Молекулярные часы

Чем больше времени отделяет два вида от той эпохи, когда жил их общий предок, тем больше различаются ДНК этих видов.

Согласно центральной догме молекулярной биологии, химическая индивидуальность каждого живого организма определяется последовательностью пар оснований в ДНК этого организма. Теория эволюции утверждает, что виды развиваются в течение времени, и параллельно этому развитию изменяются их ДНК. К изменению ДНК могут привести различные события. Например, медленное накапливание мутаций, массовые ошибки при копировании или проникновение последовательности вирусных нуклеиновых кислот. Но одно можно утверждать смело — чем больше прошло времени с тех пор, как жил общий предок двух видов, тем длиннее период, в течение которого происходили эти изменения, и, следовательно, тем сильнее отличаются последовательности ДНК этих двух видов.

Следует отметить несколько моментов, касающихся этого утверждения. Во-первых, подсчитав различия между последовательностями ДНК, мы можем построить генеалогическое древо всех живых организмов. Например, у человека и шимпанзе совпадают 98% ДНК. Это означает, что наш общий предок жил совсем недавно. В то же время у человека и лягушек совпадающая часть ДНК значительно меньше, следовательно наша ветвь отделилась от ветви, занимаемой земноводными, значительно раньше. Теория эволюции предсказывает, что построенное таким образом генеалогическое древо должно быть сходно с древом, построенным в прошлом веке на основании изучения окаменелостей. По моему мнению, совпадение двух генеалогических древ является одним из самых убедительных доказательств эволюции. Оно также показывает, что теория эволюции может быть подвергнута проверке (как уже говорилось во Введении, это одно из важнейших требований любой научной теории), поскольку могло оказаться, что люди генетически более близки к лягушкам, чем к шимпанзе.

Метод молекулярных часов использует данные ДНК более фундаментально. Если изменения ДНК происходят с некоторой средней скоростью — если молекулярные часы тикают равномерно — то, подсчитывая количество различающихся пар оснований в последовательностях двух видов, мы можем получить представление о времени жизни их последнего общего предка. Если частота изменений ДНК постоянна, анализ современной ДНК может рассказать нам о шкалах времени на разных этапах развития генеалогического древа.

В 1980-е годы, когда впервые была предложена концепция молекулярных часов, от исследователей ожидали услышать, что изменения во всех ДНК происходят с одинаковой скоростью — что все часы тикают с одним и тем же интервалом. Однако оказалось, что существует много разных молекулярных часов, и все они идут с разной скоростью. Например, пары оснований в последовательности важного гена не могут сильно измениться без ущерба для организма в целом, поэтому часы, показывающие время для пар оснований в таких генах, идут относительно медленно. С другой стороны, большинство сегментов ДНК не влияют на химические процессы в организме, поэтому для этих сегментов часы могут идти быстрее.

Пожалуй, больше всего привлекает в методе молекулярных часов перспектива его применения к недавней эволюции человека. Чтобы лучше все это понять, вам нужно знать, что внутри каждой клетки высокоразвитых организмов имеются крохотные органеллы — митохондрии. В них сгорает топливо клетки — то есть осуществляется важнейшая функция обмена веществ. Считается, что митохондрии впервые проникли в более сложно организованные клетки миллионы лет назад в процессе симбиоза. Две клетки, эволюционировавшие независимо друг от друга, обнаружили, что им пойдут на пользу партнерские отношения, при которых одна клетка будет жить внутри другой. Тот факт, что в митохондрии содержится собственная небольшая петлевидная ДНК (в митохондриальной ДНК человека 26 генов), говорит о том, что это событие произошло очень давно.

В сперматозоидах нет митохондрий, поэтому вся митохондриальная ДНК в вашем организме получена вами из яйцеклетки матери. Другими словами, митохондриальная ДНК передается по материнской линии. Установлено, что молекулярные часы митохондриальной ДНК тикают почти в 10 раз быстрее, чем часы ДНК, содержащейся в клеточном ядре. Поэтому для анализа и была выбрана митохондриальная ДНК — ведь за определенный промежуток времени в ней произойдет значительно больше изменений, чем в ядерной ДНК.

Митохондриальная ДНК впервые привлекла к себе всеобщее внимание после того, как в 1987 году группа американских исследователей получила митохондриальные ДНК от 147 представителей различных рас из разных уголков мира и установила количество мутаций, их различающих. По результатам первого анализа складывалось впечатление, что все современные люди ведут свою родословную от одной и той же женщины, которая жила в Африке около 200 000 лет назад. Эту женщину немедленно нарекли Евой (или, для большей наукообразности, Митохондриальной Евой) и даже поместили ее на обложку крупного общественно-политического журнала.

К сожалению, этот сногсшибательный результат не выдержал испытания более полным анализом, и ученые больше не вспоминают Еву (она пала жертвой критического анализа ДНК, сделанного компьютерной программой). Согласно последним научным веяниям, данные ДНК указывают на то, что все современные люди произошли от довольно небольшой популяции — около 5–10 тысяч человек, — жившей в Африке 100–200 тысяч лет назад.


