Откуда появилось зрение и почему в этом виноваты микробы
Люди любят отмечать памятные события, юбилеи, важные годовщины. И такая эпохальная веха, как появление зрения у наших далеких предков, конечно, заслуживает быть среди них. Точная дата, правда, неизвестна — примерно полмиллиарда лет назад. А вот «виновника» торжества мы теперь знаем.
Блуждающие гены
В ДНК-последовательности любого организма на Земле есть множество участков, которые относятся к мобильным генетическим элементам. Их еще называют «прыгающими генами», потому что они свободно перемещаются между геномами совершенно разных организмов — могут, например, «сбежать» из бактериальной клетки и встроится в геном человека. Именно такой механизм среди прочих обеспечивает разнообразие форм жизни на нашей планете.
Сколько в нас от бактерий?
В 2001 году, когда впервые был секвенирован геном человека, ученые полагали, что он содержит около 200 генов, полученных от бактерий. Это число, впрочем, не подтвердилось. Точное неизвестно до сих пор.
К мобильным генетическим фрагментам относятся и транспозоны. Особенно активно ими обмениваются между собой бактерии. Это помогает им быстро приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды и выживать.
Такой механизм обмена фрагментами ДНК ученые называют горизонтальным переносом генов. Обычно он помогает организмам обзаводится новыми функциями. Даже после внедрения в новый геном «чужой» фрагмент ДНК способен довольно быстро мутировать, делая организм сильнее или, наоборот, слабее.
У позвоночных есть особая группа генов, которой нет у других животных. Ее обнаружили ученые из The University of California, когда проследили эволюцию сотен генов человека, сравнивая их с генами других организмов. Вероятнее всего, эти фрагменты когда-то попали к позвоночным прямиком из бактериальных геномов. Один привлек к себе особое внимание.
Щедрые бактерии
Все этапы появления зрения таким, каким мы его знаем до сих пор остаются неизвестными. Исследователи выяснили, что более 500 миллионов лет назад в геном ранних позвоночных встроилась бактериальная ДНК, дав толчок эволюции органов визуального восприятия. Ключом к столь грандиозному в мире биологии событию стал ген IRBP, принимающий участие в реакции сетчатки на свет.
Возможно, именно бактериальный ген, связанный со светочувствительными клетками, причина плохого ночного видения у большинства позвоночных
Фото: © CucuMberStudio / Shutterstock / FOTODOM
Этот ген уже давно известен весомым вкладом в нашу возможность видеть окружающий мир. Кодируемый им белок находится в пространстве между сетчаткой и ретинальным пигментным эпителием — тонким слоем клеток, покрывающих сетчатку. Когда свет попадает на фоторецептор в сетчатке, комплексы витамина А в глазу теряют связь, что провоцирует электрический импульс, который активирует зрительный нерв. Затем белок IRBP перемещает эти молекулы в эпителий для повторного связывания, после чего возвращает восстановленные молекулы обратно в фоторецептор.
Пауки слепнут от голода
Острое зрение пауков позволяет им активно преследовать добычу. Во многом именно от глаз зависит их выживание. Недавно ученые обнаружили, что при скудном питании пауки теряют фоторецепторы, отчего острота их зрения снижается.
Поврежденные фоторецепторные клетки глаза паука похожи на «битые» пиксели цифровой камеры Фото: © Buschbeck Lab
Ученые предположили, что более 500 миллионов лет назад бактериальный ген встроился в геном предка всех позвоночных животных. Последующие мутации помогли ему измениться так, что кодируемый им белок смог выходить из клетки и связываться с фоторецепторами. Возможно, обретенный механизм стал причиной плохого ночного видения у большинства позвоночных.
Результаты исследования доказали, что такие сложные структуры, как глаза позвоночных, могут эволюционировать не только благодаря изменению существующего генетического материала, но и после внедрения в геном чужеродной ДНК.
