Рубрики
Кaкaя фoрмa жизни в нaшeм мирe бoлee стaбильным и прoчным? Тaрaкaны слaвятся для иx выживaния — мнoгиe убeждeны, чтo этo будeт в сoстoянии выжить в ядeрнoм aпoкaлипсисe. Тиxoxoдoк, или вoдяныe мeдвeди, eщe бoлee упoрными. Oни мoгут выжить дaжe в кoсмoсe. В гoрячиe кислыe истoчники нaциoнaльнoгo пaркa Йeллoустoун, живeт oднa вoдoрoсль. Вoкруг нee eдкaя вoдa, припрaвлeннaя oт мышьякa и тяжeлыx мeтaллoв. Для тoгo, чтoбы oстaться в живыx в этoй смeртeльнoй мeстo, oн испoльзoвaл нeoжидaнный трюк.
В чeм ee сeкрeт? Крaжи. Oнa крaдeт гeны, нeoбxoдимыe для выживaния, у другиx фoрм жизни. И этa тaктикa являeтся гoрaздo бoлee рaспрoстрaнeны, чeм вы думaeтe.
Бoльшинствo живыx сущeств, кoтoрыe живут в мeстax, крaйниx, прeдстaвляют сoбoй oднoклeтoчныe oргaнизмы — бaктeрии или aрxeи. Эти прoстыe и дрeвниe фoрмы жизни нe имeют слoжнoй биoлoгии живoтныx, нo иx прoстoтa-этo прeимущeствo: они гораздо лучше справляются в экстремальных условиях.
Миллиардов лет они прятались в самых суровых мест — глубоко под землей, на дне океана, в вечной мерзлоте или кипящей горячие источники. Они прошли долгий путь, развивая свои гены в течение миллионов или миллиардов лет, и теперь, которые помогают справиться практически с чем угодно.
Но что, если другие, более сложные, может просто прийти, чтобы украсть эти гены? Сделали бы эволюционный подвиг. Одним махом пришли бы генетикой, которая позволяет выжить в экстремальных местах. Они пришли туда, минуя миллионы лет скучной и тяжелой эволюции, которая, как правило, имеет важное значение для развития этих способностей.
Я бы сделала красной водоросли Galdieria sulphuraria. Вы можете найти его в горячие серные источники Италия, Россия, Йеллоустонский парк в США и Исландии.
Температура в эти горячие источники поднимаются до 56 градусов по Цельсию. Хотя некоторые бактерии могут жить в бассейнах при температуре около 100 градусов, и некоторые из них могут справиться с температурой около 110 градусов, ближе к морю глубокий источники, это интересно, обратите внимание, что эукариоты — группа более сложных форм жизни, включая животных и растения (красные водоросли-растение) — могут жить при температуре 56 градусов.
Большинство растений и животных не было бы в состоянии выдержать такие температуры, и есть причина. Тепло вызывает разрушение химических связей внутри протеинов, что приводит к их коллапсу. Это оказывает катастрофическое воздействие на ферменты, которые катализируют химические реакции организма. Мембрана, покрывающая клетку, они начинают протекать. При достижении определенной температуры, мембрана зависает, и клетка делится.
Однако еще более удивительным является способность водорослей передать кислой среде. Некоторые горячие источники имеют значение рн в диапазоне между и 1. Кислоты вещества делают положительные ионы водорода, также известный как протоны. Эти протоны препятствуют белков и ферментов внутри клетки, разрушить химические реакции, необходимые для жизни.
Это происходит потому, что белки удерживаются вместе взаимного притяжения положительно и отрицательно заряженных аминокислот. Когда вы приносите новый груз положительно заряженных частиц, ломает хрупкое равновесие, которое держит протеинов в целом. Протеин не может больше поддерживать свою форму и выполнять свою работу должным образом.
«Большинство других форм жизни может не выдержать экстремальных температур или повышенной кислотности», — говорит Вестник Шойнкнехт, биологии растений Университета штата Оклахома в Стилуотере. «Galdieria живет в рн 0, что равносильно выжить разбавленной кислоты из аккумулятора. Большинство из другие организмы, даже бактерии, не могут справиться с низкими значениями рн».
Однако Galdieria может принести не только тепло и кислотность. Это водоросли устойчивы к мышьяку, ртути и могут жить в очень соленой среде. Эти токсичные элементы, как правило, являются летальными для жизни, так как блокируют работу важных ферментов, участвующих в дыхании. Слишком много соли, с другой стороны, он не позволяет клеткам растения берут воду, иссушает их и превращается в сморщенной кожуре.
Чтобы узнать, как Galdieria выдержать таких экстремальных условиях, Шойнкнехт и его коллеги-ученые из Оклахомы и Университета Генриха Гейне в Германии декодировали гены водорослей. И нашли что-то невероятное: вместо того, чтобы унаследовать способности от своих предков, водоросли… украл их в бактерии.
