Про молекулярний відбір та вік тарганів. Продовження.

тарган

Виявилося, не так легко зібрати по п’ять-десять грамів комах кожного виду, необхідних для аналізу РНК. Адже навіть така порівняно велика комаха, як бджола, важить не більше однієї десятої грама, з яких значна частина припадає на хітиновий скелет, що не йде в аналіз. На щастя, мені в той час доводилось вести літню практику студентів-біологів МГУ в підмосковній місцевості і в моєму розпорядженні було часом до сорока рук і двадцяти сачків. Крім того, багато даних можна було почерпнути з літератури: всього набралося 29 видів комах з 11 загонів. І відразу кинулася в очі чітка тенденція.

Стародавні комахи, які дійшли до наших днів завдяки зберігаючій дії стабілізуючого відбору, мали РНК з великим переважанням гуаніну і цитозину. Наприклад, у дослідженому нами метелику-коромислу, у чорного таргана фактор специфічності не менше як 1,3. У прямокрилих і твердокрилих (жуків) близько 1,2. РНК метеликів містить приблизно рівну кількість гуаніну – цитозину і аденіну – урацилу; фактор специфічності дорівнює одиниці. Сама легкоплавка, найбільш багата аденіном і урацилом РНК виявилася у двокрилих – у них фактор специфічності завжди менше одиниці: 0,7-0,9.

Склалося враження, що в еволюції комах боролися дві протилежні тенденції: стабілізуючий відбір волів РНК стабільну, спрямований, творчий – легкоплавку.

Ми можемо прийняти таку гіпотезу, в результаті стабілізуючого відбору фактор специфічності РНК підвищується; творчий відбір призводить до протилежного результату. Але, як буває в науці, ледь вирішується одне питання, відразу виникає інше: чому ж стабілізуючий відбір воліє, щоб в РНК переважали гуанін і цитозин. а творчий, навпаки, ці підстави відкидає? Яка тривалість життя комахи? У старих дитячих віршика йдеться від особи метелика: «Не довгий мій вік. Він не більше дня … »

Це, зрозуміло, не так. Адже до тривалості стадії дорослої комахи, як його називають ентомологи, – імаго, треба додати вік личинки. А зростання і перетворення (метаморфоз) личинки тривають місяці, а то й роки.

Мабуть, сама довговічна комаха – північноамериканська ясенова цикада. Ці комахи старше багатьох юних людей – 17 років риється личинка цикади в землі, перш ніж вибратися на поверхню і перетворитися в дорослу форму. Хрущ перетворюється на імаго на п’ятому році життя. Не менше двох років триває метаморфоз і у поденщин і великих метеликів. Чорний тарган, залежно від температури навколишнього середовища, стає дорослим у 2-4 роки. Коникам-стрибунцям і метеликам в наших широтах зазвичай потрібно рік на завершення метаморфоза (взимку, при низьких температурах, розвиток зупиняється), але багато метеликів, особливо якщо літо спекотне, встигають дати і друге покоління. Найшвидше розвиваються двокрилі – комарі і мухи. Шкідлива домашня муха за літо може дати більше десяти поколінь. І не випадково генетики зробили більшість відкриттів на дрозофілі – адже від схрещування виробників до появи потомства у неї проходять лише два тижні.

комахи

Ви вже помітили, до чого я хилю? Виявляється закономірність: комахи – представники еволюційно древніх загонів – мають РНК ГЦ-типу і розвиваються з набагато меншою швидкістю, ніж молоді види з меншим вмістом гуаніну і цитозину в РНК, – тобто з низьким фактором специфічності. Ми можемо виміряти цей зв’язок кількісно, якщо виведемо емпіричну формулу.

