Błąd Darwina. Отсутствует

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ gdzie zostaje przepisany na białka. Te zaś stanowią podstawowy budulec, z którego powstaje życie. Białka dosłownie odklejają się od rybosomów i każde zawija się w określoną, szczególną konformację przestrzenną, która jest determinowana zarówno przez sekwencję chemiczną cząsteczki (aminokwasy), jak i warunki, w jakich ów proces przebiega (woda, tłuszcze itd.53 – zob. Dobson 2003). Trójwymiarowa konfiguracja przestrzenna białka określa jego biologiczną funkcję i musi być odtworzona z dużą dokładnością, bo inaczej…

      chaperony

      No właśnie. Istnieją też inne białka, tak zwane chaperony, których ważny podzbiór nazywany jest chaperoninami. Zapewniają one tak zwaną „kontrolę jakości”, czyli dbają o właściwe kształtowanie białek, za które odpowiadają. Jeden z najbardziej znanych chaperonów to HSP₉₀ (heat shock protein 90, czyli białko szoku cieplnego 90). Odgrywa ważną rolę przy kształtowaniu wielu bardzo różnorodnych protein. Mutacje w tym białku generują najróżniejsze spotwornienia u muszek owocowych. Niektóre z takich potworów można hodować w laboratorium i doprowadzić do przekazywania anomalnego fenotypu na kolejne pokolenia. Po kilku sztucznych selekcjach wytwarzana jest pewna liczba jednostek obarczonych takimi anomaliami. Cechy te utrzymują się w sposób stabilny nawet po doprowadzeniu HSP₉₀ za pomocą implantów genetycznych do ich zwykłej postaci54. Genetycy potrafią czynić w laboratoriach prawdziwe cuda. Pozwoliło im to stwierdzić, że HSP₉₀ i podobne białka działają jak „kondensatory ewolucyjne” (Rutherford i Lindquist 1998; Queltsch i in. 2002; True i in. 2004). Oznacza to, że niektóre potencjalnie szkodliwe mutacje (byłyby takie, gdyby zostały eksprymowane) będą neutralizowane: choć są przekazywane z pokolenia na pokolenie, to pozostają nieaktywne do czasu aż jakaś mutacja bądź zasadnicze zmiany w środowisku (sytuacje stresowe, zob. s. 97) doprowadzą do ich ujawnienia, czyli przeobrażą odpowiedni genotyp w fenotyp55. Niedawno zaobserwowano bezpośrednią interakcję między HSP₉₀ i białkiem chromatyny (zwanym Trithorax, skrót TRX). Jako że to białka chromatyny kontrolują procesy rozwojowe przez modulację sygnałów epigenetycznych (zob. dalej), to dane te wyjaśniają szczegółowo istotną rolę, jaką odgrywa współpraca HSP₉₀ z owymi białkami przy aktywacji genów docelowych, a w szczególności genów nadrzędnych, takich jak geny Hox. Gdy HSP₉₀ ulega uszkodzeniu – czy to w wyniku powstania mutacji genetycznej, czy działania zewnętrznych czynników farmakologicznych – funkcja owych nadrzędnych genów dominujących zostaje zaburzona, z wszystkimi dramatycznymi konsekwencjami, o których była już mowa.

      alternatywny splicing

      Na koniec tej skrótowej prezentacji warto zwrócić uwagę na fakt, że fragmenty genu, które faktycznie kodują segmenty białek (zwane eksonami; dla odróżnienia fragmenty niekodujące określa się mianem intronów), mogą być łączone na wiele różnych sposobów56. Wskutek tego pojedynczy gen może kodować wiele różnych białek, a pojedyncza mutacja jednego eksonu może uderzyć w wiele z nich jednocześnie. Gdy odkodowano ludzki genom, okazało się, że liczba genów jest mniejsza, niż się spodziewano (mniej więcej dwadzieścia cztery tysiące). Wywołało to nową falę zainteresowania alternatywnymi możliwościami splicingu. Zjawisko to wyjaśnia bowiem, jak pojedynczy gen może kodować wiele białek. Przyjęto, że geny muszą działać „wielozadaniowo” – i faktycznie tak się dzieje57.

      W niedawnych badaniach Christopher B. Burge z MIT i jego współpracownicy analizowali całą sekwencję matrycowego RNA (mRNA) w piętnastu różnych typach tkanek bądź liniach komórek nowotworowych i uzyskali wyczerpujący katalog genów i alternatywnych sposobów ekspresji mRNA (Wang i in. 2008). Obecnie uznaje się, że ponad 90 procent ludzkich genów podlega alternatywnemu splicingowi i wykorzystuje obróbkę mRNA w celu uzyskania różnych białek z jednego genu. Niemal wszystkie geny ssaków zawierają introny i są składane na różne sposoby. Mechanizm ten zapewnia większą różnorodność fenotypową, niż by to wynikało z samej liczby genów 58.

      i na koniec: napęd molekularny oraz ukierunkowana konwersja genów

      Ubolewając nad tradycyjnym monopolem doboru naturalnego i dryfu genetycznego, uważanych za jedyne przyczyny formowania się nowych gatunków, Gabriel Dover zaproponował nowy mechanizm – tak zwany „napęd molekularny” (zob. Dover 1982a, 1982b). Jego propozycja zasadniczo sprowadzała się do postulowania procesów wymiany molekularnej wewnątrz genomu, która byłyby niezależna od selekcji naturalnej. Ten skoordynowany mechanizm pozwala na formowanie nowych form biologicznych „w sposób, który nie został przewidziany przez klasyczną genetykę doboru naturalnego i dryfu genetycznego”. Wyjaśniając (za pomocą narzędzi dostępnych we wczesnych latach osiemdziesiątych) szczegóły owego w pełni mechanicznego procesu molekularnego, który miał przy tym być całkowicie wewnętrzny wobec aparatu genetycznego, Dover użył słów, które dwadzieścia pięć lat później miały zyskać na popularności: „uwarunkowanie”, „ukierunkowanie” oraz „konwersja”.

      Dover podkreśla, że we wszystkich genomach wszelkich badanych gatunków, poczynając od owadów, przez robaki, a na ludziach kończąc, powszechnie występują genomowe mechanizmy reorganizacji fragmentów DNA (transpozycji, inwersji i duplikacji), które generują coś, co nazywa on pędem molekularnym. Nawracająca niestabilność genomów prowadzi do reorganizacji i powstania nowych, tymczasowych stabilizacji. Dover zauważa, że rozprzestrzeniające się skutki pędu molekularnego działają w dokładnie taki sam sposób (błąd losowy), co stochastyczny dryf genetyczny na poziomie fenotypu. Poza konwersją genów, do którego to zagadnienia zaraz wrócimy, istnieją transpozycje DNA (przemieszczenia fragmentu DNA), mutacje dynamiczne (mutacje spowodowane poślizgiem polimerazy, polegające na powieleniu się fragmentu DNA), pomyłki wynikające z nierównej wymiany informacji podczas procesu crossing-over i inne procesy, które łącznie – w ujęciu Dovera – sprawiają, że pojedyncza mutacja jednego genu w jednym indywiduum może, po upływie kilku pokoleń, rozprzestrzenić się na całą reprodukowaną płciowo populację. Ten stymulowany przez czynniki wewnętrzne proces jest w stanie otworzyć dla danej populacji – w stosownej perspektywie czasowej – ścieżki rozwoju, reprodukcji i zachowań, które były dotąd niedostępne. Zgodnie ze schematem proponowanym przez Dovera (zob. również jego książka z 2001 roku Dear Mr. Darwin) można uznać, że pojawienie się nowych, przyjaznych środowiskowo funkcji jest zależne od interakcji wielu procesów: pędu molekularnego, losowego dryfu oraz (tak, również) doboru naturalnego. Mówiąc w sposób bardzo skrótowy, istnieją tu siły, które wynikają z niestabilności genomów (którym towarzyszą też wszechobecne, niemendlowskie mechanizmy reorganizacji). Uzyskujemy w ten sposób radykalnie szersze rozumienie natury funkcji biologicznych poddanych ewolucji.

      Szczególny nacisk kładzie się obecnie na pewien specyficzny aspekt pionierskich intuicji (oraz danych i obliczeń) Dovera, a mianowicie na proces zwany biased gene conversion (BGC)59. Obecnie przyjmuje się, że mechanizm ten, polegający na błędach procesu rekombinacji i następującej w dalszej kolejności segregacji genów oraz na zmianach sekwencji powstałych w zrekombinowanych cząsteczkach DNA, odpowiada za powstawanie nowych wariantów genów (nowych alleli) niezależnie od procesu selekcji. Cała klasa licznych i ewolucyjnie niedawnych różnic w sekwencjach DNA między odpowiadającymi sobie genami u ludzi i innych naczelnych, zazwyczaj przypisywana selekcji naturalnej, okazuje się wynikiem działania BGC (Berglund i in. 2009). W pracach Dureta (2009), Galtiera i in. (2009), Hodgkinsona i in. (2009) СКАЧАТЬ