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • vraatyah  | 26.12.2005 | 00:02 Ответить
    >К сожалению, этот сногсшибательный результат не выдержал испытания более полным анализом, и ученые больше не вспоминают Еву (она пала жертвой критического анализа ДНК, сделанного компьютерной программой). Согласно последним научным веяниям, данные ДНК указывают на то, что все современные люди произошли от довольно небольшой популяции - около 5-10 тысяч человек, - жившей в Африке 100-200 тысяч лет назад

    такое впечатление, что последний абзац писал другой автор, не тот кому принадлежит остальной текст. Путаница понятий предкового гаплотипа по некоторому локусу, и предковой популяции - совершенно непростительна. Конечно, популяция от которой произошли все современные люди, включала не одну тысячу человек, иначе бы человечество просто погибло от наследственных болезней вызванных родственными браками. Но к митохондриям подобная логика неприменима, ведь эта самая Ева в том момент была далеко не единственной женщиной, просто остальные линии, восходящие к другим женщинам, к настоящему времени не сохранились. Для локуса, который наследуется не от обоих родителей, а только с одной стороны (женской) потеря линий - совершенно нормальное явление, точно такая же картина известна по Y-хромосоме. Теория мито-Евы не только подтвердилась, более того, с каждым годом прогресс в изучении корневой части африканского древа позволяет уточнять новые детали ранней истории митохондриального локуса. Опубликовано более 2000 полных сиквенсов митохондриального генома человека, и несколько десятков тысяч частичных, и среди них нет НИ ОДНОГО, который бы не вписывался в глобальное древо, в корне которого находится тип этой самой "митохондриальной Евы". Можно спорить о скорости мутаций (и тем самым о возрасте "мт-Евы" или "У-Адама"), о демографии древних популяций, можно пытаться опровергнуть теорию "Из Африки" - это вполне разумные темы для разговора, но утверждать что столь простой, закономерный, и очень сходный у всех людей локус как мтДНК, не имеет общего предка - просто бред. Почему тогла не сказать что аллели групп крови - совершенно независимые эволюционные образования, случайно оказались в одном локусе, случайно приобрели близкие функции?
    Ответить
    • stranger > vraatyah | 04.06.2006 | 23:15 Ответить
      "Но к митохондриям подобная логика неприменима, ведь эта самая Ева в том момент была далеко не единственной женщиной, просто остальные линии, восходящие к другим женщинам, к настоящему времени не сохранились." Если исходить из такого предположения, то нынеживущие произошли от одной женщины...
      Хотя говорить здесь "женщина", не совсем адекватно, правильное говорить самка, так мы могли произойти, скажем, от одной самки обезьяны, потомки которой образовали популяцию, из которой, в свою очередь, вышел человек.
      Вид, касаемо высокоорганизованных животных, не может произойти от одной особи - ей не с кем будет скрещиваться. Но есть данные по выживанию малых групп при изоляции, например дрозофилы или рыбы. При этом происходит довольно быстрое видообразование, то есть расхождение с материнской популяцией по многим признакам.
      Митохондриальная ДНк быстро мутирует и дальние родственные связи не установить, так как мы не можем сказать, что в каждой точке мутации произошла одна мутация, а не две и более. Когда родственники близкие вероятность этого, повторной мутации, очень мала.
      Я не могу сказать какой временной отрезок можно считать с помощью митохондриальной ДНК...
      Ответить
      • rod1gin > stranger | 11.01.2009 | 20:22 Ответить
        > "если исходить из такого предположения, то нынеживущие произошли от одной женщины"
        Не-а. Допустим, у некоторой женщины родился сын, у него, в свою очередь родилась дочь. Эта дочь "произошла" от первой женщины, но её митохондриальной ДНК не унаследовала.
        В данном случае не "самка", а "женщина" - 200 тыс. лет назад род Homo уже существовал.
        Ответить
  • stranger  | 04.06.2006 | 23:50 Ответить
    Статья очень не однозначная с мое точки зрения биолога.
    "Считается, что митохондрии впервые проникли в более сложно организованные клетки миллионы лет назад в процессе симбиоза." Митохондрии - бывшие одноклеточные организмы, которые в процессе симбиоза, стали облигатными симбионтами. Облигатными и для хозяина - он не может без них существовать. Нельзя говорить, что та клетка, в которою "залезли" была более сложно организована. В процессе симбиотических приспособлений часть митохондриальных генов "перешло" в ядро клетки.
    "митохондрии содержится собственная небольшая петлевидная ДНК" - видимо дефект перевода, так как ДНК бывает кольцевой, как у бактерий...
    И вся фраза тоже не понятна. Почему наличие ДНК в митохондрии говорит о том, что симбиоз прошел давно? ДНК было изначально в митохондрии, но за время симбиоза сильно изменилась.
    Согласен с тем, что последний обзац совершенно не адекватен.
    Ответить
  • D Voronov  | 19.12.2006 | 23:14 Ответить
    Статья содержит массу посторонней информации (о симбиогенезе, "митохондриальной Еве", сперматозоидах и т.д.), да еще и с ошибками, на что указано другими читателями. В то же время нет ни слова о калибровке молекулярных часов. Молекулярные часы предложены в 1960-е гг. Полингом и Цукеркандлем (кои вообще не упомянуты), а не в 1980-е гг., как пишет автор. В Википедии о молекулярных часах написано гораздо лучше:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_clock
    Ответить
    • kakoka > D Voronov | 21.05.2007 | 01:05 Ответить
      В сперматозоидах митохондрии есть.
      http://dapamojnik.by.ru/sprav/eg_45.shtml
      И есть мнение, что они попадают в яйцеклетку
      http://www.medkurs.ru/lecture1k/med_biology/qm46/2545.html
      О мтДНК читайте здесь
      http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/06_02/MITO.HTM
      Ответить
  • artvic  | 30.12.2012 | 21:47 Ответить
    Настораживает фетишизация понятия"эволюция". Если вселенная является системой, то должна существовать её целевая функция (ЦФ). ЦФ, алгоритм разворачивания/развития системы обычно содержится в Программе. Программа, как нам представляется, содержит "обязательную" и "произвольную" подпрограммы. В "произвольной" части трактуются возможные варианты развития, как некоторые функции условий, например, среды. Эволюционирование возможно входит в эту часть, как адаптация с подцелью обеспечить выживание и размножнгие. Мне показалось, что приведенные аргументы подпадают успешно под теоремы Гёделя.
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»