генетика разнообразия

Генетика и эволюция человека. Достижения генетики - Антропогенез.РУ

Мир антропологии

Генетические исследования как основа интеграции наук о жизни и человеке

к. б. н., ведущий научный сотрудник лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова

д.б.н., зав. лабораторией, директор Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН

Накопление огромного массива данных о структуре генов и геномов различных организмов, от вирусов и бактерий до млекопитающих,  связано с развитием в последние десятилетия технологий секвенирования и компьютерного анализа нуклеотидных последовательностей.  Сравнительные исследования полных геномов и их отдельных участков внесли вклад в решение задач как естественнонаучных, так и гуманитарных дисциплин. Полученные новые данные применяются в систематике и таксономии, изучении закономерностей эволюции и видообразования,  происхождения жизни и человека.

Примеры изменения классификации организмов в соответствии со сходством их нуклеотидных последовательностей многочисленны. К наиболее существенным относятся разделение прокариот на группы эубактерий (Eubacteria) и архебактерий (Archaebacteria, Archaea) [Woese, Fox, 1977] и пересмотр классификации первичноротых с  выделением клады Ecdysozoa («линяющие», включает круглых и головохоботных червей, членистоногих, онихофор, тихоходок) и Lophotrochozoa («спиральные»: плоские и кольчатые черви, моллюски, брахиоподы, немертины)  [Aguinaldo et al. , 1997; дискуссию см.  Philippe et al. , 2005; Рогозин и др., 2005;  в Dunn et al. , 2008].

Сравнительный анализ полных геномов архей, бактерий и эукариот дал эмпирическую основу для реконструкции ранних этапов развития живого.  Так, в серии исследований  группы Евгения Кунина (National Center for Biotechnology Information, Bethesda, USA) на основе сравнительного анализа геномов с привлечением экспериментальных исследований возможности зарождения жизни в гидротермальных условиях предложена модель  возможного происхождения клеточных форм жизни и рассмотрена последовательность появления ключевых ферментативных систем.  Предполагается, что общий предок ныне существующих клеточных форм жизни (LUCA, last universal ciommon ancestral)  не имел биогенных мембран,  характеризовался  системой трансляции, сходной с современными, но  не имел двунитевого реплицирующегося ДНК-генома, обладая вместо этого репликативной системой, основанной на РНК [Koonin, Martin, 2005]. Преполагается, что ферментативные системы, обеспечивающие репликацию двунитевой ДНК, и следовательно,  способность использовать ДНК как основную молекулу для хранения информации, эволюционировали раздельно у архебактерий и эубактерий, хотя некоторые компоненты системы синтеза ДНК, такие как ферменты биосинтеза предшественников ДНК (рибонуклеотидредуктаза и тимидилаткиназа),  ДНК-лигаза и участвующая в синтезе ДНК АТФаза, являются гомологичными у всех прокариот и могли присутствовать у LUCA  [Koonin, Martin, 2005].

Выявление гомологии между компонентами АТФаз различных типов  (в том числе АТФ-синтаз) – молекулярных машин, сопрягающих перенос ионов через мембрану с синтезом или гидролизом АТФ,  позволило установить их родство с гексамерными хеликазами и предложить возможную схему их происхождения из мембранных белковых транслоказ, которые сами эволюционировали из РНК-транслоказ (Walker, 1998; Mulkidjanian et al., 2007; Enemark,  Joshua-Tor, 2008).

В этих принципиальных для биологической картины мира открытиях анализ и сравнение нуклеотидных последовательностей различных организмов играли ключевую роль. Однако сравнительный анализ генов находит применение не только в реконструкции этапов биологической эволюции,  но и в изучении истории человечества и в такой, казалось бы, далекой от биологии области,  как эволюция культуры. Особый интерес как у специалистов,  так и у широкой публики вызывает развитие молекулярной антропологии и эволюционной генетики человека,  которые внесли большой вклад в исследование процессов антропогенеза,  в реконструкцию истории расселения человека по Земле и формирования популяций,  представляющих разные этнические группы, в исследование закономерностей распространения языков, культурных и технологических инноваций, в том числе появления и распространения земледелия и скотоводства.

source