Stanco/Wikipedia)Новое исследование показало как одна популяция славки-черноголовки (Sylvia atricapilla) менее чем за 30 поколений фактически распалась на две. Размножаются они бок о бок в одних и тех же лесах.

Учёные обнаружили недавно образовавшийся миграционный разрыв между популяциями Sylvia atricapilla, гнездящимися в Центральной Европе. Толчком к изменениям, по-видимому, послужило то, что люди начали подкармливать птиц в зимнее время. Две группы стали придерживаться различных миграционных маршрутов зимовки соответственно у берегов Испании и Англии, где им приходится сталкиваться с различными условиями среды.

Северо-западный маршрут короче, и выбирающие его птицы в основном кормятся продовольствием, которое предоставляет им человек. Как следствие, их крылья с течением времени стали более маневренными, но менее выносливыми для дальних полётов.

Клювы этого типа славок-черноголовок более длинные и узкие, чем у их сородичей, которым приходится в зиму питаться крупными плодами типа маслин. Кстати, ранее подобное стремительное изменение своего организма продемонстрировали вьюрки.

Не известно, как будет дальше развиваться эволюционная судьба Sylvia atricapilla. Возможно, что появление двух разных видов птиц, между которыми будет невозможно скрещивание, – лишь вопрос времени.

"Подобные адаптивные процессы могут происходить у любого из более чем 50 видов птиц, которые недавно изменили своё миграционное поведение. Эти данные показывают нам глубину влияния человеческой деятельности на то, как эволюционируют виды, — говорит участник опыта Мартин Шафер. — Мы ответственны за судьбу не только редких и исчезающих животных, но и тех, что окружают нас в повседневности". Статья, суммирующая результаты исследования, опубликована в Current Biology.

Источник: MEMBRANA

Австралийские ящерицы — желтобрюхие трёхпалые сцинки (Saiphos equalis) — прямо у нас на глазах совершают эволюционный переход от кладки яиц к живорождению. О деталях рассказывает группа биологов из университетов Восточного Теннеси (ETSU) и Сиднея (University of Sydney).

Использованием обоих способов появления потомства на свет ныне могут похвастать ещё два вида ящериц. И по аналогичному принципу (с удержанием яйца внутри) работает живорождение у некоторых рыб и рептилий. Однако американские и австралийские учёные задались вопросом – что именно делает возможным столь долгое созревание яйца в теле будущей мамы сцинка? (фото Rune Midtgaard) В случае живорождения тонкая оболочка находящегося в матке яйца (не препятствующая дыханию и обмену веществ) постепенно исчезает, так что к моменту своей "готовности" ящерка рождается лишь укрытой тонкой плёнкой.

Ключ ко всему — способ питания развивающегося плода. У млекопитающих тут всё устроено надёжно — есть пуповина, снабжающая плод питательными веществами и кислородом и удаляющая отходы. В случае с яйцами эмбрион получает питание от желтка, но при этом важный элемент, кальций, — от оболочки.

Биологам известно, что за долгое время эволюции рептилий сто их линий совершили переход от кладки яиц к живорождению. Сейчас 20% змей и ящериц используют последнюю тактику воспроизводства. Увы, сам процесс перехода – хотя и долгий, но очень редкий – трудно застать. Тем ценнее пример Saiphos equalis (на этом и предыдущем снимке как раз эти ящерки), которые именно такой "переворот" и совершают (фото Rune Midtgaard) Анализ сцинков показал — их матки выделяют кальций, компенсируя его нехватку в истончающейся оболочке яйца. Этот процесс биологи назвали ранним предвестником эволюционного проявления плаценты (у сцинков, в принципе, образуется некое подобие такого органа), отмечая, что переход между двумя видами рождения, вероятно, куда более лёгкий и плавный, нежели считалось ранее.

Статья об открытии вышла в Journal of Morphology. (Читайте также о примере превращения хищника в травоядное). 

Источник: MEMBRANA

Эволюция происходит на всех уровнях жизни, и белковые молекулы эволюционируют точно так же, как птицы и звери. Но если к эволюции животных мы уже более или менее привыкли, то в случае эволюции макромолекул многое остаётся загадкой: в какую сторону развиваются, например, те же белки, как быстро они это делают и т. д.

Формы пространственной конформации белков; разным цветом показаны стандартные элементы структуры, которые входят в конструкцию более высокого порядка. (Рисунок Cedric Debes / Heidelberg Institute for Theoretical Studies.)Учёным из Института теоретических исследований в Гейдельберге (Германия) удалось определить важное направление молекулярно-белковой эволюции, хотя, возможно, оно и не единственное. В статье, опубликованной в веб-журнале PLoS Computational Biology, сообщается, что эволюция белков шла по пути ускорения фолдинга, то бишь сворачивания белковой молекулы, приобретения ею функциональной пространственной конформации.

