Siden opdagelsen af et sådant fænomen som horisontal genoverførsel, nemlig ikke fra forældre til afkom, er hele den levende verden på vores planet blevet repræsenteret som et enkelt informationssystem. Og i dette system bliver det muligt at låne en vellykket evolutionær opfindelse af en art af en anden. Hvad er vertikal og horisontal genoverførsel, hvad er mekanismerne for denne proces og eksempler i den organiske verden - alt dette er artiklen.
Nabogener
Alle ved, at vi får vores gener fra vores forældre. Og de er fra deres forældre. Dette er den lodrette overførsel. Og hvis der pludselig opstår en mutation, som viser sig at være nyttig til overlevelse eller tilpasning, og får fodfæste i befolkningens genom, så vil arten få fordele i kampen for tilværelsen.
På samme tid har en person sine egne gener,bladlus har deres egen, og hajer har deres egen. Det er næsten umuligt for dem at komme mellem arter. Men nogle gange sker det - dette er horisontal genoverførsel.
Dette er, hvad moderne genteknologi gør. Genetisk modificerede organismer er resultatet af en sådan genoverførsel (for eksempel den lysende tardigrad på billedet ovenfor). Men i naturen har dette fænomen eksisteret i lang tid.
Sagens kerne
Vertikal genoverførsel er fænomenet med overførsel af arveligt materiale fra forældreformer til datterorganismer.
Horizontal genoverførsel er en naturlig situation, hvor gener overføres fra en voksen organisme til en anden. Samtidig eksisterer der objektivt set to organismer, og nogle gange tilhører de forskellige biologiske arter.
Et eksempel på horisontal genoverførsel i bakterier er overførsel af resistensgener fra en bakteriestamme til en anden.
Nødvendige betingelser
For at forstå dette fænomen er det nødvendigt at kende de betingelser, hvorunder en sådan overførsel i princippet er mulig, nemlig:
- Det er nødvendigt at have et mellemled til "transport" af gener fra en celle til en anden, fra en organisme til en anden.
- Der skal være en molekylær mekanisme, der vil tillade fremmede gener at blive indsat i værtens gensæt.
Disse betingelser kan meget vel være opfyldt af retrovira og andre transposoner (DNA-elementer). Og det er netop sådanne metoder til horisontal genoverførsel, som genteknologi har taget i brug i dag.
SelvomI dag studeres kun mekanismerne for en sådan genoverførsel, udover virus kan en sådan overførsel også ske ved hjælp af frie sektioner af deoxyribonukleinsyrer (transposoner), som kommer ind i kroppen gennem en simpel introduktion eller med parasitære organismer. Sidstnævnte kan ændre ikke kun værtens genetiske apparat, men også dens økologiske plads i biocenosesystemet.
Baggrund
Det var overførslen af antibiotikaresistensgener mellem forskellige bakteriestammer, der første gang blev beskrevet i Japan i 1959.
Allerede i midten af 1990'erne beviste molekylærbiologer, at horisontal genoverførsel i prokaryoter og eukaryoter var involveret i den evolutionære udvikling af liv på vores planet.
I 2010 blev en undersøgelse af professor Cedric Feschott offentliggjort, som præsenterede en analyse af genomet af opossum- og saimiri-aberne. De blev bidt af en slags insekt. I genomerne af pattedyr er der fundet en transpozoon, der har 98% identitet med insekter. Til din orientering bider disse insekter ikke kun aber og opossums.
Fra nu af er hypotesen om horisontal genoverførsel mellem forskellige domæner af organismer blevet et nyt paradigme inden for biologi.
Farverige fejl
Og hvis den horisontale genoverførsel i bakterier i de sidste 30 år ikke har rejst tvivl blandt biologer, så har dens mulighed i flercellede organismer rejst mange spørgsmål. Det var dengang, at biologernes opmærksomhed blev tiltrukket af den almindelige bladlus, hvorider er individer med grøn og rød farve på kroppen.
En analyse af de pigmenter, der giver farve til røde individer, afslørede tilstedeværelsen af carotenoider - plantepigmenter. Hvor fik bladlus gener, der er unikke for planteorganismer? I dag er sekventering af insektgenomet en ret simpel sag for forskere. Sådan blev det opdaget, at generne fra bladlus, der er ansvarlige for syntesen af rødt pigment, er fuldstændig identiske med dem fra nogle svampe, der snylter i bladluskroppen uden at forårsage nogen synlig skade.
Sandsynligvis var der ved begyndelsen af bladlusudviklingen (for omkring 80 millioner år siden) en fejl i den genetiske maskine, og svampegenerne blev indbygget i insektgenomet.
Evolution og biodiversitet
Al fylogenetisk systematik i den organiske verden er baseret på Darwins koncept om divergens. Dens essens er som følger: Så snart reproduktiv isolation forekommer mellem populationer af en art, kan vi tale om artsdannelsesprocessen. Og allerede to arter fortsætter med at udvikle sig baseret på naturlig udvælgelse og tilfældige mutationer.
Opdagelsen af horisontal genoverførsel mellem arter og større taxaer beviste kun, at levende stof på vores planet i så kort rum-tid (4 milliarder år) kunne gå fra encellede former til højt organiserede flercellede former.
Således bliver hele planetens biota et enkelt laboratorium til skabelse af nye arvelige egenskaber, og det er den horisontale bevægelse af generkunne og fortsætter med at fremskynde den evolutionære proces betydeligt.
Lad os låne nogle gener
I 2015 studerede genetiker Alistair Crisp fra Cambridge (UK) genomerne af 12 arter af frugtfluer Drosophila, 4 arter af rundorme og 10 arter af primater (hvoraf den ene er et menneske). Videnskabsmanden ledte efter "fremmede" dele af DNA.
Forskningsresultater har bekræftet tilstedeværelsen af 145 regioner i genomerne, som er resultatet af horisontal genoverførsel i eukaryoter.
Nogle af disse gener er involveret i metabolismen af proteiner og lipider, de andre - i immunresponser. Vigtigst af alt var det muligt at identificere sandsynlige donorer af disse gener. De viste sig at være protister (de simpleste eukaryoter), bakterier (prokaryoter) og svampe.
Hvad med os
Det er allerede pålideligt kendt, at gennem horisontal genoverførsel hos mennesker opstod generne, der var ansvarlige for blodtyperne AB0.
Det meste af beviserne for en sådan genoverførsel hos primater er af meget gammel oprindelse, og dateres tilbage til en fælles forfader med andre chordater.
Ifølge nyere undersøgelser er dannelsen af moderkagen hos mennesker også ansvarlig for virusgenet, som blev fanget et sted ved begyndelsen af dannelsen af moderkagedyr.
Resultaterne af sekventering af det menneskelige genom viste, at det indeholder omkring 8 % af stykker af virale genomer, som kaldes "sovende gener".
The Age of Mutants
Her kommer vi tilemnet for gyserhistorier, som grønne aktivister skræmmer. Hvad hvis disse "sovende" gener tænder? Eller bider en skovflåt en person og trækker en form for rædsel ind i hans genom? Eller spiser vi genetisk modificerede sojabønner og bliver mutanter? Men trods alt, i 4 milliarder år, er biodiversiteten på planeten kun steget, og du og jeg er stadig lidt som hvaler, ligesom bladlus er som svampe. Hvorfor er det det?
For det første eksisterer mekanismen for horisontal overførsel i naturen, så længe livet selv eksisterer. Og på eksemplet med bladlus er det helt klart, at sådan genoverførsel netop var rettet mod at øge organismers tilpasningsevne til miljøforhold (røde er mindre synlige på visse dele af planter). Og geningeniører i denne forstand kom ikke med noget nyt. Tomater med arktiske fiskegener har øget kuldetolerance, hvilket gør det muligt at dyrke dem i nordlige egne.
For det andet, på trods af muligheden for genetisk overførsel, har vi endnu ikke observeret foreningen (ensartetheden) af genomet af alle levende organismer på planeten. Stabiliteten af det biologiske system, som er cellen og organismen, er høj nok til at begrænse ineffektiv genoverførsel. Men samtidig er det denne overførsel, der er den biologiske evolutions redskab, som fører til biodiversitet. Så det varer ikke længe, før bjørne ligner drager, og hunde ligner kamæleoner.
