Kopš tādas parādības kā horizontālā gēnu pārnese atklāšanas, proti, nevis no vecākiem uz pēcnācējiem, visa dzīvā pasaule uz mūsu planētas ir pārstāvēta kā vienota informācijas sistēma. Un šajā sistēmā kļūst iespējams aizņemties veiksmīgu vienas sugas evolūcijas izgudrojumu no citas. Kas ir vertikālā un horizontālā gēnu pārnese, kādi ir šī procesa mehānismi un piemēri organiskajā pasaulē - tas viss ir rakstā.
Kaimiņu gēni
Ikviens zina, ka gēnus mēs iegūstam no vecākiem. Un viņi ir no saviem vecākiem. Šī ir vertikālā pārsūtīšana. Un, ja pēkšņi notiks mutācija, kas izrādīsies noderīga izdzīvošanai vai adaptācijai, un iegūs stabilu vietu populācijas genomā, tad suga iegūs priekšrocības cīņā par eksistenci.
Tajā pašā laikā cilvēkam ir savi gēni,laputīm ir savs, un haizivīm ir savs. Viņiem ir gandrīz neiespējami nokļūt starp sugām. Bet dažreiz tā notiek - tā ir horizontāla gēnu pārnese.
To dara mūsdienu gēnu inženierija. Ģenētiski modificēti organismi ir šādas gēnu pārneses rezultāts (piemēram, gaišais tardigrads augstāk esošajā fotoattēlā). Taču dabā šī parādība pastāv jau ilgu laiku.
Lietes būtība
Vertikālā gēnu pārnese ir iedzimta materiāla pārnešana no vecāku formām uz meitas organismiem.
Horizontālā gēnu pārnese ir dabiska situācija, kad gēni tiek pārnesti no viena pieauguša organisma uz citu. Tajā pašā laikā objektīvi pastāv divi organismi, un dažreiz tie pieder pie dažādām bioloģiskām sugām.
Horizontālas gēnu pārneses piemērs baktērijās ir rezistences gēnu pārnešana no viena baktēriju celma uz citu.
Nepieciešamie nosacījumi
Lai saprastu šo parādību, ir jāzina nosacījumi, kādos principā šāda pārsūtīšana ir iespējama, proti:
- Ir nepieciešams starpnieks gēnu "transportēšanai" no vienas šūnas uz otru, no viena organisma uz otru.
- Ir jābūt molekulāram mehānismam, kas ļautu saimnieka gēnu komplektā ievietot svešus gēnus.
Šos nosacījumus var izpildīt retrovīrusi un citi transpozoni (DNS elementi). Un tieši šādas horizontālās gēnu pārneses metodes mūsdienās ir pieņēmušas gēnu inženieriju.
Lai ganMūsdienās šādas gēnu pārneses mehānismi tikai tiek pētīti, bez vīrusiem šāda pārnešana var notikt arī ar brīvu dezoksiribonukleīnskābju sekciju (transposonu) palīdzību, kas organismā nonāk vienkāršas ievadīšanas ceļā vai ar parazītiskiem organismiem. Pēdējais var mainīt ne tikai saimnieka ģenētisko aparātu, bet arī tā ekoloģisko vietu biocenozes sistēmā.
Fons
Tā bija antibiotiku rezistences gēnu pārnešana starp dažādiem baktēriju celmiem, kas pirmo reizi tika aprakstīta Japānā 1959. gadā.
Jau deviņdesmito gadu vidum molekulārie biologi pierādīja, ka horizontālā gēnu pārnese prokariotos un eikariotos ir saistīta ar dzīvības evolūcijas attīstību uz mūsu planētas.
2010. gadā tika publicēts profesora Sedrika Fešota pētījums, kurā tika sniegta oposuma un saimiri pērtiķu genoma analīze. Viņus sakoda viena veida blaktis. Zīdītāju genomos ir atrasts transpozons, kam ir 98% identitāte ar kukaiņiem. Jūsu zināšanai, šīs kļūdas iekož ne tikai pērtiķus un oposumus.
No šī brīža hipotēze par horizontālo gēnu pārnesi starp dažādām organismu jomām ir kļuvusi par jaunu bioloģijas paradigmu.
Krāsainas kļūdas
Un, ja horizontālā gēnu pārnese baktērijās pēdējo 30 gadu laikā nav radījusi šaubas biologos, tad tās iespējamība daudzšūnu organismos ir radījusi daudz jautājumu. Tieši tad biologu uzmanību piesaistīja parastā laputis, kurāir indivīdi ar zaļu un sarkanu ķermeņa krāsu.
Pigmentu, kas piešķir krāsu sarkanajiem indivīdiem, analīze atklāja karotinoīdu - augu pigmentu - klātbūtni. Kur laputis ieguva gēnus, kas ir unikāli augu organismiem? Mūsdienās kukaiņu genoma sekvencēšana pētniekiem ir diezgan vienkārša lieta. Tādā veidā tika atklāts, ka laputu gēni, kas atbild par sarkanā pigmenta sintēzi, ir pilnīgi identiski dažu sēņu gēniem, kas parazitē laputu organismā, nenodarot nekādu redzamu kaitējumu.
Visticamāk, laputu evolūcijas rītausmā (apmēram pirms 80 miljoniem gadu) notika ģenētiskās iekārtas kļūme, un sēnīšu gēni tika iebūvēti kukaiņu genomā.
Evolūcija un bioloģiskā daudzveidība
Visa organiskās pasaules filoģenētiskā sistemātika balstās uz Darvina diverģences koncepciju. Tās būtība ir šāda: tiklīdz starp sugas populācijām notiek reproduktīvā izolācija, mēs varam runāt par sugu veidošanās procesu. Un jau divas sugas turpina attīstīties, pamatojoties uz dabisko atlasi un nejaušām mutācijām.
Horizontālās gēnu pārneses atklāšana starp sugām un lielākiem taksoniem tikai pierādīja, ka tik īsā laiktelpas periodā (4 miljardi gadu) dzīvā viela uz mūsu planētas var pāriet no vienšūnu formām uz augsti organizētām daudzšūnu formām.
Tādējādi visa planētas biota kļūst par vienu laboratoriju jaunu iedzimtu īpašību radīšanai, un tā ir gēnu horizontālā kustībavarētu un turpina ievērojami paātrināt evolūcijas procesu.
Aizņemsimies dažus gēnus
2015. gadā ģenētiķis Alisters Kripss no Kembridžas (Apvienotā Karaliste) pētīja 12 augļu mušu Drosophila sugu, 4 apaļo tārpu sugu un 10 primātu sugu genomus (viena no tām ir cilvēks). Zinātnieks meklēja "svešas" DNS sadaļas.
Pētījumu rezultāti ir apstiprinājuši 145 reģionu klātbūtni genomos, kas radušies horizontālās gēnu pārneses rezultātā eikariotos.
Daži no šiem gēniem ir iesaistīti olb altumvielu un lipīdu metabolismā, otrs – imūnās reakcijās. Vissvarīgākais ir tas, ka bija iespējams identificēt iespējamos šo gēnu donorus. Izrādījās, ka tie ir protisti (vienkāršākie eikarioti), baktērijas (prokarioti) un sēnītes.
Kas par mums
Ir jau droši zināms, ka horizontālas gēnu pārneses rezultātā cilvēkiem parādījās gēni, kas ir atbildīgi par AB0 asinsgrupām.
Lielākā daļa pierādījumu par šādu gēnu pārnesi primātiem ir ļoti sena izcelsme, kas datēta ar kopīgu priekšteci ar citiem hordātiem.
Saskaņā ar jaunākajiem pētījumiem, placentas veidošanās cilvēkiem ir atbildīga arī par vīrusa gēnu, kas tika notverts kaut kur placentas dzīvnieku veidošanās rītausmā.
Cilvēka genoma sekvencēšanas rezultāti parādīja, ka tajā ir aptuveni 8% vīrusu genomu gabalu, ko sauc par "miega gēniem".
Mutantu laikmets
Šeit mēs nonākamtēma par šausmu stāstiem, ar kuriem zaļie aktīvisti biedē. Ko darīt, ja šie "guļošie" gēni ieslēdzas? Vai arī ērce iekož cilvēku un ievelk viņa genomā kaut kādas šausmas? Vai arī mēs ēdam ģenētiski modificētas sojas pupiņas un kļūstam par mutantiem? Bet galu galā 4 miljardus gadu bioloģiskā daudzveidība uz planētas ir tikai palielinājusies, un jūs un es joprojām esam mazliet kā vaļi, tāpat kā laputis ir kā sēnes. Kāpēc tā?
Pirmkārt, horizontālās pārneses mehānisms dabā pastāv tik ilgi, kamēr pastāv pati dzīvība. Un uz laputu piemēra ir pilnīgi skaidrs, ka šāda gēnu pārnese bija vērsta tieši uz organismu pielāgošanās spējas palielināšanu vides apstākļiem (sarkanie ir mazāk redzami uz noteiktām augu daļām). Un gēnu inženieri šajā ziņā neko jaunu neizdomāja. Tomātiem ar arktisko zivju gēniem ir paaugstināta aukstuma tolerance, kas ļauj tos audzēt ziemeļu reģionos.
Otrkārt, neskatoties uz ģenētiskās pārneses iespējamību, mēs vēl neesam novērojuši visu planētas dzīvo organismu genoma apvienošanos (viendabīgumu). Bioloģiskās sistēmas, kas ir šūna un organisms, stabilitāte ir pietiekami augsta, lai ierobežotu neefektīvu gēnu pārnesi. Bet tajā pašā laikā tieši šī pārnese ir bioloģiskās evolūcijas instruments, kas noved pie bioloģiskās daudzveidības. Tāpēc nepaies ilgs laiks, kad lāči izskatīsies pēc pūķiem un suņi pēc hameleoniem.
