Эволюция генома

Многие организмы (в первую очередь прокариоты) участвовали в горизонтальных переносах как "проточные" емкости. Если бы в процессе эволюции энтеробактерия Escherichia coli только приобретала, но не теряла гены, то размер ее генома должен был бы удвоится за 100 млн. лет с тех пор как произошла дивергенция с близкородственной бактерией Salmonella.

Этот расчет сделан на основе применения метода "молекулярных часов". Но размер генома E.coli почти не изменился за это длительное время: геномный анализ выявил не только приобретение большого числа генов, но и отсутствие многих "старых" генов, обнаруживаемых у сальмонеллы. "Захваченные" гены могут сохраниться в геноме, но могут и подвергнуться элиминации или переносу в клетки другого организма. Так как в ходе эволюции происходит амелиорация чужих генов, то по изменению нуклеотидного состава и частоты встречаемости кодонов можно выявить те гены, которые пришли давно, а какие появились недавно. Баланс генных потоков, приводящих к приобретению и утрате генов, определяет не только адаптивную изменчивость организмов, но и поддержание оптимизированного размера генома . Скорости генных потоков у разных групп организмов различны и влияют на темпы эволюции геномов. Геномный анализ позволяет сопоставить время приобретения и утраты определенных генов с геологическими эпохами, экологическими кризисами и региональной динамикой биоты (по крайней мере, в отношении геномов модельных видов прокариот и протистов). Другое обобщение заключается в том, что не только сам геном, но и механизмы горизонтального переноса генов являются объектами эволюционного процесса. Эволюционируют каналы генетической коммуникации, механизмы рекомбинации, участвующие в "приживлении" или "отторжении" чужих генов. Методы геномики помогают исследовать закономерности эволюции механизмов рекомбинации, их роль в изменчивости организмов. Если в какие-то периоды глобальных геосферных и биосферных перемен меняется диапазон векторных систем (вирусов, плазмид, мобильных элементов и т.п.), повышается рекомбинационная активность и частота горизонтальных переносов генов, то увеличивается и вероятность приобретения новых генов, обеспечивающих селективные преимущества клеток. Это не менее важный фактор эволюции, чем изменение темпов спонтанного или индуцированного мутагенеза. Волны горизонтального переноса генов могут быть инициированы повышением плотности контактирующих популяций. Там, где нет активных контактов, не будет и эффективного переноса генов. Особенно результативны такие процессы в многокомпонентных сообществах, где взаимодействуют различные организмы, метаболически связанные между собой. [3]

Заключение

В историческом плане вопрос об эволюции генов является важнейшим, поскольку эволюция генов связана с истоками жизни вообще и ее совершенствованием в частности. Поскольку выявлена «начальная роль в происхождении жизни РНК, то предполагают, то начало эволюции генов датируется 3,5-4 млрд лет назад, когда. Сформировались первые молекулы РНК, которые каким-то образом детерминировали синтез белков, т. е. были первыми хранителями генетической информации. Однако когда выявилась необходимость в повышении эффективности синтеза белков, способность кодирования генетической информации перешла к ДНК, которая стала главным хранителем генетической информации. Что касается РНК, то она оказалась между ДНК и белком, став «переносчиком» информации. Конечно, эта гипотеза не имеет доказательств. Тем не менее многие считают, что появление ДНК связано с усложнением структуры клеток и, следовательно, необходимостью солирования большого количества информации по сравнению с ДНК. Другими словами, с началом участия ДНК в хранении генетической информации стал развиваться генетический код. [2]

Суммируя вышеизложенное, можно заключить,

1. Системы МГЭ эукариотических геномов являются источником инсерционной изменчивости, влияют на экспрессию количественных и качественных признаков, изменяют свои рисунки локализации МГЭ в ответ на отбор по признакам и на внешнее стрессорное (температурное и др.) воздействие. Температурные эффекты МГЭ, вероятно, связаны с действием системы теплового шока. МГЭ выполняют роль своего рода рецепторов внешних стрессирующих сигналов, инициирующих вспышки транспозиционной изменчивости в критические периоды эволюции популяций, что может приводить к быстрому преобразованию гомеостатической видовой нормы и, возможно, -- к видообразованию.

2. В рамках сальтационной теории неравномерной по темпам эволюции анализ механизмов и закономерностей горизонтального переноса генов дает новый ключ к изучению корреляции геосферных изменений и биологической эволюции на планете.

Список использованной литературы

1. Биология. В 2 кн. Кн.1: Учеб. Для медиц. Спец. Вузов / В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И. Н. Волков, В.В. Синельщикова; Под ред. В.Н. Ярыгина. - 4-е изд., испр. И доп. - М.: Высш.шк., 2001 - 432 с.: ил. (с. 149-153)

2. Пехов А. П. Биология с основами экологии: Учебник. 2-е изд., испр. И доп. -СПб.: Издательство «Лань», 2004. - 688с.: ил. - ( Учебники для вузов. Специальная литература).(с.315)

3. С.В.Шестаков «Роль горизонтального переноса генов в эволюции», Доклад, прочитанный на теоретическом семинаре геологов и биологов "Происхождение живых систем". 15-20 августа 2003 г., Горный Алтай, стационар "Денисова Пещера". Электронная публикация

4. "Современные проблемы теории Эволюции" (ред. Л.П.Татаринов). М.: Наука, 1993