Все мы из курса школьной биологии примерно представляем откуда взялись наши гены. От папы с мамой. А у них от своих родителей. Такая передача генов называется вертикальной. Конечно, в процессе передачи генов могут произойти какие-то мутации. Если повезет (в смысле, человечеству) какая-то мутация может оказаться полезной (например, третий глаз) и закрепиться в популяции. Но это процесс долгий и маловероятный.
У людей свои медленно мутирующие и постоянно перемешиваемые гены, у бегемотов свои, у муравьев свои. Встретиться им, казалось бы, нет никакой возможности. Даже в том случае, когда скрещивание между разными видами, возможно, их потомство чаще всего бесплодно.
Самый известный пример это, пожалуй, мул — помесь осла и кобылы. В этом случае гены между разными видами вроде и перемешиваются, но развития такой перемешанный вариант не получает. Подобную передачу генов, между видами, называют горизонтальной. Одно из достижений человека — генетически модифицированные организмы — это чаще всего как раз пример искусственного горизонтального переноса генов. Берется нужный ген у одного организма, вживляется другому. И тот приобретает нужное нам свойство.
До последнего времени возможность естественного горизонтального переноса генов была под большим вопросом. Точнее не так. Возможность горизонтального переноса генов между бактериями последние лет 30 ни у кого не вызывала сомнений. А вот подобный перенос между многоклеточными — это могло бы оказаться штукой посильнее Фауста Гёте. Действительно представьте себе, что гены какого-нибудь таракана могут переползти к вам неведомым способом. Страшно? А собственно говоря, что тут страшного. Перейдем к свеженьким результатам в этой области. Как будто отслеживая друг друга, две недели назад и Nature, и Science отметились на эту тему.
Разноцветные букашки
В одной статье красивый пример переползших генов, во второй — о том, кто и как это может сделать. Начнем с тлей. Маленьких разноцветных букашек, что пьют сок растений. У одного из видов тлей в популяциях часто встречаются зеленые и красные особи.
Анализ пигментов, выделенных из тел разноцветных тлей, показал вполне ожидаемые отличия. У красных тлей были обнаружены красные каратиноиды. Кстати, это те самые пигменты, которые придают цвет морковке. Известно, что животные не способны сами синтезировать каратиноиды. Изначально ученые предположили, что тли получают пигмент либо с пищей, либо их выделяют живущие на тлях бактерии. По нынешним временам расшифровать геном бактерий не проблема. У симбиотических с тлями бактерий генов, ответственных за синтез красных пигментов, не было обнаружено. В соке, что питаются тли, также нет такого количества пигмента. Значит, его делают сами тли!
И действительно анализ генома тлей показал, что они содержат несколько генов, способных регулировать синтез подобных пигментов. Однако не всегда наличие нужного гена означает, что он выполняет ту же работу, что и у другого организма. Гены, найденные у тлей, оказались точной копией генов, ответственных за синтез пигментов у некоторых видов грибков. У грибка этот ген может синтезировать пигмент, а кто знает, что он делает у тлей. Для того, чтобы связать наличие гена с синтезом пигмента, требуются доказательства. И косвенные доказательства были найдены. У тлей, имеющих зеленую окраску, один из генов, потенциально способных синтезировать пигменты, отсутствовал. А когда был обнаружен желто-зеленый штамм тлей, оказалось что один из его пигментных генов нарушен.
Многие тли подвержены грибковым заболеваниям, у некоторых грибки живут не принося видимого вреда. Вполне возможно, что в результате такого сосуществования примерно 30-80 миллионов лет назад генетическая машина по производству пигментов передалась и тлям. Как это произошло технически не понятно, но это яркий пример генетической модификации, которую природа осуществила сама. Задолго до «жалких» попыток человека пересадить гены от одного организма к другому.
Паразиты
Как же это может происходить в природе? Недавно открытые транспозоны — участки гена с непостоянной локализацией в геноме вполне подходящие кандидаты на роль горизонтальных переносчиков генов. Но ведь даже гены-непоседы кто-то должен перетащить из одного организма в другой. Вполне возможно это происходит посредством паразитов. По крайней мере, именно паразитов обвиняют авторы другой статьи в горизонтальном переносе четырех семейств транспозон между беспозвоночными и позвоночными животными.
Улитки, летучие мыши, опоссумы, лемуры, ящерицы, лягушки. Что их объединяет? Так или иначе все они связаны между собой через маленького кровососущего клопа паразита. Идентичность участков генома между клопами и некоторыми жертвами просто поразительна — до 98%. Других объяснений, кроме прямого переноса генов между этими видами найти сложно.
Итак, что мы имеем? Мы имеем демонстрацию масштабных (в плане распространенности) горизонтальных переносов генов от беспозвоночных к позвоночным, которые привели к закреплению этих генов в генотипе.
Кстати клопы эти кусают не только опоссумов да обезьян. Они же — источник крайне опасного в Южной Америке заболевания, близкого к сонной болезни. У нас, кстати, есть свой кровососущий, источник не менее опасных заболеваний. Клещ. Кто возьмется проверить клеща и его многочисленных жертв на предмет совпадения участков генома?
Модификации...
Что же получаем в итоге. Кусает нас, значит, какой-нибудь комар или клещ и «перетаскивает» кусок чужого генотипа. Здесь уже совсем недалеко до страшилок от зеленых-активистов. Безответственные ученые конструируют генетически модифицированные продукты, мы их едим, и становимся от них мутантами. Жуть. Лично для меня доказательство горизонтальных переносов, скорее, наоборот аргумент в пользу генетических модификаций. Почему?
Первое: природа сама взяла на вооружение горизонтальные переносы. Более того, пример тлей показывает, что горизонтальный перенос был направлен как раз-то на повышение приспособленности животных к окружающей среде. И мы, пересаживая гены, добиваемся увеличения приспособленности нужных нам видов к условиям окружающей среды. Так что ничего нового и революционного.
Второе: несмотря на то что, горизонтальный перенос генов возможен и некоторые генетические конструкции с помощью паразитов могут распространяться через континенты и видовые границы, мы до сих пор видим мир во всем его огромном многообразии. То есть даже наличие мобильных генов (транспозонов) и многочисленных паразитов не привели к унификации генома. Киты пока еще не похожи на медведей, а змеи на коршунов.
Скорее всего, не все гены и генетические конструкции подвижны в равной мере. Скорее всего, стабильность биологических систем достаточно высока, чтобы ограничивать быстрые и неэффективные переносы. С другой стороны, горизонтальный перенос генов может оказаться одним из инструментов эволюции. Учитывая длительность существования планеты, даже редкие удачные перемещения участков генотипа могут быть одной из причин для появления новых видов. Так что я за модификации! Даешь картошку со вкусом кролика и глаза как у хамелеона для сторожевых собак. Про человека пока молчу...