А маючи формулу, виробити і зворотний розрахунок: визначити ФС (тобто склад РНК) на підставі швидкості метаморфоза комах. Це припущення зручно було перевірити на комах з коротким циклом розвитку. Я зупинився на попелицях. За законом найбільшої шкідливості (такий закон існує і добре знайомий всім експериментаторам) ця ідея виникла взимку, коли попелиць в природі дістати було неможливо. На щастя, співробітники Ботанічного саду з радістю запропонували попелиць, що мешкають на оранжерейних рослинах, з побажанням обібрати всіх до одної. Три дні поспіль я сидів в оранжереї і змітав пензликом в спирт кротних попелиць з листя розмарину. Це була настільки нудна робота, що запах розмарину у мене до сих пір викликає неприємні асоціації.

Далі робота пішла звичайною чергою, але в кінці її обличчя у нас витягнулися. Фактор специфічності виявився дуже високий – 1,35! Стало ясно, що наша гіпотеза не всеосяжна. А потім стало зрозуміло – чому.

Справа в тому, що комахи дуже різняться за вагою в дорослому стані. Як правило, дорослі комахи тяжчі від свого яйця личинки в 2-6 тисяч разів. Попелиці в цьому відношенні представляють дивовижний виняток. Вони або народжують живих личинок, що за вагою лише незначно поступаються матері, або відкладають дуже великі яйця.

Виявилося, нуклеотидним складом РНК визначається не швидкість метаморфоза, а приріст кількості білка в тілі комахи за одиницю часу. Зрозуміло, чому попелиці з їх виключно повільним приростом не корилися нашим розрахункам.

А тепер поставимо собі питання. Ми вільно застосовуємо терміни: древній вигляд і молодий вигляд, але, мабуть, не віддаємо собі звіту в тому, як міряти вік виду. Ясно, що його не можна міряти роками. За 17 років проходить одне покоління ясеневої цикади, 3 покоління хруща, 17 – метеликів, які розмножуються раз на рік, і до 170 поколінь мухи. Покоління – ось справжня міра віку видів.

Але якщо це так, то види з «легкоплавкої» РНК, багатої аденіном і урацилом, тому й піднялися так високо по сходах еволюції, що: мали для цього більше часу. Адже кожне нове покоління відрізняється від попереднього тим, що в ньому з’являються нові організми, які ухиляються від колишнього видового стандарту: зовнішнє середовище сортує їх по життєстійкості і здібності залишити потомство. Більше поколінь – більше матеріалу для відбору: звідси значніше і його результати.

Навпаки, якщо відбір стабілізуючий, якщо зовнішні умови знищують всі відхилення від норми, то кожна зміна поколінь для виду несприятлива, оскільки нежиттєздатні відхилення будуть виникати в кожному новому поколінні. Для виду в даному випадку вигідно подовжити тривалість кожного покоління, підвищити «тугоплавкість» РНК. Стабілізуючий відбір – в той же час спрямований відбір на підвищення відсотка гуаніну і цитозину в рибосомній РНК.

Отже, еволюція комах. Якою вона представляється нам тепер? Деякі молекули ДНК, на яких синтезується рибосомна РНК, під дією безлічі причин змінюються, мутують. Частина цих мутацій може позначитися на РНК: гуаніну і цитозину, може бути в ній менше або більше. У першому випадку вона виявиться більш «легкоплавкою», у другому – більш «тугоплавкою».

Зрозуміло, все, що тут висловлено, поки ще гіпотеза, хоча і дуже ймовірна. Слідом за римським автором Секстом Емпіриком можна повторити: «Ні про що з того, про що тут йдеться, ми не можемо стверджувати, що так було насправді, але висловлюємо це питання так, як це нам зараз здається».

Автор: Б. Медников.

P. S. Про що ще говорять британські вчені: про те, що біологічні дослідження в області молекулярного відбору насправді можуть привести до багатьох нових цікавих відкриттів та винаходів, скажімо в сфері фармацевтики. Вже першими ластівками таких досліджень є деякі медичні препарати, як от скажімо Waklert, які дозволяють побороти безсоння та подолати депресію.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *