Генетики из России и США расшифровали ДНК якутов и нганасанов и открыли необычные версии генов, позволяющих этим народам Севера выживать в условиях постоянного холода, полярной ночи и диеты, состоящей почти полностью из жиров. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Molecular Biology and Evolution.

"Анализ наших данных помог нам выделить семь генов, связанных с жизнью на севере Сибири. Три из них связаны с диетой, в особенности с метаболизмом жиров, что говорит о том, что якуты, нганасаны и другие народы Севера адаптировались к диете, богатой животными жирами. Вдобавок все они играют важную роль в производстве энергии, в метаболизме белков и работе клеточных мембран", — рассказывает Райан Гутенкунст (Ryan Gutenkunst) из Университета Аризоны (США).

Эскимосы, чукчи и многие другие северные народности, а также жители Тибета представляют огромный интерес для генетиков, так как они приспособились к жизни в экстремальных условиях, где люди из более южных стран обычно не выживают. К примеру, генетические исследования тибетцев помогли ученым выделить гены, которые жители этого нагорья унаследовали от древних людей-денисовцев и которые помогли им приспособиться к недостатку кислорода в горах.

Проблема, как рассказывает Гутенкунст, заключается в том, что "чистые" популяции представителей этих северных и горных народов сегодня почти полностью исчезли, что мешает поиску подобных участков ДНК и изучению того, как они могли помогать их предкам выживать в суровых условиях. К примеру, на текущий момент в России проживает меньше тысячи нганасан и около 480 тысяч якутов.

Для решения этой проблемы Гутенкунст и его коллеги объединили свои усилия с российским Институтом цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске, чьи специалисты помогли американским генетикам получить пробы ДНК якутов и нгасан, расшифровать и проанализировать их. В общей сложности ученые проанализировали свыше 500 тысяч "точечных" мутаций в их ДНК в попытке найти "сибирские" гены.

Этот анализ, по словам ученых, указал на то, что якуты и нганасаны, несмотря на кардинальные различия в образе жизни — первые являются кочевниками-скотоводами, вторые — охотниками-собирателями, — являются близкими родственниками. Их предки разделились примерно 13 тысяч лет назад, и впоследствии они почти не поддерживали контакты друг с другом.

Эта дата, как считают ученые, не была случайной — в то время ледники начали отступать в последний раз, что позволило народам Крайнего Севера расширить ареалы и начать жить на территориях, освобожденных ото льда. И якуты, и нганасаны впоследствии пережили резкие сокращения  численности, что указывает на крайне суровые условия в Сибири того времени и непростую историю приспособления к ним.

Эта "борьба с природой", как отмечают ученые, привела к появлению целого набора генов, позволяющих якутам и нганасанам питаться почти исключительно мясной и жирной пищей и не испытывать серьезных проблем со здоровьем. Наличие этих мутаций в их ДНК, как считают исследователи, говорит о том, что оба народа были изначально охотниками-собирателями, и только потом якуты смогли приручить оленей, вывести северные породы коров и стать кочевыми скотоводами.

Данные мутации, помогающие якутам и нганасанам поддерживать низкий уровень холестерина и жиров в их крови и не погибать от переохлаждения, могут помочь ученым раскрыть корни болезней, связанных с нарушением работы этих генов, и создать новые способы защиты организма от подобных проблем.

Источник: РИА Новости

Ученые впервые смогли «засечь» эволюционные изменения, протекающие параллельно в разных популяциях организмов. Буквально на их глазах сверчки онемели, спасаясь от паразитических мух.

СверчокОб этом говорится в статье британских энтомологов из Сент-Эндрюсского университета, опубликованной в журнале Current Biology.

Внимание британцев привлекли сверчки Teleogryllus oceanicus, занесенные не так давно из Австралии на Гавайские острова. Подобно остальным сверчкам, самцы этого вида стрекочут, потирая друг о друга передние крылья. Но в 2003 году ученые впервые заметили на гавайском острове Кауаи сверчков с видоизмененными крыльями, утративших способность к пению.

Дело в том, что на Гавайи не так давно из Северной Америки попала мушка-паразит Ormia ochracea. Она находит сверчков по звуку и откладывает им на спину свои яйца. Появляющиеся из них личинки поедают неудачливого певца. Отказ от пения делает самцов менее привлекательными в глазах самок, но зато сохраняет им жизнь.

Спустя примерно 20 поколений уже примерно 90% сверчков на острове Кауаи были немыми. Когда прошло еще два года, энтомологи обнаружили немых сверчков и на другом острове, Оаху, удаленном от Кауаи на 100 километров. Сначала энтомологи предположили, что немых насекомых занесли на этот остров суда, однако генетические исследования показали, что это не так.

Исследователи выяснили, что у сверчков с Оаху и Кауаи мутация, отвечающая за немоту, произошла в одном и том же гене в одной и той же хромосоме. Однако все остальные ДНК-маркеры у двух этих популяций различны, поэтому какого-либо обмена генами между ними быть не могло. Следовательно, одна и та же эволюционная адаптация была приобретена сверчками независимо друг от друга.

