Айала, Кайгер - Современная генетика - т.3 (947306), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Мы можем задаться вопросом, достаточна ли частота возникновения новых мутаций для создания необходимой генетической изменчивости. Частоты возникновения мутаций в отдельных генах малы (табл. 20.2), но генов в каждом организме много, а каждый вид представлен множеством особей.
Когда организм или вид рассматриваются в целом, мутации уже оказываются не редким, а вполне обычным событием. Предположим, что геном человека насчитывает 100 тыс. пар генов, а геном дрозофилы-10 тыс. пар, предположим также, что средняя частота мутаций на один ген за поколение составляет 10 '.
Тогда среднее число мутаций, возникающих в одном поколении, можно оценить следующим образом: (2 10' генов) (10 ' мутаций на ген)= 2 мутации на зиготу человека, или (2 10~ 10 ') = 0,2 мутации на зиготу дрозофилы. На земле живет около 4 10в людей. Если у каждого человека возникает по 2 мутации, то общее число новых мутаций у ныне живущего на- Вновь возникающие мутации, как правило, вредны. Влияние новой мутации на жизнеспособность ее носителя может быть как едва заметным, так н катастрофическим.
Вредные мутации, возникаю. щне в человеческой популяции, усугубляют беды человечества. В настоящее время ясно, что многие химические соединения, синтезированные для различных промышленных целей, мутагенны. Для того чтобы свести к минимуму воздействие мутагенных факторов на людей, необходимо уметь их быстро идентифицировать. Оказалось, что многие химические канцерогены вызывают мутации со сдвигом рамки сами по себе или преобразуются в клетке в формы, вызывающие такие мутации.
В настоящее время активно обсуждается гипотеза, согласно которой канцерогены индуцируют мутации, которые и служат причиной образования злокачественных опухолей. Брюс Эймс использовал хорошо изученные мутации, вызывающие сдвиг рамки в гене и(в В у За!июивИа гурЫтип'- ти (рис. 20.10), для оценки химических соединений на мутагенность и канцеро- геиность.
Эта система оказалась более дешевой и оперативной, чем те, в которых используются лабораторные млекопитаюшие. В данном случае выясняют способность различных химических соединений нндуцировать реверсии известных мутаций со сдвигом рамки к гену Я(в 11 дикого типа. Проводится эта проверка довольно просто: ревертанты дикого типа образуют колонии на среде, в которой отсутствует гистидин. Тестерные штаммы более чувствительны к мутагенезу, если их клетки содержат мутации, инактивируюшие систему эксцизионной репарации. Поскольку многие соединения проявляют мутагенную или канцерогенную активность лишь прн активации ферментами млекопитающих, то область применения метода, использующего сальмонеллу, расширяется при добавлении в культуральную среду экстракта крысиной печени.
Для контроля химических соединений, используемых при консервировании пищевых продуктов, изготовлении косметических препаратов, соединений, придающих огнеупорность и т.п., широко применяют тестирование по Эймсу н метод Меллер-5. 20. Мутации генов селения земного шара составляет 8 10в. У насекомых среднее число особей одного вида равно примерно 1,2 10в. Если считать, что у каждого насекомого в среднем появится 0,2 новых мутаций, то у вида в целом возникнет около 2,4 10' новых мутаций за поколение, Виды других типов организмов, в том числе и позвоночных, могут быль менее многочисленны, чем виды насекомых, но даже у них число новых мутаций, в каждом поколении, довольно велико.
Когда рассматривается вид в целом, то в каждом поколении, даже в отдельно взятых локусах, возникает довольно много мутаций. Если средняя частота появления мутаций на ген на поколение равна 1О ', то в среднем на каждый покус человека, рассматриваемого как биологический вид,приходится около 80000 новых, неизученных мутаций за одно поколение в каждом локусе (4 10в людей х 2 гена в покусе х 10 ' мутаций на ген). У среднего по численности вида насекомых число мутаций, возникающих в каждом покусе за поколение, может составлять около 2400.
Вот почему не удивительно, что разные виды и различные популяции одного вида приспособлены к конкретным условиям. Например, в районах активного применения инсектицида ДДТ у многих видов насекомых эволюционно возникла устойчивость к нему. В гл. 22 мы увидим, что природные популяции обладают большим запасом генетической изменчивости, накопленной за счет мутаций, возникших в предшествовавших поколениях.
Но даже если у вида в данный момент не оказывается аллеля, необходимого для адаптации к новым условиям, такой аллель вполне может скоро появиться в результате мутации. Потенциальные возможности мутационного процесса в создании новой изменчивости огромны. Мутации как случайный процесс Часто мутации характеризуют как редкие случайные, ненаправленные события, Эти термины используют как синонимы, но существует по крайней мере три различных смысла„которые могут вкладываться в этн слова: 1. Мутации представляют собой редкие случайные события, прежде всего в том смысле, что онн являются редкими исключениями в нормальном регулярном процессе репликации ДНК, при котором обычно происходит точное копирование наследственной информации, закодированной в последовательности нуклеотидов.
2. Мутапии — это редкие, случайные события также и потому, что невозможно узнать, возникнет ли мутация в данном гене в конкретной клетке или в конкретном поколении. Мы не можем предсказать в отношении определенного генного локуса, в каком из организмов возникнет новая мутация, а в каком— нет; мы не можем также предсказать, какой из генов подвергнется мутации в данном организме. Однако это не означает, что в мутационном процессе не существует никаких закономерностей. Закономерности характерны для тех стохастических процессов, которым можно приписать определенные вероятности. Существует определенная вероятность (хотя мы можем ее и не знать) того, что данный ген мутирует в некий определенный другой (см. табл.
20.2), и существует также определен- Эволюция генетического материала ная вероятность того, что в популяции определенного размера возникнет новая мутация. Из этого не следует, однако, что возникновение любой мутации одинаково вероятно. Например, различны вероятности возникновения транзиций и трансверсий, а вероятносп замен оснований отлична от вероятностей мутации со сдвигом рамки.
3. Мутации-это редкие, случайные и ненаправленные события и еще в одном смысле, очень важном для эволюции. Они не обязательно адаптивны, т.е. не обязательно увеличивают приспособленность организма к условиям его обитания. У человека известны мутации около 2,5 тыс. генных локусов. Большая часть этих мутаций приводит к различным нарушениям нормального развития от едва заметных до летальных. Мутантные гены могут быть летальными или вызывать стерильность, могут также понижать жизнеспособность. Такие мутации хорошо известны у многих организмов, Например, в природных популяциях дрозофилы около 20;4 или даже более всех хромосом несут по крайней мере по одной мутации, летальной в гомозиготном состоянии. Летальные и другие мутации могут проявляться на разных стадиях развития, начиная с раннего эмбриогенеза и далее на протяжении всей жизни особи.
Они могут затрагивать различные ткани, системы органов, особенности поведения или метаболические процессы, Таким образом, даже беглый перечень особенностей большинства мутаций, наблюдаемых у человека, и у других хорошо известных видов, таких, как дрозофила, обнаруживает их неадаптивный характер. Мутации возникают не для того, чтобы обеспечить лучшую приспособленность организмов к условиям их обитания. Этот факт, уже давно очевидный генетикам, изучающим высшие организмы, не признавался бактериологами до конца 40-х годов.
Большинство ученых, изучавших мутации бактерий, считали, что мутации происходят в бактериальных популяциях в ответ на возникновение новых селективных условий. Например, когда в чашку Петри со средой, содержащей пенициллин, высевают чувствительные к пенициллину бактерии, на поверхности агара появляется несколько устойчивых к этому антибиотику колоний, причем их устойчивость наследуется. Данньгй факт объясняли тем, что устойчивость к пенициллину индуцируется самим пенициллином. Методология, применявшаяся бактериологами, когда они использовали селективные среды для выделения мутантных штаммов, не позволяла ответить на вопрос, отбираются ли при этом мутанты, уже ранее существовавшие в популяции, нли само их возникновение индуцируется фактором отбора.
Мало того, некоторые микробиологи вообще подвергали сомнению факт существования генов в бактериях! По их мнению, отбираемые колонии могут состоять из бактерий, приобретших новое физиологическое состояние, позволяющее им приспособиться к жизни в новых условиях. Фактически такие взгляды тормозили признание идеи о том, что ДНК представляет собой наследственное вещество, хотя на это однозначно указывала трансформирующая активность ДНК, выделенной из пневмококка (см.
гл. 4). Спонтанная природа мутаций и неадаптивность были признаны все- 20. Му»ывин генов 25 Таблина 20.3. Флуктуаннонный тест на спонтанную природу устойчивых к фагу Т! мутантов Е. сон (По КЕ. Ьиг1а н М. Пе18гбсй, 1943, Пепе!)ы, 28, 491). Ииливилуааьиыс культуры Выборки из массовой культуры Число бактерий т!к Число бактерий т!к Вт культуры Ла пробы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 15 13 21 15 14 26 16 20 13 16,7 15 0,9 ми благодаря работе Дурна и Дельбрюка, изучивших возникновение у Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