Авторы работы проанализировали данные о 92 тысячах белков. Сравнение, разумеется, проводилось с помощью компьютерных методов, при этом особое внимание обращалось на возраст пептидных структур. Был разработан специальный алгоритм, который позволял сравнивать их между собой во временнóм масштабе, с учётом времени возникновения. Так, можно было определить, в каком организме появился белок и когда именно. Одновременно исследователи моделировали фолдинг белков. Процесс фолдинга, при котором белок принимает уникальную пространственную структуру, у разных молекул занимает от наносекунд до минут.

При этом оценивалось сворачивание в двух точках молекулы — точнее, степень их сближения при сворачивании. Это отнимало гораздо меньше времени, чем воссоздание фолдинга всей молекулы, и позволяло оценить именно скорость процесса. Собственно говоря, исследователи сравнивали даже не столько сами белковые молекулы, сколько способы сворачивания: белки могут иметь разную пространственную форму, но идут к ней они сходным способом, и этот способ может быть как быстрым, так и не очень.

В итоге учёные пришли к выводу, что белки, от архейных до тех, что можно найти в многоклеточных организмах, с течением времени сворачивались всё быстрее. И одним из факторов такого ускорения оказалось, по-видимому, укорочение полипептидной цепи. То есть древнейшие белки были более громоздкими и использовали более долгие схемы сворачивания.

Авторы полагают, что на заре жизни это было вполне оправданным: белкам приходилось перестраховываться, чтобы случайно не свернуться неправильно. Потом, с развитием клеточной жизни, белковые молекулы оказались в более комфортных условиях, которые позволяли свернуться быстро и точно. Не следует забывать и о дополнительных клеточных механизмах, которые помогают правильному белковому фолдингу и исправят в случае чего ошибочную конформацию (как это делают шапероны). По мнению учёных, разные формы молекул как раз и произошли из-за того, что белки постоянно искали способ быстрого сворачивания.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Палеонтологи из США изучили останки вымершего пресмыкающегося Uatchitodon и реконструировали ход эволюции системы впрыскивания яда у змей.

Зубы двух видов Uatchitodon. Чёрной стрелкой обозначен канал для доставки яда, а белой — пульповая полость. (Иллюстрация из журнала Naturwissenschaften.) Современные рептилии могут убивать добычу с помощью специализированных ядопроводящих зубов, которые действуют подобно шприцу. Поскольку зубы с полыми внутренними каналами встречаются даже у древнейших известных змей эпохи миоцена, проследить эволюцию этой системы доставки яда не удавалось.

Наиболее вероятным сценарием считалось развитие каналов из бороздок на поверхности зубов, которые можно наблюдать, к примеру, у ящериц Heloderma suspectum. В пользу этой теории свидетельствовала установленная биологами схема развития клыков змеи, постепенно меняющих форму и совершающих переход от открытой канавки к защищённому каналу.

Эволюционную основу процесса, по утверждению авторов, можно изучать на примере пресмыкающихся верхнего триаса Uatchitodon, которые известны только по сохранившимся зубам. Рассмотрев образцы из Виргинии, Северной Каролины и Аризоны, палеонтологи заключили, что в последних двух штатах были найдены останки нового вида древних рептилий, названного Uatchitodon schneideri. У особей «виргинского» вида, Uatchitodon kroehleri, на зубах сохранялись канавки различной длины и глубины, тогда как у более поздних Uatchitodon schneideri бороздки закрывались, а на поверхности оставался только едва заметный «шов».

Коллеги учёных согласны с тем, что такой механизм появления ядопроводящих зубов выглядит разумно и мог приносить животным пользу даже на начальных стадиях эволюции. Впрочем, герпетолог Вольфганг Вюстер (Wolfgang Wüster) из Университета Бангора (Ирландия) советует дождаться обнаружения челюстей двух видов Uatchitodon, которые должны заметно отличаться друг от друга, если Uatchitodon schneideri действительно научились впрыскивать яд. «Шприц без поршня бесполезен, так что мне бы очень хотелось посмотреть на челюсти», — говорит г-н Вюстер.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Naturwissenschaften.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Примерно 542 млн лет назад в геологической летописи появляется огромное количество животных с панцирем и скелетом. Они настолько разнообразны, что в специализированной литературе даже возникло такое понятие, как кембрийский взрыв.

Панцирь меллопегмы — моллюска, жившего в раннем кембрии (здесь и ниже фото авторов работы) Американские геологи предложили новый взгляд на временную шкалу этого феномена.

Ещё Чарльз Дарвин в книге «О происхождении видов» выражал обеспокоенность тем, что столь внезапное возникновение новых форм жизни не согласовывается с его теорией эволюции, и предполагал, что данные геологической летописи просто неполны. «Новая попытка датировки и установления взаимосвязей между отложениями устраняет проблему короткого взрыва, — говорит соавтор исследования Сюзанна Портер из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — Появление самых ранних животных с формирующимся скелетом оказывается растянутым более чем на 20 млн лет».

Один из защитных шипов загадочного животного из семейства Chancelloriidae. Тоже ранний кембрий «Считалось, что кембрийская диверсификация животного мира началась со взрывной фазы в начале томмотского яруса, который находится на 17 млн лет выше основы кембрия, — поясняет ведущий автор исследования Адам Малуф из Принстонского университета. — Для проверки этой идеи мы сопоставили самые ранние кембрийские данные о разнообразии изотопов углерода в Сибири, Монголии и Китае с данными пяти радиометрических эпох Марокко, перемежаемых пластами вулканического пепла». Этот временной интервал охватывает 542–520 млн лет назад.

Такой подход позволяет обойти порочный круг, связанный с использованием окаменелостей для корреляции пород и последующим применением полученной корреляции для выводов о биологической истории. 

По словам г-жи Портер, учёным удалось не только уточнить временную шкалу ранней стадии эволюции животного мира, но и получить заслуживающие большего доверия данные об уровне моря, углеродном цикле и химии окислительно-восстановительной реакции Мирового океана — всё это благодаря тем же отложениям, содержащим ранние животные окаменелости. Результаты свидетельствуют о том, что ранние скелетные животные возникли в течение продолжавшегося 20 млн лет периода повышения уровня моря и более активного процесса окисления на стыке воды и отложений на мелководье.

Результаты исследования опубликованы в журнале Geological Society of America Bulletin. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Группа ученых под руководством профессора СПбГУ Андрея Козлова и руководителя лаборатории онкоэкологии НИИ онкологии имени Н.Н. Петрова Марка Забежинского больше года наблюдала за золотыми рыбками. В итоге исследователи пришли к выводам, которые могут сыграть существенную роль в борьбе с раком. Оказывается, любая опухоль появляется неслучайно.

Золотая рыбка фото википедияРечь идет о некоторых видах золотых рыбок (декоративная форма серебряного карася Carassius auratis), голова которых украшена наростом-"шапочкой". Их вывели полторы тысячи лет назад в Китае, и разновидности с "шапочками" особенно высоко ценятся аквариумистами. Раньше предполагалось, что "шапочка" — жировое образование, однако всерьез эти наросты никто не изучал.

Группа ученых под руководством Андрея Козлова и Марка Забежинского закупила 100 мальков, за ростом которых и развитием у них "шапочек" наблюдали в течение 14 месяцев. В ходе слежения периодически отбирали особей для гистологического исследования кожи головы.

Разрастания кожи головы у рыбок фиксировались с двухмесячного возраста. В возрасте 6 месяцев "шапочки" были выявлены у 39,5 процентов рыбок, а в возрасте 14 месяцев — у 60,7 процентов рыбок. При гистологическом исследовании "шапочек" на разных фазах их развития отмечено избыточное разрастание элементов (гиперплазия) эпителия с увеличением числа светлых клеток, что продуцируют слизь. Также наблюдалось утолщение и отек дермы (соединительнотканного слоя кожи, расположенного под верхними слоями) с дальнейшим возникновением папилломатозных разрастаний и эпителиальных погружных выростов.

Дальнейшая задача ученых — выяснить, в чем биологическая сущность этих разрастаний. Возможны четыре варианта: "шапочки" могли бы являться пороком развития, реактивным пролифератом, доброкачественной опухолью или злокачественным новообразованием. Исследователи пришли к выводу, что природа изменений — опухолевая (в пользу этого предположения говорит прогрессирующий характер изменений на макро- и микроскопическом уровнях). Явных признаков злокачественности ученые не обнаружили.

"Таким образом, наиболее вероятным следует считать предположение, что "шапочки" у золотых рыбок являются генетически детерминированной доброкачественной опухолью кожи. Если это предположение верно, то такие "шапочки" можно считать первым описанным в литературе примером искусственного отбора на доброкачественную опухоль, что подтверждает наше предположение о возможной эволюционной роли данных образований. Это принципиальный научный результат, полученный впервые в мире в России", — говорит профессор СПбГУ, директор Санкт-Петербургского Биомедицинского центра Андрей Козлов.

Косвенное подтверждение гипотезы о возможной эволюционной роли опухолей Андрей Козлов видит в том, что, как это следует из последних научных работ в данной области, большая часть опухолей, которые возникают в организмах животных (в том числе человека) остаются доброкачественными, никогда не переходя в раковые. По мнению ученого, опухоли появляются не просто так: именно они оказываются в организме поставщиком избыточного клеточного материала, и, следовательно, являются "лабораторией" эволюции.

Хорошо иллюстрируют идею бобовые растения. Опухоли (клубеньки) на их корнях, появившиеся миллионы лет назад, оказались впоследствии замечательными "квартирками" нитрифицирующих бактерий, которые способны фиксировать атмосферный азот, ставший для растения дополнительным источником питания и сыгравший важнейшую роль в их освоении суши. Вот так из обычных опухолей возникли в специальные органы растения, без которых оно уже не может обходится.

Научный коллектив под руководством профессора Козлова обнаружил, что в опухолях активируются и работают эволюционно новые гены. Но эта тема заслуживает отдельной публикации. В настоящее время Андрей Козлов пишет книгу, обобщающую его исследования и выводы о роли опухолей в эволюции. Ученый уверен, что его теория предсказывает новые подходы к профилактике, диагностике и лечению опухолей. А пока результаты работы были изложены в статье "Гиперпластические разрастания на коже головы золотых рыбок — сравнительно-онкологические аспекты", что недавно опубликована в авторитетном отечественном научном журнале "Вопросы онкологии".

Источник: pravda.ru

Животным понадобилось каких-то 85 млн лет (мгновение по геологическим меркам) на то, чтобы развиться и обжить бóльшую часть суши и океанов. Хотя ископаемые останки и молекулярная биология могут многое рассказать об этом процессе, наука по сей день не знает, что именно вызвало столь масштабную диверсификацию.

Земля была похожа на космический снежок... (Иллюстрация boogerfingers.) Биохимики Тимоти Лайонс и Ноа Планавский из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) обосновали одну из гипотез.

В 1990-х годах сразу несколько научных групп пришли к выводу о том, что 750–635 млн лет назад практически вся поверхность Земли была покрыта льдом. В дальнейшем удалось показать, что путешественник во времени мог бы проложить лыжню от одного полюса до другого. Увеличиваясь в размерах, ледники соскребали верхний слой камня и почвы, а в ходе последующего отступления сбрасывали накопленные минералы и питательные вещества в океан.

Начало стремительного отступления ледников совпадает с резким всплеском эволюции животных. Г-да Лайонс и Планавский предположили, что если им удастся измерить количество фосфора в океане тех времён, то можно выяснить, есть ли корреляция между двумя этими событиями или же это простое совпадение. Именно фосфор считается главным питательным элементом микроорганизмов и водорослей, находящихся в основе пищевой пирамиды.

Ну а как восстановить историю концентрации фосфатов в океане за последний миллиард лет? Учёные сообразили, что можно использовать богатые железом отложения древних океанов с низким содержанием кислорода, которые накапливали фосфаты предсказуемым и хорошо изученным образом. Как и ожидалось, анализ семи образцов из различных частей мира показал, что концентрация фосфатов достигла своего пика во времена таяния ледников.

Это привело к росту водорослей и других организмов, производящих кислород, что стало залогом эволюционного взрыва.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Современное учение об эволюции представляет собой сложнейший сплав самых разных биологических дисциплин, от старых и уважаемых систематик животных и растений до новейшей молекулярной биологии. Что бы ни появлялось нового в смысле концепций, теорий и методов, эволюционное учение попробует это применить к своему предмету. Предмет же эволюционного учения сложен чрезвычайно, ведь теория эволюции изучает саму жизнь в её самых универсальных проявлениях, в развитии и взаимоотношениях с неживой природой. (Хотя мы допускаем, что с научной точки зрения такое определение предмета теории эволюции будет не вполне строгим.) В этом смысле можно сказать, используя уже весьма подзатёртое сравнение, что теория эволюции — это царица биологии.

Схема молекулы рибозима. С похожих молекул могла начаться жизнь на Земле (рисунок Laguna Design).И, разумеется, не проходит и года, чтобы биологи-эволюционисты не придумали, не подправили, не опровергли какую-нибудь из эволюционно-экологических закономерностей. Уходящий год не стал исключением, и тут, пожалуй, следует начать с концепций и гипотез, касающихся происхождения жизни — вечной темы, что волнует умы не только учёных мужей, но и весьма далёких от науки представителей рода человеческого. (Опять-таки в скобках заметим, что вопросы происхождения жизни, возможно, в теорию эволюции не входят, но мы их сюда на свой страх и риск включили, исходя из, может быть, весьма наивного соображения: ведь должна же эволюция жизни с чего-то начинаться!) Любая гипотеза о происхождении жизни должна объяснять несколько важных моментов: во-первых, живой организм должен копировать и передавать наследственную информацию; во-вторых, он должен быть отделён от окружающей среды мембраной или чем-то подобным; в-третьих, у него должен быть какой-никакой метаболизм, чтобы строить биомолекулы и самого себя из этих биомолекул.

Как известно, одной из самых популярных гипотез, объясняющих появление механизма сохранения и передачи информации в живых системах, стала гипотеза мира РНК. Наследственной информацией у нас заправляют нуклеиновые кислоты, но — только с помощью белков. Однако после открытия рибозимов стало понятно, что иногда нуклеиновые кислоты могут обходиться и без помощи белков. Это и подтолкнуло создание гипотезы мира РНК. Согласно ей, первыми молекулами на Земле были РНК, которые сами себя копировали, а уже потом к ним присоединились ДНК и белки, информация о которых уже могла записываться на нуклеиновых носителях. И в этом году группе исследователей из нескольких научных центров в США удалось поставить любопытный эксперимент, который показал, как в таком РНК-супе могла начаться эволюция. Оказалось, что в смеси рибозимов преимущество получают те молекулы, которые копируют других, а не себя. То есть запуск эволюции, процесс передачи информации вовсе не обязательно должен начинаться с самокопирования (этого, кстати, с рибозимами никому не удавалось достичь). Важно, чтобы молекулы-прародители могли работать не только со своей последовательностью, но и с чужой. Здесь, конечно, можно сказать о молекулярной взаимопомощи, но это уже будет чистой воды антропоморфизм.

