Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина - Терри Пратчетт

Дарвин был очарован этими осами с тех пор как впервые столкнулся с ними в заливе Ботафого, в Бразилии. В конце концов он убедился (в отличии от своих последователей), что Бог счёл необходимым существования и эволюцию ос-наездником на пути к развитию человека. На это намекает цитата в конце 10-ой главы. Такое объяснение вместе с теистическими толкованиями впали в немилость среди биологов. Осы-паразиты существуют потому что есть на ком паразитировать — почему нет? На самом деле осы-наездники играют важную роль в контроле над популяциями некоторых насекомых: практически одна треть всех популяций насекомых, удостоенных от человека звания «вредителей» контролируется именно таким образом. Может быть они были созданы, чтобы помогать людям. Во всяком случае, осам, которые так озадачили Дарвина, ещё есть о чём нам рассказать и последнее связанное с ними открытие обещает опровергнуть важных убеждений.

Точнее говоря, это открытие связано не сколько с самими осами, а скорее с некоторыми вирусами, которые поражают… или находятся с ними в симбиозе. Они называются поли-ДНК-вирусами.

Когда самка осы откладывает свои яйца в ничего не подозревающую личинку вроде гусеницы, она так же вводит изрядную дозу различных вирусов, среди которых присутствует и поли-ДНК-вирус. Гусеница получает себе не только паразитов, но и инфекцию. Гены вируса производят белки, которые вступают в борьбу с собственной иммунной системой гусеницы, прекращая её реакцию на паразита и его отвержение. Таким образом личинка осы постепенно съедает всю гусеницу и в своё время превращается во взрослую осу.

Теперь понятно, что каждая уважающая себя оса-наездник должна иметь собственный набор поли-ДНК-вирусов. Откуда же он берётся? Из гусеницы, которую она съедает. И превращается (как и её мать) не в отдельный инфицированный организм, а тем что называется провирусом: последовательность ДНК, которая была встроена в собственный геном осы.

Многие геномы (даже большинство, если не все их них) таким способом могут включать в себя различные части вирусов. Так же поступает и геном человека. Передача ДНК посредством вирусов кажется является важной особенностью эволюции.

В 2004 группа учёных во главе с Эриком Эспагне исследовала последовательность ДНК поли-ДНК-вирусов и обнаружили нечто совершенно отличное от того, что можно было ожидать. Геномы типичных вирусов значительно отличатся от геномов организмов-«эукариотов» (организмов, чьи клетки имеют ядро), которыми являются большинство многоклеточных организмов и многие одноклеточные, но не бактерии.

Последовательность ДНК большинства эукариотов состоит из «экзонов» — коротких последовательностей, которые сообща кодируют белки — разделённых короткими последовательностями под названием интроны, которые пропускаются, когда код превращается в соответствующий белок. Гены вирусов относительно просты и обычно не содержат интронов. Они состоят из связанных последовательностей колов, которые определяют белки. А данный геном поли-ДНК-вируса в самом деле содержал достаточное количество интронов. Это геном имеет сложную структуру и больше похож на геном эукариота, чем на геном вируса.

Авторы сделали вывод о том, что поли-ДНК-вирусы «являются биологическим оружием осы против своих жертв». Так что они больше похожи на вражеский геном, чем на простой вирус.

Многочисленные примеры, как старые так и новые, опровергают каждый аспект популярной взгляда на ДНК и процесс эволюции. В конце мы решили привести один особо важный и обнаруженный совсем недавно пример, значимость которого для биологического сообщества становится совершенно очевидной. Возможно это самое сильное потрясение, которое могла испытать клеточная биология с момента открытия ДНК и самой важной догмы: ДНК определяет информационное-РНК, которое в свою очередь определяет белки. Открытие не было сделано через большую и широко разрекламированную исследовательскую программу вроде проекта «геном человека». Его сделал некто, кого очень интересовало то, почему его петунии бывают полосатыми. Когда весь мир пытается расшифровать Геном Человека, не так-то легко получить грант на исследование полосатых петуний. Но то, что открыли петунии для медицины оказалось куда более важным чем весь проект «геном человека».