Сходные изменения, происходящие у близких групп организмов, называются конвергентной эволюцией. Ранее ученым никогда не удавалось наблюдать ее в природе в режиме реального времени.

Источник: infox.ru

Исследователи впервые сравнили геномы сперматозоидов с геномами обычных, соматических клеток.

Специалисты из Стэнфордского университета (США) рассказывают в журнале Cell о том, что увидели, прочитав ДНК человеческого сперматозоида. Но даже далёкий от науки непременно заметит, что геном человека был секвенирован почти 10 лет назад. Чтобы понять, почему геном сперматозоида был удостоен статьи в Cell, вспомним следующее. У человека, как опять же всем хорошо известно, 23 пары хромосом. Но у наших половых клеток все хромосомы без пары, то есть у сперматозоида и яйцеклетки просто по 23 хромосомы.

При созревании половых клеток дочерним клеткам отходят гомологичные хромосомы, то есть хромосомы с одинаковыми генами, но разными аллелями этих генов. К примеру, обе хромосомы несут ген цвета глаз, но на одной из них будет аллель зелёного цвета, а на другой — карего. Однако, чтобы гомологичные хромосомы не оставались неизменными в веках, они претерпевают интенсивную рекомбинацию — обмен участками ДНК. Рекомбинация, расхождение хромосом по сперматозоидам и яйцеклеткам, и потом случайное соединение генетического материала в оплодотворённом яйце обеспечивают огромное разнообразие геномов и тем повышают шансы выживания вида в меняющихся условиях среды.

Из всего этого понятно, что сперматозоид должен весьма отличаться по геному от остальных клеток тела человека, поэтому тут возникает другой вопрос: почему ни у кого до сих пор не доходили руки сравнить их? В эксперименте участвовал 40-летний мужчина, у которого были здоровые дети и здоровые сперматозоиды. Исследователи секвенировали геном 91 сперматозоида и сравнили полученные последовательности с ДНК неполовых клеток подопытного. И обнаружили удивительное разнообразие в геномах сперматозоидов. В среднем, по словам учёных, рекомбинация ДНК для каждого сперматозоида происходила около 23 раз (тут надо учитывать, что места, где участки хромосом рекомбинантно обменивались, для каждой клетки могут быть свои, что они не жёстко прописаны). Но это, как подчёркивают авторы работы, в среднем. У некоторых же сперматозоидов уровень рекомбинации был намного выше.

Так же обстояло дело и с мутациями: например, два сперматозоида при созревании вообще потеряли по хромосоме. В среднем число замен единичных нуклеотидов было от 25 до 36 на клетку. Некоторые из этих мутаций были благоприятны, некоторые — наоборот. Причём настолько наоборот, что, добейся такой сперматозоид удачи с яйцеклеткой, эмбрион просто не выжил бы.

Всё это, заметим, на фоне отсутствия каких-то аномалий у детей и внешне вполне здоровой сперме. То есть уровень изменчивости при производстве половых клеток таков, что даже при идеально здоровой родословной у человека могут появиться дети с генетическими отклонениями. Полученные результаты заставляют по-новому отнестись к проблемам наследственных заболеваний, предрасположенности к раку, бесплодию и т. п.: столь высокий уровень изменчивости половых клеток придаёт этим неприятным вещам ещё больше непредсказуемости.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Инженерам давно известно, что лучше всего собирать систему из модулей. Если один из компонентов перестанет работать, достаточно его заменить, будь то видеокарта компьютера, генератор автомобиля или камера космического телескопа.

Напротив, если проблемы начнутся у монолитного комплекса (экономики, финансовых рынков), их будет очень трудно исправить.

Как ни странно, это правило действует и в природе. Биологические системы, как правило, модульны — в частности те, которые могут рассматриваться как сети: мозг, генетические регуляторные сети, метаболические пути. (Сети являются модульными, если они содержат сильно связанные друг с другом скопления узлов, которые с другими кластерами соединены очень слабо.)

Здесь возникает важный вопрос: каким образом биологические сети приобрели такое свойство? Должно быть какое-то эволюционное давление, но какое?

Тайна усугубляется преимуществами, которые даёт модульность. Это делает системы более способными к развитию в случае изменения окружающих условий. Поскольку мутации влияют обычно на один модуль, они приводят к конкретным небольшим изменениям приспособляемости системы. Эволюция с лёгкостью выбирает между «за» и «против» этих изменений.

Немодульным системам развиваться сложнее, потому что мутации в них обычно влияют на всю систему и далеко не всегда оказываются полезными, о чём свидетельствуют различные эксперименты.

Но модульность, само собой, даёт явное преимущество, когда она уже существует. Это не объясняет, как и почему она развивается.