Хорошо, пусть у нас существуют молекулы РНК, которые могут хранить и копировать информацию. Вопрос: как они встречаются в бескрайнем первичном океане? Если предположить, что они плавали в мембранных пузырьках, то получается, что, кроме одних сложных биомолекул, РНК, на заре жизни существовали и другие, которые организовывали мембраны, например, те же липиды. Однако, как показали эксперименты учёных из Пенсильванского университета (США), молекулы РНК могли группироваться и без участия сложносочинённых мембран. Оказалось, РНК любят концентрироваться в смеси довольно простых веществ, декстрана и полиэтиленгликоля, — их появление в видном растворе собирает РНК в ограниченной зоне. Существование на заре времён таких простых веществ, как декстран и полиэтиленгликоль, вполне вероятно. И с их помощью мир РНК мог обходиться без мембран.

Молекулярная модель большой частицы рибосомы дрожжей; разными цветами выделены разные белки. (Рисунок Laguna Design.)Однако далеко не все согласны отдавать лавры основателей жизни одним лишь РНК. Учёные из Университета Иллинойса (США) полагают, что белки и РНК возникли и какое-то время существовали бок о бок, и лишь спустя какое-то время РНК позвали полипептидные цепи на помощь. Исследователи попробовали восстановить генеалогию и возраст разных фрагментов рибосомы, сложной нуклеопротеидной машины, которая и переводит язык нуклеиновых оснований в аминокислотную последовательность. Оказалось, что белки, образующие рибосому, ничуть не моложе соответствующих фрагментов РНК. Более того, важнейший реакционный центр рибосомы оказался моложе других её частей. Но даже если белки существовали до того, как объединились с РНК, остаётся вопрос, как они поддерживали свою структуру? Как они хранили информацию о самих себе?

Что же до происхождения метаболизма, то специалистам из Института Санта-Фе (США) удалось вроде бы вполне убедительно показать, что химические реакции, с помощью которых живые организмы манипулируют углеродом, существовали в древнейшей геохимии, хотя и были довольно неэффективными. То есть живые организмы подобрали из неживой природы что-то неочевидное и плохо работающее и с помощью миллионов лет эволюции сделали из этого вполне действенный метаболический аппарат. Другой вопрос, где живые организмы этим занимались. Общепризнанному мнению о том, что «жизнь возникла в океане», в уходящем году предъявили контраргументы. Группа исследователей, среди которых есть и наши соотечественники из МГУ, весьма небезосновательно предположила, что первые организмы не смогли бы выжить в тех солевых пропорциях, которые существовали в доисторическом океане. А потому первые эволюционные шаги жизнь должна была делать не в океанских глубинах и просторах, а на суше, в грязевых лужах, чей состав был более щадящ к первым живым существам.

Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа). (Фото Rosanna A. Alegado / University of California, Berkeley.)Следующее эволюционное событие, которое в уходящем году пользовалось особым вниманием исследователей, это появление многоклеточных организмов. Эпизод этот относится, если можно так сказать, к проблемам повышенной фундаментальности, а чем фундаментальнее проблема, тем труднее найти для неё непротиворечивую теорию. Многоклеточность имеет очевидные плюсы, но что заставило древних одноклеточных перейти к такому состоянию? Тем более что в современном мире одноклеточные не такая уж забитая и угасающая группа, достаточно вспомнить бактерии и океанический одноклеточный планктон. Остроумное объяснение предложили исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США), работавшие с хоанофлагеллятами, которые, как считается, стоят на грани между одно- и многоклеточностью. По мнению учёных, предки многоклеточных объединились благодаря бактериям, точнее, благодаря некоторым веществам, которые содержат бактерии. Одноклеточные питались бактериями, а то вещество, которое в бактериях содержалось, склеивало многоклеточных вместе, в колонию. Не слишком аппетитная гипотеза, если вдуматься.

Ещё один удивительный результат получили учёные из Университета Миннесоты (США), у которых дрожжи превратились из одноклеточных в многоклеточные образования всего за… 60 дней. Движущей силой тут стала гравитация: чтобы быстрее осесть на дно, клетки дрожжей объединялись со своими родственниками, причём в получившихся кластерах разные клетки вели себя по-разному, то есть демонстрировали основные признаки зарождающегося многоклеточного «самосознания». Но самое удивительное тут, конечно же, сверхсжатые сроки, за которые это произошло. Ну и самая, пожалуй, удивительная гипотеза о происхождении многоклеточности вышла из-под пера Стюарта Ньюмана из Медицинского колледжа Нью-Йорка (США). Уважаемый профессор сравнил базовые структурные блоки, которые есть у самых разных животных, с вязкоупругими химическими субстанциями и пришёл к выводу, что первые многоклеточные сформировались под действием физико-химических сил, которые не влияют на одиночные клетки, но неизбежно вступают в свои права, если клеткам вздумается объединиться.

