Untuk masa yang lama, persoalan bagaimana, akibat perubahan rawak (mutasi) dalam genom makhluk hidup, maklumat baru muncul, tetap terbuka. Walau bagaimanapun, para saintis masih dapat mengetahui bagaimana pengembangan dan pengisian semula genom berlaku. Salah satu mekanisme yang paling penting untuk mendapatkan maklumat baru adalah proses penduaan gen
Dalam foto: Helang botak. Dia melihat dunia dengan warna yang lebih luas daripada seseorang.
Alexander Markov, Doktor Sains Biologi, penyelidik terkemuka di Institut Paleontologi Akademi Sains Rusia, membincangkannya.
Bagaimana penemuan baru dalam bidang genetik memungkinkan kita memahami mekanisme penampilan gen baru dan sifat baru dalam tubuh?
- Salah satu argumen yang paling tipikal bagi orang yang menolak evolusi terdengar seperti ini: kita tidak dapat membayangkan bagaimana maklumat baru dapat muncul sebagai hasil mutasi rawak dalam genom. Nampaknya banyak intuitif bahawa perubahan rawak yang dilakukan, misalnya, pada beberapa teks, tidak dapat membuat maklumat baru. Mereka hanya boleh mendatangkan kebisingan atau kekacauan. Sementara itu, sains hari ini sudah sangat mengetahui bagaimana, semasa evolusi, maklumat baru muncul dalam genom, gen baru, fungsi baru, ciri baru dalam organisma, dan sebagainya. Dan salah satu mekanisme yang paling penting untuk kemunculan maklumat genetik baru adalah penduaan gen dan pembahagian fungsi berikutnya di antara mereka. Ideanya sangat sederhana: ada satu gen, sekarang ada dua hasil dari mutasi rawak. Pada mulanya, gen adalah sama. Dan kemudian, sebagai hasil pengumpulan mutasi rawak dalam dua salinan gen ini, mereka menjadi sedikit berbeza, dan ada kemungkinan mereka akan berkongsi fungsi di antara mereka.
Beri contoh kemunculan gen baru
- Sekarang terdapat banyak contoh yang dikaji dengan baik. Secara umum, idea ini sendiri sudah cukup tua, sejak tahun 1930-an, ahli biologi yang hebat, ahli genetik John Haldwin mencadangkan bahawa penduaan, iaitu penggandaan gen, memainkan peranan penting dalam kemunculan inovasi evolusi. Dan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, berkaitan dengan perkembangan genetik molekul, pembacaan genom, banyak contoh yang meyakinkan telah muncul, gambaran yang baik tentang bagaimana ini sebenarnya berlaku. Salah satu yang paling terang, dikaitkan dengan evolusi penglihatan warna pada mamalia, atau lebih tepatnya, lebih luas lagi, pada vertebrata daratan. Ketika vertebrata daratan pertama kali muncul, datang ke darat pada masa Devonian, mereka masih memiliki apa yang disebut penglihatan tetrokromatik, yang muncul pada tingkat ikan. Apakah maksudnya? Penglihatan warna ditentukan oleh protein sensitif cahaya retina - terdapat sel kerucut seperti itu,yang bertanggungjawab untuk penglihatan warna dan dalam kerucut ini terdapat protein sensitif cahaya yang disebut opsin. Ikan dari mana vertebrata berkembang, dan vertebrata terestrial pertama, mempunyai empat opsin seperti itu. Setiap opsin disesuaikan dengan panjang gelombang tertentu.
Bolehkah kita mengatakan bahawa ikan dapat melihat dengan tepat empat warna?
Video promosi:
- Ini tidak bermaksud bahawa opsin yang diberikan hanya bertindak balas terhadap gelombang tertentu, ini bermaksud bahawa panjang gelombang yang diberikan sangat menggembirakan opsin ini, dan semakin lama panjang gelombang berbeza, semakin lemah reaksi tersebut. Sistem penglihatan warna tetrakromatik adalah sistem yang sangat baik, ia memberikan perbezaan yang sangat jelas dari nuansa keseluruhan spektrum, dan di banyak vertebrata moden ia telah diawetkan, misalnya, pada burung. Burung hebat dalam membezakan warna, nampaknya lebih baik daripada kita. Banyak yang dapat dilihat dalam julat ultraviolet, beberapa spesies mempunyai corak UV pada bulu mereka. Dan mungkin burung mendapati sistem transmisi warna televisyen dan monitor kami sangat buruk. Kerana kita menggunakan sistem trikromatik, mencampurkan tiga warna - penglihatan kita disusun dengan cara yang sama. Burung itu mempunyai empat, bukan tiga.
