Мусорная часть ДНК обеспечила скорость эволюции человека

За последние несколько миллионов лет человек как биологический вид сильно изменился и отделился от остальных высших приматов. Главное эволюционное достижение Homo Sapiens (способность мыслить) появилось не спонтанно и связано с развитием мозга и множеством других физиологических приспособлений и преимуществ. Правда, исследователям не всегда понятно, как эволюционные механизмы создали прожорливый орган (мозг потребляет до 20% энергии) за рекордно короткие сроки, и почему естественный отбор содействовал «проглоту».

В одном из последних экспериментов Джереми Пульверс (Jeremy N. Pulvers) и его коллеги изучали генетические особенности недоразвитого мозга у мышек-микроцефалов и пришли к выводу, что, скорее всего, эволюция отбирала сперматозоиды, а не нейроны. Но какими бы ни были движущие силы эволюции, ученые признают, что приматы изменялись слишком быстро, и мозг у обезьян «рос как на дрожжах».

Катализатор эволюции

Любые: клеточные, физиологические или анатомические изменения связаны с появлением, исчезновением или перемещением нуклеотидных последовательностей в цепи полимеров – ДНК и РНК. Особую роль в этих процессах играют мобильные генетические элементы (МГЭ), которые перепрыгивают от хромосомы к хромосоме и встраиваются в нуклеотидные последовательности. МГЭ не кодируют никаких белков, но они не бессмысленны. Прыгающие нуклеотиды вызывают мутации -- создают новые генетические сочетания и подавляют или поддерживают проявление того или иного признака. Вклиниваясь в один из генов, МГЭ нарушает его работу, то есть вызывает мутацию. Однако, как только МГЭ перепрыгивает в другой участок хромосомы, мутация исчезает. Генетики уверены, что МГЭ катализировали эволюцию, позволив в кратчайшие сроки получать и, если возникала необходимость, закреплять новые комбинации генов и признаков.

Генетики отмечают, что в хромосомах человека присутствует огромное количество «прыгающих генов», несравнимое ни с одним аналогом у животных или, тем более, растений.

Рой Бриттен (Roy J. Britten) из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) тоже предполагает, что геном Homo Sapiens не случайно пересыщен мобильными генетическими элементами, которые, вероятно, сделали человека человеком. Особый интерес представляют последовательности семейства Alu-повторов, количество которых составляет около 5% от суммарного количества ДНК. Кодирующие участки ДНК (гены) составляют не более 1,5% всего наследственного материала.

Геном позвоночных засорился

Рой Бриттен проанализировал базу мобильных генетических элементов, характерных для позвоночных животных, и сравнил странствующие нуклеотиды человеческой ДНК и ДНК пескаря, утконоса, орангутанга, макаки, мыши и оппосума. Ученый отмечает, что в геноме человека присутствует около 1,8 миллиона распознаваемых остатков Alu-повторов, которые появлялись в геноме приматов в течение миллионов лет эволюции. Но лишь последние несколько тысяч уникальных (не характерных для других позвоночных) Alu-повторов, которые появились не более пяти миллионов лет назад, по всей видимости, вызвали эволюционный бум у приматов.

Рой Бриттен уверен, что большое количество мусорной ДНК, которая внезапно появилась в геноме человека, перекроило ход эволюции и сделало из обезьяны человека. Причем, конструктивно-творческая роль нуклеотидного мусора состояла в формировании новых экспериментальных комбинаций генов, часть из которых оказалась полезной и закрепилась в геноме.

Прочитать о результатах исследования можно в статье Transposable element insertions have strongly affected human evolution, которая появилась в последнем журнале PNAS.