Вообще, эволюционное учение в последнее время стало необычайно широко пользоваться экспериментальными методами, хотя, казалось бы, с эволюцией ассоциируются миллионы и миллионы лет, о каких экспериментах тут может идти речь? Тем не менее исследователи вдруг поняли, кто им поможет поверить экспериментом тайны эволюции. Помощниками оказались бактерии и дрожжи: благодаря высочайшей скорости размножения они могут проявить эволюционные закономерности за вполне разумное время, нужно лишь правильно спланировать эксперимент. И с помощью этих микроскопических помощников в прошлом году удалось проверить ряд важнейших эволюционных концепций, которые до сих пор существовали только в виде умозрительных рассуждений. Так, исследователи из Мичиганского университета (США) сумели сопоставить генетическое понятие мутации и фенотипическое понятие признака. У вируса новый признак формировался за четыре мутации, бактериям для этого требовалось больше полусотни. В данном случае важна не столько абсолютная цифра (понятно, что для разных организмов и для разных признаков она будет разной), сколько сам способ, позволяющий оценить взаимодействие генов при формировании признака и число мутаций, которые должны в них попасть. И опять же с помощью бактерий удалось наблюдать увидеть целый эволюционный цикл: 56 тысяч поколений бактерий и 20 лет эксперимента позволили учёным увидеть три стадии формирования признака и сопоставить их с фенотипическими изменениями.

Пекарские дрожжи — одни из главных «рабочих лошадок» современной биологии (Dennis Kunkel Microscopy.)В свою очередь, дрожжи помогли исследователям из Университета Окленда (Новая Зеландия) подтвердить экспериментально одну из главных концепций в биологии: половое размножение с эволюционной точки зрения лучше, чем бесполое. Однако можно возразить, что все эти эксперименты ставятся на довольно специфических объектах, бактериях и одноклеточных грибах, а у них эволюция может идти иными путями. Но, как оказалось, по крайней мере у бактерий новые виды образуются так же, как у животных: за счёт генетического разнообразия внутри популяции, которое проявляется при смене экологических условий. То есть нет необходимости придумывать для бактерий какую-то свою, отдельную эволюцию.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.) Безусловно, нельзя не упомянуть эксперимент исследователей из Университета Род-Айленда (США), которые сумели увидеть эволюцию не в пробирке, не среди бактерий, а среди ящериц. Учёные задумали проверить, существует ли на самом деле эволюционно-генетический эффект, называемый эффектом основателя, когда расселяющиеся маленькие популяции оказываются между молотом и наковальней — между естественным отбором и собственным небогатым (из-за расселения) генофондом. Так вот, в течение нескольких лет учёные воочию наблюдали борьбу между двумя эволюционным факторами, которые раньше существовали только в теории. Правда, нельзя не признать, что с условиями эксперимента зоологам повезло: в их распоряжении оказались острова, очищенные от большей части фауны сильнейшим ураганом.

Из других новостей на тему общеэволюционных законов следует отметить два сообщения о молекулярных механизмах эволюции. В Стэнфорде (США) на примере колюшки была подтверждена известная гипотезу о том, что большая часть эволюционных изменений заключается в перетасовке уже имеющихся генов, нежели в создании новых. То есть у вида создаётся несколько генетических сценариев для жизни, из которых один работает, а другие спят. Если же возникает надобность, происходит переключение между этими генетическими наборами, благодаря мутациям в нескольких управляющих последовательностях ДНК. Именно так, по словам учёных, колюшкам удалось быстро перейти из морей в солёные водоёмы. И именно так, кстати говоря, мог возникнуть человек: по мнению некоторых исследователей, мы отличаемся от обезьян в первую очередь способом управления генами.

В другой работе, опубликованной учёными из Массачусетского технологического института (США), говорится о том, что главным молекулярным инструментом эволюции, главным молекулярным механизмом, обеспечивающим приспособление вида к среде, может быть альтернативный сплайсинг РНК. Во всяком случае, согласно результатам этой научной группы, разные виды отличаются друг от друга не столько активностью генов, сколько способами альтернативного сплайсинга.

Из более частных эволюционных исследований, которые касаются развития отдельных групп животных, можно напомнить о работе исследователей из Смитсоновского института изучения тропиков (США) и Университета Вагенингена (Нидерланды), которые пришли к выводу, что мелкие грызуны благодаря своим воровским повадкам спасли доисторические леса от вымирания. А исследователи из Университета Монаша в Австралии попробовали посчитать, сколько времени требуется эволюции, чтобы превратить мышь в слона и обратно — и тут эволюция поразила своей медлительностью. И, конечно, отдельная тема — это происхождение человека и эволюция самого человека. Про переход от обезьян к человеку и его эволюционно-генетические причины можно узнать в соседнем материале. Здесь же стоит упомянуть об экспериментах исследователей из Тринити-Колледжа (Ирландия), которые с помощью симулятора эволюции показали, что сложная общественная жизнь идёт рука об руку с развитием больших нейронных систем. То есть, грубо говоря, развитие мозга лучше происходит в обществе.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.)Однако, отделившись от обезьян и сформировав первые цивилизации, человек отнюдь не вышел из-под власти эволюции и естественного отбора. Так, учёные из Университета Шеффилда (Великобритания) показали влияние естественного отбора на человека на примере популяционной динамики в нескольких финских деревнях. Оказалось, что даже в моногамном обществе есть эволюционные изменения признаков, которые можно наблюдать на протяжении нескольких сотен лет. Можно предположить, что в современном мире, с развитием медицины, средств контрацепции, и т. д. и т. п. не найдётся места не только для старых традиционных сообществ, но и для эволюции. Однако исследователи из Университета Гронингена (Нидерланды) утверждают, что естественный отбор по сей день действует даже на такой важный с точки зрения эстетики и моды параметр, как рост: хотя современные мужчины и женщины предпочитают высоких партнёров, эволюция благоприятствует высокорослым мужчинам, но низкорослым женщинам.

 Долгое время феномен менопаузы не мог найти объяснения у учёных. Человек — одно из редчайших исключений среди животных, наши особи женского пола с некоего возраста теряют способность давать потомство. Эта странная и эволюционно нерациональная стратегия, кажется, нашла своё объяснение в теории: менопауза нужна, чтобы бабушки смогли заботиться о потомстве своих детей, тем самым повышая его выживаемость. Именно благодаря менопаузе, по мнению исследователей из Университета Турку (Финляндия), пожилая женщина может отдать своё время и силы ребёнку своей дочери или невестки, не отвлекаясь на собственных малышей. Эта гипотеза и раньше существовала, но на этот раз её проверили на человеческой популяции. Забота бабушек принесла свои плоды — антропологи из Университета Юты и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (оба — США) подтвердили, что благодаря бабушкам человек стал жить дольше.

Можно ли вылечить рак с помощью теории Дарвина? (Фото Moredun Animal Health.)Выше мы назвали эволюционное учение царицей биологии. Злые языки могли бы сказать, что это в полном смысле царица: пользуясь результатами и методами других областей, она ничего не даёт взамен в смысле практической пользы, что пользы от неё как от козла молока (эволюционно совершенно непредставимая вещь, хотя и возможная с точки зрения генной инженерии). Это не совсем так — выводы, сделанные в рамках эволюционного учения, могут пригодиться другим, более практическим областям. Вот примечательный пример: учёные из Онкоцентра имени Х. Ли Моффита (США) опубликовали работу, в которой именно с помощью эволюционной теории объясняют удивительную способность раковых клеток противостоять химиотерапии. Собственно, исследователи рассматривают опухоль как популяцию, которая подчиняется соответствующим эволюционно-экологическим законам. Если гипотеза верна, то онкологам, чтобы справиться с раком, нужно в корне пересмотреть подходы к лечению. И, возможно, что именно благодаря эволюционной теории мы когда-нибудь победим рак. (Заметим, что уподобление рака популяции ещё не столь радикальный шаг — по сравнению с прошлогодней работой, в которой рак уподоблялся единому организму и предлагался едва ли не на роль нашего предка.)

Из иных результатов эволюционных изысканий, которые могут пригодиться с практической точки зрения, можно упомянуть о том, как климатические изменения играют на руку паразитам, а также о генеалогии зловещих лихорадок Эбола и Ласса, которые оказались гораздо старше, чем о них думали. И то, и другое пригодилось бы для эпидемиологов и вообще врачей, которые много бы дали за то, чтобы знать, чего можно ждать от инфекции в будущем.

Златокрот (фото Inspector Lewis)В действительности, как легко заметить, современная теория эволюции больше всего напоминает некий призрак, неуловимую сущность, которая возникает на стыке самых разных дисциплин, от психологии до иммунологии. Так что имеет смысл говорить не столько об отдельной дисциплине, сколько об эволюционном подходе, который может стать мощным оружием в познании живого мира — всё равно, идёт ли речь об отвлечённо-высокой загадке происхождения жизни или о «низменных», повседневно-медицинских иммунологических вопросах. 

Однако, несмотря на всё величие и мощь эволюционного подхода, срабатывает он не всегда. И уходящий год дал нам два любопытных примера, когда биологам-эволюционистам оставалось только развести руками. Первый пример — это бактерии из пещеры Лечугия, что в американском штате Нью-Мексико. Местные микробы сумели приобрести устойчивость к большинству современных антибиотиков, хотя были изолированы от окружающей среды в течение последних тысячелетий, — феномен, который нельзя объяснить с эволюционно-генетической точки зрения. Вторым номером идёт златокрот: появление у этого удивительного животного переливающегося золотистого меха невозможно объяснить никакой эволюционной потребностью, и учёным приходится говорить, что в данном случае мы имеем дело с «побочным и бесполезным продуктом каких-то других эволюционных превращений».

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

При моделировании эволюции двух штаммов кишечной палочки тот, что был на грани вымирания, в конечном счёте опередил «лидера». Как оказалось, изначально плохая мутация у «лузера» при взаимодействии с другой мутацией оказалась эволюционно выгодной.