Поскольку белки являются основой структуры всех живых существ, и поскольку ферменты контролируют процесс жизни, очевидно что жизнь контролирует ДНК, и мы можем расшифровать ДНК-код всех жизненно важных функций. Мы можем определить функцию каждого белка, поэтому можем предположить, что ДНК, в котором содержится код для этого белка в конечном счёте отвечает за соответствующую функцию. Одна из ранних книг Ричарда Докинза укрепила идею одного гена, одного белка и одной функции (хотя он осторожно предупреждал своих читателей, что не хотел оставлять именно такого впечатления) и это вдохновило прессу на такие преувеличения как называть геном человека «книгой жизни». И картина представленная в «эгоистичном гене» сделала абсолютно вероятным то, что огромные участки генома существовали только по эгоистичным причинам, то есть были никак не связаны с интересами организма.

Биологи в основном заняты в биотехнологической промышленности, которая обслуживает сельское хозяйство, фармакологию, медицину и даже некоторые инженерные проекты (мы имеем в виду не «генную инженерию», а всего лишь производство улучшенных моторных масел), и все они разделяют центральную догму, несколько незначительных изменений и исключений. Все они прекрасно осведомлены о том, что практически большая часть генома человека это «мусор», который не кодирует никакие белки. И хотя некоторые из них могут иметь важное значение для процессов развития или контроля некоторых «настоящих» генов, особо волноваться о них не нужно.

Правда, довольно большая часть ненужного ДНК легко транскрибируется в РНК, но это всего лишь короткие отрезки, которые находятся в жидкостях клетки, и которых не нужно принимать в расчёт, если вы занимаетесь важными делами по созданию белков с настоящими генами. Напомним, что последовательность ДНК настоящих генов состоит из мозаики экзонов, которые кодируют белки, разделённых другими последовательностями под названием интроны. Интроны должны быть вырезаны из РНК-копий чтобы получить «подлинную» последовательность, кодирующую белок, называемую информационную-РНК, которая проходит в рибосомы подобно магнитной ленте в магнитофон. Информационое-ДНК определяют какие именно белки будут созданы и на их концах есть последовательности, которые определяют будет ли создано множество копий этого белка или только пара молекул.

Никто не беспокоился об этих вырезанных интронах, лишь кусочки РНК бесцельно бродят в пределах клетки пока их не разрушать ферменты. Теперь же наоборот. В своей статье в октябрьском номере за 2004 год Джон Маттик сообщает, что «главный принцип совершенно не подходит для описания молекулярной биологии эукариотов.» Белки играют роль в экспрессии генов эукариотов, но скрытая, параллельная система регулирования состоит из РНК, которая непосредственно воздействует на ДНК. РНК и белки снова в деле. Такая скрытая сигнальная система РНК возможно позволила человеку достигнуть структурной сложности за границами одноклеточного мира.

Это объяснили петунии. В 1990 году Ричард Иоргенсен и его коллеги пытались вывести новые виды петуний с более яркой и интересной окраской. Очевидным является подход спроектировать в геноме петунии несколько дополнительных копий гена, который кодирует выработку пигменты. Чем больше ферментов, тем больше пигмента, верно?

Не верно.

Меньше ферментов?

Не совсем так. Там, где раньше был равномерно окрашенный лепесток, появились полоски. На некоторых участках пигмент вырабатывался, а на некоторых — нет. Этот эффект был настолько удивительным, что ботаники хотели узнать точно, почему так происходит. И то что они обнаружили называется «РНК-интерференцией». Определённые последовательности РНК могут выключать ген и не производить белок. Это случается и со многими другими организмами. Фактически, это широко распространённое явление. А это свидетельствует о чём-то крайне важном.

Большим вопросом, который возникал много раз и столько же раз игнорировался, является вопрос о том, что если интроны (которые занимают одну двадцатого обычного генома) не имеют никаких биологических функций, тогда для чего они? Их легко опустить как останки смутного эволюционного прошлого, уже не нужных, но до сих пор присутствующих, поскольку естественный отбор как правило не избавляется от того, что безвредно. Тем не менее, мы всё ещё можем предположить, что у интронов есть какие-либо полезные функции, которые мы ещё не смогли выяснить. И начинает казаться, что так оно и есть.