12087 (Молекулярный механизм эволюции), страница 2

Что же могло изменить нормальное развитие мушек с „испорченным“ HSP-90? Существовали три возможности. Во-первых, такие мутанты могли оказаться просто более чувствительными к микроизменениям окружающей среды, что и вызвало появление дефектов их эмбрионального развития, — напомним, что этот белок, кроме своего действия на сигнальные рецепторы, защищает клетки и от всяких стрессов, вызванных такими микроизменениями.

Во-вторых, могло статься, что HSP-90 каким-то образом участвует в контроле за удвоением наследственных молекул при делении клеток, тогда при его отсутствии или порче это удвоение могло происходить не вполне точно, с генетическими ошибками.

Наконец, была и третья, самая интересная возможность: в аминокислотных цепях сигнальных рецепторов могли существовать какие-то скрытые мутации, какие-то заменённые аминокислоты, — напомним, что такие замены, как мы уже говорили, как раз и вызывают нежелательные изменения формы рецептора. Пока белок HSP-90 „насильственно“ удерживал рецептор в нужной (нормальной) форме, влияние этих скрытых мутаций не могло проявиться, но как только его стабилизирующее наружное действие было устранено (из-за его порчи), эти скрытые мутации дали о себе знать. Они изменили форму рецептора, это повлияло на передачу сигналов, а искажённые сигналы вызвали аномальное развитие клеток. Как уже было описано выше, клетки эмбриона, которые должны были получить сигнал на специализацию в клетки глаза, при искажении сигнала могли специализироваться в клетки конечностей и т. п.

Почему третья возможность — „самая интересная“? Потому что в этом случае вырисовывается вероятная картина молекулярного механизма ускоренной эволюции под стрессом: стресс отвлекает часть молекул HSP-90 от задачи стабилизации сигнальных рецепторов, это позволяет „проявиться“ сразу всем тем скрытым мутациям, которые накоплены в сигнальных рецепторах за предшествующие поколения, а проявление сразу большого числа ранее накопленных мутаций как раз и обеспечивает то ускоренное возникновение многочисленных разновидностей, которое никак нельзя было объяснить одновременным появлением всего этого множества мутаций как раз в процессе стресса.

Иными словами, загадка ускоренной эволюции под стрессом решалась бы именно тем, что эта быстрота обусловлена не одновременным появлением множества новых мутаций, а одновременным проявлением множества мутаций, накопленных ранее, но до поры до времени (стресса) скрытых.

Теперь мне остается лишь сказать, что последующие эксперименты Резерфорд и Лундквист подтвердили именно эту, третью возможность.

Попутно выявилось ещё одно интереснейшее обстоятельство. Оказалось, что если скрещивать дефектных мушек до шестого-седьмого поколения, то проявление некоторых дефектов (например, глаза и крыла) перестаёт зависеть от наличия или отсутствия HSP-90. Как это понимать?

Резерфорд и Лундквист объяснили это тем, что существует, видимо, какой-то порог проявления скрытых мутаций: если их число в молекуле рецептора ниже определённого, „порогового“ значения, они могут влиять на форму рецептора только при полном отсутствии HSP-90, но если их число выше этого порога, они проявляются (то есть влияют на рецептор и меняют сигнальные пути, что приводит к появлению дефектных эмбрионов) независимо от стабилизирующего действия защитного белка. Грубо говоря, способность скрытых мутаций влиять на аминокислотную цепь рецептора становится больше способности HSP-90 удерживать эту цепь от таких влияний. Иначе говоря, с увеличением числа поколений происходит накопление скрытых мутаций, ведущее в конце концов к их проявлению даже вопреки действию HSP-90.

Почему всё это так важно? Подставьте на место слова „дефект“ более широкое словосочетание „новый признак“ (ведь появление дефекта есть частный случай появления нового признака), и вся описанная выше картина тотчас окажется картиной эволюции в естественных условиях.

В самом деле, в естественных условиях весьма часто возникают такие стрессы, которые отвлекают часть молекул HSP-90 на защиту клеток от этого стресса и тем самым понижают их концентрацию вблизи сигнальных рецепторов. Это приводит к некоторому понижению порога проявления скрытых мутаций, способных вызвать появление нового признака.

Подсчёты показывают, что достаточно понизить этот порог даже на пару десятков процентов, чтобы количество особей с „надпороговым“ числом скрытых мутаций оказалось вполне заметным (несколько процентов от общего числа особей в коллективе). Потомство этих особей обретёт новый признак, станет новой разновидностью внутри данного вида. Дальше уже вступит в действие естественный отбор. Если этот новый признак будет давать „дефектным“ особям хотя бы небольшое преимущество в адаптации, естественный отбор начнёт увеличивать частоту его появления в коллективе (иными словами, потомство этих особей будет выживать лучше, чем потомство других, и их доля в коллективе будет неуклонно возрастать). По мере продолжения их скрещиваний друг с другом среди этих особей будут всё чаще появляться те, у которых число скрытых мутаций больше порога даже в присутствии HSP-90. Если теперь стрессовые условия кончатся, настанут „спокойные времена“, HSP-90 вернётся к исполнению своих обязанностей по надзору за сигнальными рецепторами, и порог проявления скрытых мутаций поднимется опять до своего нормального значения, это уже не сможет изменить ситуацию: в коллективе уже накопилось достаточно особей, способных преодолеть и этот порог. Новый признак будет сохраняться и далее.

По мнению Резерфорд и Лундквист, проявление скрытых мутаций, ведущее к устойчивым эволюционным изменениям, является, видимо, главным или, во всяком случае, одним из важнейших молекулярных механизмов эволюции. Способы этого проявления, возможно, могут быть различны, на это как будто указывают исследования некоторых других экспериментаторов, но среди этих способов проявление скрытых генетических вариаций посредством нарушения функций HSP-90 явно занимает особое место, выделяясь как разнообразием, так и масштабом проявляющихся телесных изменений. Даёт ли это основание считать этот конкретный способ проявления скрытых мутаций „главным“ молекулярным механизмом эволюции — другой вопрос. Не случайно Резерфорд и Лундквист именно в этом месте своей статьи поставили вопросительный знак.

Но подумать только — весь гигантский Кембрийский взрыв мог быть следствием проявления накопленных за миллиардолетия скрытых мутаций, обнажившихся в результате того, что крохотные молекулы HSP-90 отвлеклись на защиту клеток от внезапно возникшего избытка кислорода!

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://wsyachina.narod.ru