Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4

И хотя новый ген полностью отличается по нуклеотидной последовательности от стоящих рядом, но выполняет он те же функции, что и стоящий на этом месте у бактерий белок. Это явление назвали неортологичеким замещением.

Ферменты могут менять специфичность в процессе

Мы говорили, что цикл Кребса мог возникнуть при замыкании двух реакций при добавлении всего одного фермента, и такие вот примеры показывают, что такой фермент мог быть рекрутирован из фермента с близкой ферментативной активностью.

Каким образом, геномы бактерий меняются в процессе эволюции? Все изменения можно классифицировать на пять групп: точечные замены (замены одной «буквы» на другую), дупликации и амплификации (копирование участков генома), делеции (выпадение участков генома), инверсии и транслокации (перестановка участка гена в другую часть генома или изменение его ориентации в геноме), горизонтальный перенос генов (фрагмент ДНК переносится из одной бактерии в другую).

ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОМА В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ

• точечные мутации

• дупликации и амплификации

• делеции

• инверсии и транслокации (изменение ориентации и положения фрагментов генома)

• горизонтальный перенос генов между организмами разных видов

_{Литература:}

_{Б.В.Громов. Поведение бактерий. Соросовский образовательный журнал, № 6, 1997.}

_{С.А.Боринская, Н.К.Янковский. Структура прокариотических геномов. Молекулярная биология, 1999, 33 (6):941–957.}

_{Более подробно об истории изучения бактериальных геномов: Г.Стент, Р.Кэлиндар. Молекулярная генетика. М., "Мир", 1981.}

Обзорная лекция по эволюции животных

Н.Е. Вихрев

ЛЕКЦИЯ № 9

Имеющая на сегодня место неоднозначность ответов на многие вопросы в биологии вообще и зоологии в частности делает непростым написание такого текста как этот. Но лучше небесспорная логика, чем нагромождение бессмысленных фактов. Ибо провал между знаниями узких специалистов и пониманием зоологии даже биологом, скажем, молекулярным, столь велик, что следует его чем-то вменяемым заполнить.

1. Кто такие животные (чем животные отличаются от растений).

Есть два типа питания живых организмов: автотрофный или растительный и гетеротрофный или животный. При растительном типе питания организм, во-первых, способен преобразовывать энергию солнечного света в форму, пригодную для использования для собственных нужд. Процесс не такой уж загадочный, как кажется на первый взгляд. Например, современный автомобиль не может ехать, используя в качестве горючего дрова, хотя дрова вовсе не плохое топливо. Но если дрова перегнать в спирт, то для многих автомобилей это уже вполне подходящее горючее. Растения превращают энергию фотона в энергию химической связи в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), что соответствует реакции:

АДФ + ф + энергия фотона = АТФ.

Теперь АТФ может быть истрачена следующим образом:

АТФ = АДФ + Ф + энергия в форме, пригодной для совершения той или иной полезной работы, требующей энергетических затрат.

Будучи достаточно большой и химически нестабильной молекулой, АТФ хорошо служит для удовлетворения текущих нужд организма, но не пригодна для того, чтобы запасать энергию впрок. Для этого используются более простые и стабильные органические соединения, например, глюкоза. Соответственно, во-вторых, растительный тип питания характеризуется способностью синтезировать органическое вещество из доступных неорганических молекул в реакции:

СO₂ + Н₂O + энергия —> O₂ + (СН₂O)n.

Полученную таким образом глюкозу растения тратят тремя способами.

a) Часть глюкозы по мере необходимости вновь сжигается для обеспечения организма энергией: O₂ + (СН₂O)n = СO₂ + Н₂O + АТФ (этот процесс называет ся дыханием).

b) Другая часть используется для синтеза полимера глюкозы — целлюлозы, из которой строится скелет растения (те самые дрова, которые не годятся для автомобиля). При этом растительный скелет строится на клеточном уровне, в виде твердой клеточной оболочки, а макроскелет состоит из соединенных клеточных оболочек.

с) Наконец, глюкоза расходуется на синтез всех прочих органических веществ, среди которых наиболее важны нуклеиновые кислоты — полимеры 4-х нуклеотидов и белки — полимеры 20 аминокислот.

Описанное выше в п.п. а, Ь, с использование органического вещества, будь то глюкоза или иное, характерно и для животного типа питания, с той разницей, что исходное вещество они получают не в результате фотосинтеза, как растения, а просто съедая растения (или друг друга).

Животный тип питания характерен для нефотосинтезирующих бактерий. Но бактерии, вне зависимости от того, являются они авто- или гетеротрофами, отделились от организмов, в клетках которых есть оформленное ядро, на очень раннем этапе развития жизни и принципиально от них отличаются. Гаплоидный (из одной копии) геном прокариотов определяет особенности их эволюции. Бактерии «не помнят прошлого и не думают о будущем, живя сегодняшним днем». Соответственно, и рассматриваются они отдельно от высших организмов.

Из высших организмов гетеротрофами являются грибы и животные, которые реализуют две противоположные стратегии выживания.

Грибы лишены способности к движению и, следовательно, активному захвату пищи. Казалось бы, для организма с животным типом питания такой выбор самоубийственен. Но это не так. Дело в том, что более 90 % биомассы планеты, т. е. 90 % потенциального источника органического вещества для гетеротрофов, составляют растения, а более 90 % биомассы растений приходится на скелетообразующую целлюлозную клеточную оболочку. Но этот полимер химически весьма инертен и очень медленно поддается расщеплению на молекулы глюкозы. В результате целлюлоза — негодный корм для активных организмов, поскольку не покрывает их высокие энергетические затраты. А вот для неподвижных грибов такой труднодоступный, но практически неисчерпаемый источник органического вещества вполне годится и позволяет им процветать на Земле. Поселившись, например, на стволе мертвого дерева, гриб неторопливо его растворяет и впитывает раствор поверхностью тела.

Настоящие животные избрали активный образ жизни, что дает им возможность и, в то же время, обязывает использовать более калорийные источники пищи, например, не целлюлозу, а грибы, ее переработавшие. Как следствие этого выбора, использование органического вещества у собственно животных происходит иначе, чем это характерно для растений.

a) Ведя активный образ жизни (передвигаясь), животные в процессе дыхания сжигают для извлечения энергии значительно большую часть органического вещества, чем растения.