Генетическое древо расщепила «радиация»

Расхождение-дивергенция типов трех царств органического мира: Eukaryotes слева – организмы с клеточным ядром, CPR – радиация типов-кандидатов. DPANN – радиация новых типов архей. Иллюстрация Physorg

Не так давно геномщики свернули древо жизни в «бараний рог», вернее – в спираль, получившую название «спиральное временное древо». Оно наглядно показывает разнообразие жизненных форм и время их возникновения (см. «НГ-науку» от 27.05.15). Сравнивать геномное древо с тем, что представляли себе в конце ХIХ века, не имеет смысла, поскольку тогда знание довольно часто заменяла буйная фантазия. И вот журнал Nature в середине июня вновь обратился к теме развития, порадовав мир новыми ветвями эволюционного древа, выявленными учеными Калифорнийского университета в Беркли, пригороде Сан-Франциско.

Их выводы основаны на данных восьми полных и 789 предварительных (draft) бактериальных геномов. Такая экспериментальная база позволила выделить более 35 новых ветвей (phyla). Новая форма наглядного представления эволюционного процесса получила название CPR (Candidate Phyla Radiation) – радиация ветвей-кандидатов. Чуть ранее у древнейших одноклеточных микроорганизмов архей (Archaea) обнаружили новую ветвь – DPANN, названную так по начальным буквам входящих в нее представителей.

Между двумя новыми дополнениями от ствола отходит «стволик», на котором комфортно разместились 35 типов эукариот – живых существ, имеющих клеточное ядро (карион). К эукариотам относимся и мы с вами – вместе, например, с водорослями и деревьями, медовыми пчелами и бабочками, а также хордовыми акулами и осетрами. Одному из новооткрытых бактериальных типов авторы в честь университета дали название Berkel, указав, что большая часть микробов живет в условиях, которые, как и их биологию, нам не понять. Тут помочь может только полная, а не «драфтовая» геномика.

С этим выводом могут согласиться исследователи из университетов Ньюкасла и Йорка, выдвинувшие гипотезу происхождения человека под названием «Уязвимые обезьяны». Она основана на предположении о готовности людей к взаимопомощи, обретению новых навыков поведения и забвение старых. Авторы этой гипотезы, отец и дочь Уиндер, предлагают отойти от ген-центризма, отрицания неприспособленных и определяющей роли среды, считая все это неприемлемым в начале XXI века. Они вспоминают Жан-Батиста Ламарка, который разработал двухфакторную гипотезу, поставив на первое место внутреннее (эндогенное) стремление стать более развитым и сложнее устроенным, а приспособление к среде – на второе.

Человек уникален со своим языком и абстрактным мышлением, альтруизмом по отношению к слабым и немощным, агрессивностью. Согласно версии уязвимых человекообразных, представленной в интернет-журнале Internet Archaeology, небольшие группки наших предков вынуждены были мигрировать в удаленные места, дабы избавиться от преследования хищников и конкурентов. В связи с этим говорится и о репродуктивной изоляции, приводящей к разрыву связей между особями и в то же время к дивергенции (расхождению) геномных систем и внешних признаков. В результате разные виды дают не способные к воспроизведению гибриды: мулы и лошаки – наиболее известный пример. С дивергенцией ученые сталкиваются каждый день, видя под микроскопом клетки 200 типов, составляющих организм человека.

Обнаружился и еще один интересный пример работы принципа дивергенции. Причем пример этот относится к области молекулярной биологии.

Наш мозг вынужден справляться со стрессами повседневной жизни, в чем ему помогают стрессовые гормоны, одним из которых является урокортин. Попадая с кровью в мозг, урокортин «запускает» стрессовый ответ, регулируя уровень сахара.

В Калифорнийском университете в Дэвисе с помощью флюоресцентных белков рассмотрели «дивергенцию» клеток, синтезирующих урокортин и глюкагон. Первый из гормонов регулирует синтез и поступление в кровь инсулина, «проводящего» глюкозу из сосудов в клетки печени; а второй переводит запасаемый в них гликоген обратно в глюкозу, откуда и название – глюкагон. Оба действуют подобно гирькам на чашах весов, при этом урокортин помогает гормону соматостатину, тормозящему синтез инсулина и – как следствие – рост.

Непростая, как видим, регуляция важной функции в условиях стресса требует изучения на геномном уровне, чтобы предупреждать развитие диабетов и стрессов у людей. Изучение механизма регуляции может стать молекулярной моделью становления человека с его уникальным мозгом, работа которого напрямую зависит от уровня глюкозы в притекающей крови, что хорошо видно на дисплее функционального МРТ.