Artinya, orang yang dibandingkan dengan burung melihat dunia lebih primitif
- Dari sudut pandang burung, kita sedikit buta warna. Pada manusia, seperti yang saya katakan, sistem trikromatik adalah tiga opsin, diselaraskan dengan tiga gelombang yang berbeza. Satu untuk warna biru, satu lagi untuk hijau dan yang ketiga, beralih ke arah kuning. Tetapi yang paling menarik ialah mamalia lain, selain manusia dan monyet, mempunyai penglihatan dikromatik, mereka hanya mempunyai dua opsin. Mereka tidak mempunyai ketiga, yang paling dekat dengan hujung spektrum merah, dan oleh itu mereka membezakan biru dari hijau, tetapi mereka tidak membezakan hijau dari merah. Bagaimana ia berlaku? Mengapa mamalia kehilangan dua opsin?
Telah diketahui bahawa nenek moyang mempunyai empat, dan mamalia mempunyai dua opsin. Rupa-rupanya, kehilangan dua opsin dikaitkan dengan fakta bahawa mamalia beralih ke gaya hidup malam pada awal sejarah mereka. Mengapa mereka beralih ke gaya hidup nokturnal? Ini disebabkan oleh persaingan panjang antara dua garis evolusi utama vertebrata darat. Garis-garis ini, mereka dipanggil sinapsid dan diapsid. Garis sinapsid adalah kadal seperti haiwan, reptilia seperti haiwan. Dan kumpulan ini dominan di kalangan vertebrata darat pada zaman kuno, pada zaman Permian, ini lebih dari 250 juta tahun yang lalu. Kemudian, pada masa Trias, mereka mempunyai pesaing kuat, wakil dari garis diapsid. Pada haiwan moden, semua reptilia, buaya, kadal dan burung tergolong dalam garis diapsid. Dalam tempoh Trias, pemangsa aktif muncul, berlari pantas, termasuk pada dua kaki. Reptilia diapsid, buaya mula mengerumuni nenek moyang kita dari sinapsid atau reptilia bergigi haiwan. Dan pertandingan ini berakhir pada mulanya tidak memihak kepada nenek moyang kita. Pada akhir zaman Trias, reptilia diapsid yang berjalan pantas muncul, mereka menimbulkan kumpulan baru, kumpulan baru muncul dari mereka - dinosaurus, yang telah lama menjadi pemangsa dan herbivora siang hari yang dominan di seluruh planet. Mereka menempati semua ceruk siang hari, ceruk haiwan di kelas ukuran besar. Pada akhir tempoh Trias, reptilia diapsid yang berjalan pantas muncul, mereka melahirkan kumpulan baru, kumpulan baru berasal dari mereka - dinosaurus, yang sejak sekian lama menjadi pemangsa dan herbivora siang hari yang dominan di seluruh planet. Mereka menempati semua ceruk siang hari, ceruk haiwan di kelas ukuran besar. Pada akhir zaman Trias, reptilia diapsid yang berjalan pantas muncul, mereka menimbulkan kumpulan baru, kumpulan baru muncul dari mereka - dinosaurus, yang telah lama menjadi pemangsa dan herbivora siang hari yang dominan di seluruh planet. Mereka menempati semua ceruk siang hari, ceruk haiwan di kelas ukuran besar.
Garis sinapsid dipaksa masuk ke malam, di bawah tanah, mereka hancur. Pada zaman Permian terdapat reptilia sinapsid raksasa, pada akhir zaman Trias satu perkara kecil masih ada. Pada masa yang sama, pada akhir zaman Triassic, proses yang disebut mamaliaisasi reptilia sinapsid selesai, iaitu, secara kasar, mamalia pertama muncul. Semua reptilia sinapsid lain punah, dan satu kumpulan menjadi mamalia dan mereka bertahan. Tetapi mereka bertahan, menjadi kecil dan nokturnal. Sepanjang tempoh Jurassic dan Cretaceous, mamalia tidak ada malam - mereka kelihatan seperti tikus, tikus. Oleh kerana mereka pada waktu malam, penglihatan warna menjadi hampir tidak berguna bagi mereka. Kerana kerucut masih tidak berfungsi pada waktu malam, pemilihan semula jadi tidak dapat mendukung empat penglihatan, tetrokromatik deskriptifkerana visi itu tidak diperlukan.
Pemilihan semula jadi tidak dapat melihat masa depan, ia berfungsi seperti ini: sama ada anda menggunakan gen itu, atau anda kehilangannya. Sekiranya gen tidak diperlukan di sini dan sekarang, maka mutasi yang timbul dan merosakkannya tidak akan dihilangkan dengan pemilihan, dan gen itu cepat atau lambat gagal.
Kehilangan gen mungkin bertujuan untuk mengekalkan kekuatan dalam badan, pada ekonomi maksimum, kecekapan maksimum, iaitu, tidak ada yang boleh berfungsi dalam badan kita
- Pada prinsipnya, ya, tentu saja, ini adalah ekonomi - protein berlebihan tidak disintesis. Saya mesti mengatakan bahawa secara amnya, banyak protein berlebihan disintesis di dalam badan, yang menjadi tidak perlu, tetapi belum sempat mati, ini tidak berlaku begitu cepat, tetapi pada akhirnya ia berlaku. Pada mulanya, difikirkan bahawa kedua-dua gen opsin hilang oleh nenek moyang mamalia atau mamalia pertama dengan cepat dan praktikal pada masa yang sama. Sekarang di genom platypus - dan ini merupakan wakil mamalia yang paling primitif, ada salah satu gen yang hilang. Maksudnya, platipus mempunyai tiga opsin lagi, sementara mamalia yang lebih maju hanya mempunyai dua. Gen-gen itu hilang, dan seterusnya. Nenek moyang mamalia biasa masih mempunyai tiga opsin, dan plasental dan marsupial, tidak termasuk platipus ovidosa dan echidna, hanya dua opsin.
Oleh itu, bagaimana nenek moyang, monyet kita, memperoleh kembali penglihatan trichromatik mereka? Dan di sini mekanisme pendua gen berjaya. Ketika era dinosaur berakhir dan mamalia kembali mendapat kesempatan untuk menjadi diurnal, mereka tetap dengan penglihatan dikromatik mereka, kerana tidak ada tempat untuk mengambil gen yang hilang.
Dan ini berterusan di kebanyakan kumpulan mamalia, walaupun akan berguna bagi mereka untuk membezakan warna, tetapi tidak ada tempat untuk mengambil gen. Tetapi nenek moyang monyet Dunia Lama bernasib baik. Mereka mempunyai salah satu dari dua gen opsin yang tersisa yang mengalami penduaan, pendua, dan pemilihan semula jadi dengan cepat menyetel dua salinan gen yang dihasilkan ke panjang gelombang yang berbeza. Hanya memerlukan tiga mutasi untuk melakukannya - menggantikan tiga asid amino dalam protein, perubahan yang sangat kecil. Operasi kecil, kerana panjang gelombang yang mana salah satu opsin bertindak balas telah beralih ke sisi merah. Ini cukup untuk kita dapat membezakan antara merah dan hijau. Ini memungkinkan nenek moyang monyet pertama Dunia Lama beralih ke makan buah-buahan dan dedaunan segar di hutan tropika: sangat penting untuk membezakan merah dari hijau,buah masak dari daun yang belum masak dan muda dari daun tua.
Tetapi ini hanya berlaku pada monyet-monyet Dunia Lama. Ini adalah peristiwa yang menggembirakan - penduaan gen berlaku pada nenek moyang monyet Dunia Lama setelah Amerika berpisah dari Afrika dan berenang, di antara mereka adalah Lautan Atlantik. Monyet-monyet Amerika tidak bernasib baik dan kebanyakan dari mereka ditinggalkan dengan penglihatan dikromatik. Dan mereka masih hidup seperti ini. Sudah tentu, ia juga berguna bagi mereka untuk membezakan merah dari buah hijau, tetapi apa yang boleh anda lakukan jika tidak ada gen.
Ternyata monyet di Dunia Baru tidak membezakan antara merah dan hijau, melakukan kesalahan, makan apa-apa?
- Ternyata seperti ini. Mungkin itulah sebabnya monyet-monyet Dunia Lama menjadi manusia, dan monyet-monyet Dunia Baru tidak.
Pengarang: Olga Orlova