Это явление переноса генов, известный как «горизонтальный перенос генов». Как правило, гены других форм жизни, унаследованные от родителей. Люди именно так: вы можете отслеживать его особенности по ветвям своего генеалогического древа до первых людей.
Однако оказывается, что и сейчас, и тогда «чужие» гены совершенно другие типы, вы можете включить в ДНК. Этот процесс является общим в бактерии. Некоторые утверждают, что это происходит даже у людей, хотя и спорным.
Когда кто-то другой ДНК покупаете новый хозяин, не должен сидеть сложа руки. Вместо этого, вы можете начать работать на биологии хозяина, способствуя созданию новых протеинов. Это может дать хозяину новые навыки и позволит выжить в новых ситуациях. Тело поддержки может пойти совершенно новый эволюционный путь.
В общей сложности Шойнкнехт определили 75 украденные генам водорослей, которые он взял в кредит у бактерий и archaea. Не все гены дают водоросли очевидное эволюционное преимущество, и точная функция многих генов неизвестна. Но многие из них помогают Galdieria выжить в экстремальных условиях окружающей среды.
Его способность, чтобы справиться с токсичными химическими веществами, как ртуть и мышьяк, приходят от генов, взятых у бактерий.
Один из этих генов отвечает за «насос», что позволяет водоросли эффективным, чтобы удалить мышьяк из клетки. Другие украденные гены, среди прочего, позволяют водорослей и токсичных металлов, который удаляет важные металлы из окружающей среды. Еще украденные гены контролируют ферменты, которые позволяют водорослей нейтрализовать металлы, такие как ртуть.
Водоросли также украл гены, которые позволяют им выдерживать высокие концентрации соли. В нормальных условиях пересоленная в среду сосать воду из клетки и убил ее. Но, синтезируя соединения внутри клетки, для того, чтобы сравнять «осмотическое давление», Galdieria избежать этой участи.
Считается, что способность Galdieria перевести весьма кислотные горячие источники, это связано с его непроницаемость для протонов. Другими словами, вы можете просто не дать кислота войти в его клетку. Для этого включает в себя просто меньше генов, которые кодируют каналы в мембране клетки, которые, как правило, проходят протоны. Эти каналы, как правило, позволяют пройти положительно частицы, такие как калий, которые нужны клетки, но также потерять и протонов.
«Кажется, что адаптация к низкому уровню рн была выполнена, через устранение любых мембранные транспортные белки плазматической мембраны, что позволяет протоны проникнуть в клетку», — говорит Шойнкнехт. «Большинство эукариот имеют различные каналы калия в плазме мембран, но Galdieria есть только один ген, который кодирует для калиевого канала. Более узкий канал, который позволяет справляться с высокой кислотностью».
Однако эти калиевые каналы играют важную работу, поглощают калий или поддерживают разность потенциалов между клеткой и ее окружающей среды. Как водоросль остается здоровым без калиевых каналов, в то время как не ясно.
Кроме того, никто не знает, как водоросли справляется с высокой температуре. Ученые не были в состоянии идентифицировать гены, которые могут объяснить эту особенность его биологии.
Бактерии и археи, которые могут жить при очень высоких температурах, имеют белки и мембраны совсем другой жанр, но водоросли прошла через более тонкие изменения, говорит Шойнкнехт. Он подозревает, что изменяет метаболизм липидов мембран при различном увеличении температуры, но еще не знает, как именно это происходит и как позволяет адаптироваться к жаре.
Очевидно, что копии генов дает Galdieria огромное эволюционное преимущество. В то время как большинство одноклеточных красных водорослей, в связи с G. sulphuraria живет в вулканических областей и может справиться с тепло-умеренным и незаменимых жирных кислот, некоторые из его родственников могут выдержать столько тепла, кислот и токсичности, сколько G. sulphuraria. В самом деле, в некоторых местах этого типа приходится до 80-90% жизни — вы говорите о том, как трудно для кого-то, чтобы позвонить домой G. sulphuraria их.
Остается еще один очевидный и интересный вопрос: как водоросль в состоянии украсть много гениев?
Это водоросль, которая живет в среде, которая содержит много бактерий и archaea, так что в некотором смысле способность красть гены. Но ученые не знают, как именно ДНК перескочила через разделительную полосу от бактерий, а другое тело. Для того, чтобы попасть к хозяину, ДНА должен, прежде чем попасть в ячейку, и, следовательно, в ядре — и только после этого вводить в геном хозяина.
«Лучшие предположения в настоящее время—, что вирусы могут передавать генетический материал от бактерий и archaea водоросли. Но это чистая спекуляция», — говорит Шойнкнехт. «Может быть, пойти в клетку — самый трудный шаг. Оказавшись внутри клетки, чтобы войти в ядро и интегрируется в геноме может быть не так уж и сложно.