Недостатка в гипотезах нет. Одна из точек зрения гласит, что модульность возникает в быстро меняющейся среде, в которой существуют общие подзадачи, но различные проблемы первого уровня. Однако реальных доказательств в пользу этого мнения пока не найдено.

По этим причинам появление модульности остаётся одним из наиболее важных открытых вопросов в биологии.

Ход Липсон из Корнеллского университета (США) и его коллеги предлагают ещё одно объяснение. По их словам, недооценивается такой ключевой фактор, как стоимость создания и поддержки сети. «Модульность развивается не потому, что она расширяет возможности эволюции, а в качестве побочного продукта снижения стоимости подключения к сети», — говорят исследователи.

Речь идёт о расходах на изготовление соединений и их содержание, об энергии, необходимой для передачи информации по ним и для сдерживания сигналов. Стоимость растёт с увеличением числа соединений и их длины.

«Действительно, многочисленные исследования сосудистой и нервной систем (в том числе головного мозга) показали, что суммарная длина схемы сведена к минимуму», — подчёркивают авторы гипотезы.

Очевидно, что у таких сетей есть важные преимущества.

Для проверки идеи г-н Липсон и коллеги разработали компьютерную среду для измерения способности различных сетей приспосабливаться к тем или иным обстоятельствам. Поначалу сети были случайными, и ни одна из них не показала хороших результатов. Но некоторые были чуть лучше других, и именно они чаще давали «потомство». Следующее поколение не являлось точной копией предыдущего, ибо содержало случайные изменения. Таким образом и происходит биологическая эволюция.

Компьютер измерял сети по двум критериям. Первый был очень простым: насколько хорошо система распознавала некий набор входных данных. А второй требовал принять во внимание затраты на поддержание сети.

Так вот, сети, которые демонстрировали лучшие показатели по первому критерию, через 25 тыс. поколений точно идентифицировали входящие сигналы. Но только те, что набирали больше баллов по второму критерию, были модульными. То есть модульность делает систему более гибкой (в мире ограниченных ресурсов минимум затрат — важное преимущество), но дело не в стремлении к модульности, а в необходимости свести к минимуму расходы.

Результаты исследования, опубликованные на сайте arXiv, могут иметь большое практическое значение. В последние годы так называемые эволюционные вычисления используются всё чаще — и в анализе рентгеновских снимков, и в работе с наборами данных для проектирования (например, деталей для сверхзвуковых самолётов). При этом инженеры никак не могли понять, как заставить систему стать модульной. Быть может, теперь НТР пойдёт ещё немного быстрее?..

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследователи увидели, как глобальное потепление через гены влияет на миграционное поведение рыб.

В последнее время резко возросло количество работ, посвящённых тому, как животные и растения приспосабливаются к изменениям климата. Естественно, людей в первую очередь интересует судьба промысловых видов: будет ли из чего делать суши лет так через пятьдесят? Исследователи из Университета Аляски в Фэрбенксе (США) как раз задались вопросом о судьбе лососёвых: сумеют ли эти привычнейшие «кухонные» рыбы приспособиться к повышению температуры?

Сосредоточились учёные на горбуше. Этот вид, как и другие лососёвые, каждый год поднимается из морей в верховья рек, чтобы отложить икру. Миграционное поведение у рыб зависит от генов. В 1970-е зоологи заметили, что некоторые горбуши начинают миграцию месяцем позже, чем основная масса. Подозрение пало на генетическую мутацию, которая была у 26% поздно мигрирующих рыб (среди тех, кто шёл на нерест в обычные сроки, эта мутация была всего у 3%). Исследователи на этом не остановились и продолжили «коллекционировать» мутации, которые могли иметь хоть какое-то отношение к миграционному поведению.

Результаты почти 32-летней работы зоологи опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society B. Частота мутации, отвечающей за позднюю миграцию, оставалась постоянной — до поры. Но где-то с начала 90-х началось постепенное вымывание мутации из популяции, и обнаружить её в нынешних поколениях горбуши — большая удача. Исследователи сделали вывод, что в это время произошло какое-то изменение в условиях обитания рыб, из-за которого поздняя миграция стала невыгодной.

Оказалось, что скачок в частоте мутации случился как раз тогда, когда температура рек, по которым горбуша поднималась на нерест, заметно повысилась. Чтобы нерест прошёл успешно, рыбам важно успеть до того, как температура воды станет совсем летней. Поэтому те, кто начинал нерест позже, оказались эволюционными неудачниками.

Существует много работ, посвящённых поведенческим изменениям у животных под влиянием глобального потепления. Но это исследование — одно из немногих, где изменения в поведении увязываются с генетическими изменениями; можно сказать, авторам работы удалось подсмотреть кусочек эволюционного процесса. Не все популяции горбуши идут на нерест весной: есть такие, что отправляются в реки осенью. Так что исследователи могут подтвердить свои результаты, если покажут, что осенние популяции со временем начинают выдвигаться на нерест всё ближе к зиме.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА