Ученые выявили древний ген, благодаря которому развилось зрение
Глаз настолько сложен, что даже Чарльз Дарвин не мог объяснить, как он мог возникнуть. Теперь оказывается, что эволюция глаза позвоночных получила неожиданный импульс — от бактерий, которые внесли ключевой ген, участвующий в реакции сетчатки на свет.
Их результаты показывают, как сложные структуры, такие как глаз позвоночных, могут развиваться не только за счет модификации существующего генетического материала, но также за счет приобретения и интеграции чужеродных генов. Это невероятно,говорит Лин Чжу, биолог из Института сохранения зрения Сиднейского университета.
Известно, что бактерии легко обмениваются генами, упакованными в вирусы или мобильные части ДНК, называемые транспозонами, или даже в виде свободно плавающей ДНК. Но позвоночные тоже могут включать микробные гены. Когда в 2001 году был впервые секвенирован геном человека, ученые думали, что он содержит около 200 генов, происходящих от бактерий, хотя микробное происхождение многих из них не подтвердилось.
Надеясь усовершенствовать эти более ранние попытки, Мэтью Догерти, биохимик из Калифорнийского университета в Сан-Диего, и его коллеги использовали сложное компьютерное программное обеспечение, чтобы проследить эволюцию сотен человеческих генов путем поиска подобных последовательностей у сотен других видов. Гены, которые, казалось, впервые появились у позвоночных и не имели предшественников у более ранних животных, были хорошими кандидатами на то, чтобы перескочить от бактерий, особенно если они имели аналоги у современных микробов. Среди десятков потенциально чужеродных генов один поразилученых.
Уже было известно, что ген, названный IRBP (межфоторецепторный ретиноид-связывающий белок), важен для зрения. Белок, который он кодирует, находится в пространстве между сетчаткой и пигментным эпителием сетчатки, тонким слоем клеток, покрывающим сетчатку. В глазу позвоночных, когда свет попадает на светочувствительный фоторецептор в сетчатке, комплексы витамина А перегибаются, вызывая электрический импульс, который активирует зрительный нерв. Затем IRBP перемещает эти молекулы в эпителий, где они разгибаются. Наконец, он доставляет восстановленные молекулы обратно к фоторецептору. Этот ген необходим для зрения всех позвоночных».
IRBP позвоночных больше всего напоминает класс бактериальных генов, называемых пепсидазами, белки которых рециркулируют другие белки. Поскольку IRBP обнаружен у всех позвоночных, но, как правило, не у их ближайших беспозвоночных родственников, Догерти и его коллеги предполагают, что более 500 миллионов лет назад микробы передали ген пепсидазы предку всех живых позвоночных. Как только ген был на месте, функция рециркуляции белка была потеряна, и ген дважды продублировал себя, что объясняет, почему IRBP имеет четыре копии исходной ДНК пепсидазы. Догерти предполагает, что даже у своих микробных предшественников этот белок мог иметь некоторую способность связываться со светочувствительными молекулами. Затем другие мутации завершили его превращение в молекулу, которая могла вырваться из клеток и служить в качестве челнока.
Не все согласны с тем, что эволюция IRBP имела решающее значение для зрения позвоночных. Как отметил биолог из Университета Дьюка Сёнке Йонсен, глаза беспозвоночных обходятся без IRBP. Вместо того, чтобы метаться туда-сюда, комплекс витамина А остается в сетчатке, где одна длина волны света сгибает светочувствительную молекулу, а другая разгибает ее. Некоторые исследователи предполагают, что этот механизм препятствует ночному видению беспозвоночных. Догерти соглашается с тем, что зависимость позвоночных от IRBP может быть просто исторической случайностью.
В любом случае, работа поддерживает идею о том, что горизонтальный перенос генов может помочь наделить организмы новыми функциями. Как только эти гены укореняются в новом виде, эволюция может воздействовать на них, создавая совершенно новые способности или улучшая существующие.