Горизонтальный перенос генов часто бывает у бактерий. Вот почему у нас есть проблемы с устойчивостью к антибиотикам. Как только появляется устойчивый ген, он быстро распространяется среди бактерий. Тем не менее, считалось, что обмен генами редко бывает более развитых организмов, чем у эукариот. Считалось, что бактерии есть специальные системы, которые позволяют им принять нуклеиновые кислоты, как и у эукариот нет.
Однако другие примеры продвинутых существ, украсть гены, чтобы выжить в экстремальных условиях, уже нашли. Тип снегом водоросли Chloromonas brevispina, который живет в снегу и льду Антарктиды, несет гены, которые, вероятно, были взяты из бактерий, архей или даже грибы.
Острые кристаллы льда могут пробить и проколоть клеточную мембрану, так что существа, которые живут в холодном климате, вы должны найти способ, чтобы бороться с этим. Один из способов производить соединяют льда белков (IBP), которые выделяются в клетке, цепляющейся за лед, который останавливает рост кристаллов льда.
Джеймс Рэймонд Университета Невады в Лас-Вегасе сделал карту генома снегом водоросли и обнаружили, что гены, который соединяет лед белки удивительно похожи бактерий, архей и грибов, который говорит, что они все торгуются способность выжить в холодных условиях, в процессе горизонтального переноса генов.
«Эти гены необходимы для выживания, так как они были найдены в всякий приспособленный для жизни в холодных водорослей, и ни один из живущих в жарких условиях», — говорит Раймонд.
Есть несколько других примеров горизонтального переноса генов у эукариот. Мелкие ракообразные, которые живут в море антарктических льдах, видимо, он также приобрел этот навык. Эти моллюски Stephos longipes могут жить в солоноватую жидкость каналов в лед.
«Полевые измерения показали, что C. longipes живут в переохлажденных соленых огурцов на поверхностный слой льда», — говорит Райнер Кико, ученый из Института полярной экологии Университета города Киль в Германии. «Переохлажденные означает, что температура этой жидкости ниже точки замерзания зависит от солености».
Для того, чтобы выжить и не дать замерзнуть, в крови S. longipes и других жидкостей в его теле присутствуют молекулы понижают температуру замерзания, чтобы соответствовать вокруг водой. В этом моллюски вырабатывают белок-незамерзайки, которые не позволяют образовываться кристаллы льда в крови.
Предполагается, что этот белок является также получили из-за горизонтального переноса генов.
Красивая бабочка монарх также могут быть украдены гены, но в этот раз от этой паразитической осы.
Оса-блестянка семейства браконид, как известно, который включает в себя яйцо вместе с вирусом насекомое гостя. ДНК вируса ломает мозг хозяина, превращая его в зомби, который затем действует как инкубатор для яиц осы. Ученые обнаружили гены драконид в бабочек, даже если этих бабочек, они никогда не встречались с осами. Как полагают, они делают бабочки более устойчивы к болезням.
Эукариоты крадут не только отдельные гены. Иногда кражи проходят с размахом.
Ярко-зеленый sea-dweller Elysia chlorotica, как вы думаете, он приобрел способность к фотосинтезу, в процессе поедая водоросли. Эта морская улитка глотает хлоропластов — органелл, которые выполняют фотосинтез — полностью и поддерживает пищеварительных желез. Когда игра становится жесткой, и водоросли в пищу, нет, морской слизень может выжить, используя энергию солнечного света, чтобы преобразовывать углекислый газ и воду в еду.
Исследование показывает, что улитки даже взять гены у водорослей. Ученые вводят флуоресцентные маркеры ДНК в геном водоросли, чтобы увидеть, где именно они находятся гены. После кормления водоросли, улитки, море приобрела ген, ответственный за восстановление хлоропластов.
В то же время, клетки нашего организма содержат мелких производителей энергии структуры, митохондрии, которые отличаются от остальных клеточных структур. В митохондриях также иметь ДНА.
Существует теория, что митохондрии существовали как самостоятельные формы жизни, миллиарды лет назад, но каким-то образом были включены в клетки первых эукариот — возможно, митохондрии были поглощены, но не слишком жидкий. Это событие, как полагают, произошло около 1,5 млрд лет назад, и это стало ключевой вехой в развитии все более высоких форм жизни, животных и растений.
Возможно, воровство генов является довольно распространенным тактика эволюции. В конце концов, он позволяет другим делать всю тяжелую работу за вас, пока вы собираете плоды. Кроме того, горизонтальный перенос генов может ускорить уже запущен процесс эволюции.
«Тело, которое не приспособлено к жаре или кислоты, то маловероятно, что вдруг заселяют вулканические бассейны просто, потому что он получил гены, — говорит Шойнкнехт. — Но эволюция-это почти всегда процесс, шаг за шагом, и горизонтальный перенос генов позволяет сделать большой скачок вперед».
Генные воры: «ДНК чужого» позволяет обмануть эволюцию через кражи личных данных генов
Илья Хель