Смысл эволюции и эволюция смысла

Итак, новые гены образуются под действием двух случайных процессов: ошибок копирования при репликации и дупликаций. Затем под действием отбора, сохраняющего общий „смысл“ (жизнеспособность), происходит сужение „смысла“ каждого из удвоенных генов, при этом смысл всей дуплицированной области может расширяться [8–10]. То, что раньше делал один ген, теперь делают два, и они всё больше зависят друг от друга. Вот и усложнение: из одинаковости возникает разнообразие, многофункциональность.

Несомненно, удвоение гена с последующим разделением функций двух копий может играть важную роль и в современных эволюционных процессах. Однако эволюция изобрела и другой способ создания новых генов. Представления о нём возникли после ошеломляющего открытия строения генов эукариот. Эукариоты — организмы, имеющие клеточное ядро, прокариоты (бактерии) ядра не имеют. Все многоклеточные являются эукариотами. Оказалось, что внутри генов эукариот, в отличие от генов прокариот, есть участки, которые смысла не имеют — интроны. Интрон — от англ. intervening zone — зона, „вмешивающаяся“ в смысловую последовательность гена, Те участки гена, которые смысл имеют, были названы экзонами. Экзон — от англ., expressing zone — экспрессируемая, смысловая зона гена.

Сотри случайные черты

И ты увидишь — мир прекрасен.

Блок

Для реализации (экспрессии) функции гена все его „не смысловые“ участки должны быть удалены. Для этого возможны два пути. Первый — удалить интроны навсегда, „вырезать“ их (делетировать), а экзоны соединить. Второй — создать (путём транскрипции) копию мозаичного гена, состоящего из экзонов и интронов, исходную матрицу не изменять, а из копии интроны удалить, а экзоны объединить. Полученный окончательный транскрипт (теперь приобретший смысл) использовать для реализации его функции. Прокариоты выбрали первый путь. В их генах (за малыми особыми исключениями) интронов нет. Выбравшие этот простой и экономный путь так и остались безъядерными одноклеточными микроорганизмами. Прогрессивная эволюция для них стала невозможной. (Прогрессивная эволюция — изменения, сопровождающиеся усложнением, образованием новых элементов (органов, тканей, костей и др.) и увеличением количества связей между ними, сложность понимается как complexity).

Второй путь, при котором бессмысленные интроны сохраняются в гене, но удаляются из его транскрипта, был назван сплайсингом, он реализуется у всех эукариотных организмов.

Но неужели интроны, суммарная длина которых в гене может в десятки и более раз превосходить длину его экзонов, действительно бессмысленны? Каков был механизм образования мозаичных генов? Попытки реконструировать этот процесс приводят к представлению о том, что в составе древних самовоспроизводящихся молекул (или их агрегатов, или древнейших клеток) присутствовали: во-первых, „генератор случайных чисел“, механизм, который синтезировал протяжённые случайные последовательности нуклеотидов (букв), и, во-вторых, механизм, разрезавший их на случайные фрагменты и в разных комбинациях соединявший некоторые из них. А затем беспристрастный естественный отбор оценивал результат. Если результат соединения фрагментов транскрипта улучшал самовоспроизведение, такой мозаичный ген сохранялся, если нет — исчезал с лица Земли. Как свидетельствует компьютерный анализ большого массива эукариотных генов — они кодируют модули, из которых состоят белки, образно говоря, имеют субсмысл [11]. (Модули белков — последовательности аминокислот, способные к образованию компактных структур — доменов, которые важны для реализации функции белка)

В целом, текущее представление о происхождении генов — они происходили путём стыковки экзонов — exon shuffling [12]. Сначала случайно возникли потенциальные части слова — „слоги“, потом они случайно соединялись и когда возникал смысл — путь стыковки слогов фиксировался (запоминался). Однако путь стыковки экзонов, принадлежащих одному гену, как неожиданно оказалось, может быть множественным, некоторые экзоны могут удаляться вместе с интронами. Такой альтернативный сплайсинг приводит к тому, что один и тот же ген может кодировать семейство схожих, но разных белков. На данный момент известное максимальное количество разных белков, которое может кодировать один ген, составляет около 40 000. [13].