Кишечная палочка и её ДНК (фото Dr. Gopal Murti) Эволюция — дама капризная и непредсказуемая. Не успеешь оглянуться, как её вчерашние фавориты уже на грани вымирания. И наоборот: те, что раньше плелись в хвосте эволюционного процесса и не блистали численностью, через какое-то время вырываются вперёд. Одна и та же мутация может служить как на благо вида, так и во вред.

Группа американских микробиологов из Университета штата Мичиган попробовала экспериментально показать, как изменения в ДНК обуславливают разный эволюционный потенциал у разных организмов. Учёные выращивали два штамма кишечной палочки Escherichia coli, у каждого из которых было по мутации в одном и том же белке topA — топоизомеразе, который необходим для расплетания молекулы ДНК при её копировании или синтезе матричной РНК.

Эти две мутации по-разному влияли на белок. Бактерии одного штамма размножались гораздо медленнее, зато второй в результате мутации получил «усовершенствованный» белок, который через 500 поколений обеспечил полное доминирование этого штамма бактерии. Первый же, «неудачник», оказался к тому моменту на грани вымирания.

Однако к поколению номер 883 наметился перелом. Первоначальные «лузеры» стали размножаться чуть быстрее «чемпионов» — на какие-то 2,1%. И уже к полуторатысячному поколению роли поменялись — «чемпионы» вымерли, «лузеры» пили шампанское. И такой исход «эволюции в бутылке» воспроизводился в большинстве случаев, хотя и не всегда.

Исследователи более подробно проанализировали геном обоих штаммов и выяснили, что у конечных победителей мутация topA комбинируется с мутацией в гене spoT. Несмотря на то что у тех, кто сначала шёл впереди, мутация в topA давала преимущество, она не сотрудничала со второй мутацией, что в итоге приводило этот штамм в эволюционный тупик.

Статья с результатами работы опубликована в журнале Science.

Коллеги авторов подчёркивают, что гипотеза о взаимовлиянии разных мутаций, разных участков ДНК и пр. в процессе эволюции широко обсуждается, но проверить её на практике было довольно трудно. Эта работа стала первым экспериментальным доказательством на молекулярном уровне эволюционного «сотрудничества» разных мутаций в ДНК. И, конечно, относительности «добра» и «зла» в эволюционном процессе. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Американские биологи подвергли сомнению теорию о том, что «эволюция потакает посредственностям».

Два разных вида черепах — последствия разделяющего отбора: у общего предка большие и маленькие особи разошлись и основали по собственному виду. (Фото Tea Lover For Ever.) Считается, что эволюция усредняет: самые успешные с точки зрения естественного отбора особи имеют среднюю величину тела и умеренную скорость развития. Наиболее распространённый пример — новорождённые с завышенным или заниженным весом имеют меньше шансов выжить, чем нормальные («усреднённые») малыши.

Именно таким отбором движется эволюция; случаи выигрыша эволюционной гонки особями, существенно отклонившимися от нормы, редки. На долю разделяющего отбора, когда в выигрыше оказываются «отклонения от нормы», приходятся редкие случаи видообразования: большие и малые особи расходятся и основывают по собственному виду.

В работе биологов-эволюционистов из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле доказывается обратное: больше — значит, лучше. Джоэл Кингсолвер, один из соавторов исследования, говорит, что стабилизирующий отбор, потакающий «посредственностям», не такое уж распространённое явление в эволюции, как принято считать. Учёные проанализировали более сотни видов птиц, ящериц, змей, насекомых и растений; для каждого вида было известно, как менялся внешний облик и поведение в нескольких поколениях, иначе говоря, в каком направлении действовал естественный отбор. Оказалось, что крупные и быстро вырастающие и созревающие акселераты — те, что раньше начинают спариваться, цвести и плодоносить, — имеют бόльшие шансы выжить и оставить потомство.

Правда, тут же перед нами встаёт другой вопрос: если больше означает лучше, то почему мы не живём в мире гигантов? Объяснения этому могут быть следующие: во-первых, не всё то, что хорошо для размножения, хорошо для выживания, и обратно. Например, у рыб ярко окрашенный крупный самец с бóльшим успехом может привлечь как самок, так и хищников. Во-вторых, не всё, что хорошо сегодня, будет столь же благоприятным завтра. Авторы поясняют это на примере вьюрков: птицы с крупным клювом могут есть крупные семена, но если на следующий год уродятся растения с мелкими семенами, большим вьюркам придётся туго: их клюв не в состоянии работать с мелкой пищей. И в-третьих: укрупнение тела не может выходить за рамки разумных пропорций и подчинено «инженерным» соображениям. Например, у летающих насекомых наибольшая эффективность полёта достигается при больших крыльях и маленьком теле.

Впрочем, исследователи признают, что не могут найти препятствий для временной акселерации. Понятно, что именно действует против всеобщего отбора в пользу крупных форм. Но нет ясности с тем, почему мир всё ещё не захвачен быстрорастущими и скороспелыми особями.

Рассмотренная работа опубликована в мартовском номере журнала American Naturalist. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА