Шимпанзеде, адам сияқты, ұрпақтардағы мутация саны әкенің жасына байланысты болады // Александр Марков Скисне?

Сур. 1. Адамның жақын туыстары - шимпанзе және бонобо ( суретте ) - аналық жиі бірнеше еркекпен қатар жүреді. Бұл шәует деңгейіндегі ерлер арасындағы бәсекелестікке әкеледі («шәует соғысы»), бұл өз кезегінде ұрықтың ұлғаюы мен сперматогенезді күшейту үшін сперматогенезді таңдауға ықпал етеді. Мүмкін, сондықтан шимпанзедегі шәует жасушаларында мутация саны адамға қарағанда бір жарым есе жылдам еркек жасымен артады. Суреттер kevishere.files.wordpress.com

Бір отбасының үш ұрпағын білдіретін тоғыз шимпанзенің геномын талдау көрсеткендей, ең жақын адамның туыстарының орташа мутация деңгейі шамамен біздің бірдей: шамамен генерацияға шамамен 1,2 х 10-8 нуклеотидке, бұл шамамен 70 жаңа мутацияға сәйкес келеді. куб. Адамдар сияқты ұрпақтардағы жаңа мутациялардың саны ананың жасына байланысты емес, бірақ туа біткен кезінде әкесінің жасына қатты тәуелді: әкесі өмір сүрген әрбір қосымша жыл оның ұрпақтарына орташа үш мутацияны қосады (екі адамда). Бұл айырмашылық көбінесе шимпанзедегі ұрықтың көп мөлшерде қарқынды өндірілуіне байланысты, өйткені аналық жыныстық қатынаста көптеген ерлермен жұптасып, «ұрық соғысы» пайда болады.

Мутагенездің жылдамдығы эволюциялық өзгерістер динамикасын анықтайтын негізгі көрсеткіштердің бірі болып табылады. Соңғы уақытқа дейін бұл көрсеткіш жанама белгілермен есептелген: мысалы, олар палеонтологиялық деректерден бағаланған топтардың пайда болу уақытын, олардың геномдары арасындағы айырмашылық деңгейімен салыстырады. Молекулалық сағаттар ). Соңғы жылдары геномды секвенирлеуге арналған қуатты жаңа әдістердің дамуы арқасында (қараңыз ДНҚ тізбегі: Келесі ұрпақтың әдістері ) ата-аналар мен олардың ұрпақтарының геномын салыстыру арқылы мутагенездің мөлшерін тікелей өлшеуге болады.

Бұл технология адамға қолданылған. Мысалы, Nature журналы 2012 жылы исландиялық 78 отбасын - ата, анасы мен баласынан тұратын «үш есе» толық геномдық талдау нәтижелерін жариялады (А.Конг және т.б., 2012). Аурудың пайда болу қаупі ). Зерттеу көрсеткендей, мутагенездің жылдамдығы генерацияланатын нуклеотидке шамамен 1,2 х 10-8 құрайды. Бүкіл геномның тұрғысынан алғанда, бұл әрбір бала ата-анасынан орта есеппен 74 жаңа мутацияны алады дегенді білдіреді.

Бұл сандар күтпеген болып шықты, өйткені филогенетикалық қалпына келтіруге және палеонтологиялық деректерге негізделген жанама бағалаулар адам мутагенезінің екі есе жоғары деңгейін көрсетті. Мәселен, сәйкес келмеудің себебі, үлкен маймылдарда басқа приматтардан бөлінгеннен кейін мутация жылдамдығының айтарлықтай төмендеуі байқалады (бір жылға). Төмендеу көбеюдің басталу жасының және ұрық жасушаларының қалыптасуының баяулауымен байланысты болуы мүмкін. Егер жаңа деректер дұрыс болса (және жаңа жарияланымдар қол жетімді болуы мүмкін деп күмәндану қиынға соғса), антропогенездің негізгі нүктелерінің көптеген кездесулері қартаюды қайта қарауды қажет етуі мүмкін. Мысалы, 6-7 миллион жыл бұрынғы бағалау бойынша, адамдар мен шимпанзелердің сызықтары арасындағы сәйкессіздік бұрынғыдан 10-13 млн. Жыл бұрын өткенге дейін ауыстырылуы мүмкін. Көптеген объективті себептерге байланысты «молекулалар сағаттары» арқылы анықталған геномдық дивергенцияның уақыты өткен уақыттарда нақты айқындау (халықтың бөлінуі) уақытынан гөрі тереңірек болуы мүмкін. Бұдан әрі мақаланы қараңыз: A. Scally, R. Durbin, 2012. Адамның эволюция деңгейін қайта қарау (PDF, 812 Кб).

Жанұялық жанұяларды толық геномдық талдау барысында алынған тағы бір маңызды нәтиже - ата-ананың баланың ата-анасынан алған «мутациялық жүктемеге» тең емес үлес қосуы. Бала алған жаңа мутацияның жалпы санының 15-і анасынан, ал қалғандары әкесіден алады. Сонымен қатар, баладағы жаңа мутацияның саны ананың жасына тәуелді емес, бірақ өте тез әкесі жасында өседі. Әкесі өмірінің әрбір қосымша жылы балаға екі жаңа мутацияны қосады.

Бұл түсінік әйелдердің тұжырымдамадан бастап піскен жұмыртқаны қалыптастыруға дейін 24 клетка дивизионы мен 23 хромосомалық репликация әрекеттерінің орын алуымен түсіндіріледі (хромосомалар екінші миозды бөлу алдында екі есе көп емес). Әйелдердің ұрық жасушаларының хромосомаларының репликациясы ұрықтың дамуында тіпті аяқталады, ал әйелдің өмірінде оның ұрық жасушаларының хромосомалары көбіне қайталанбайды. Тиісінше, олардағы мутациялардың саны өспейді, себебі ұрықтың жасушаларындағы мутациялардың көпшілігі репликация қателіктері болып табылады.

Ерлерде жағдай өзгеше. Сперматозоидтардың пременорды жасушалары ересек өмірге бөлініп, әр 16 күн сайын (бір жылда 23 бөлімше) жыныстық қатынасқа жетуден кейін бөлінеді. 15 жастағы ер адамның ұрығы шамамен 35 жасуша бөлімі, 20 жастағы жасөспірім - 150, 30 жастағы - 380, 40 жастағы - 610, 50 жастағы - 840 адамнан өтті. Әр репликация актісі қосымша мутация қаупі, сондықтан үлкенірек адам, ұрықтың мутациясы көп (JF Crow, 2000). Адамның өзіндік мутациясының пайда болуы ). А.Кондрашов «Элементтерде» жарияланған сұхбатта осы фактілер мен зерттеулер туралы егжей-тегжейлі айтып берді (Алексей Кондрашов, Надежда Маркина. Таңдаусыз өмір: жақсы немесе қауіп? ).

Міне, біз түпкілікті нәтижесін салыстыруға мүмкіндік алды мутация процесінің параметрлері Homo sapiens және жақын туыстарымыз - шимпанзе. Ұлыбритания мен Нидерландыдан шыққан генетика тоғыз шимпанзенің толық геномын бір отбасының үш ұрпағынан салыстырады (2-сурет).

Кішігірім үлгіге қарамастан (мұндай зерттеулер өте қымбат және уақытты қажет етеді), алынған мәліметтер шимпанзедегі мутагенездің негізгі сандық сипаттамаларын шамамен бағалауға мүмкіндік берді.

Авторлар 6 адамнан тұратын жаңа мутацияларды анықтады: ата-аналық геномдар: D, E, F, G, H, I. Жалпы алғанда олар автозомдарда 204 жаңа мутация және Х хромосомасында үш табылды. Мутациялардың арасында CG динуклеотидтерінде (24%) C (C> T-транзит) үшін C пропорциясынан айтарлықтай үлес бар CpG сайты ). Адамдарда мұндай алмастырулар жаңа пайда болатын мутацияның 17% құрайды.

Жаңадан пайда болған мутациялар геномда біркелкі бөлінбейді: олар кластеризацияға бейім. Басқаша айтқанда, егер репликация кезіндегі мутация пайда болса, басқа бір жерде туындайтын ықтималдығы сол репликалау актісінде көрші аймақта біртіндеп өседі. Осындай үлгілер адамдарда анықталды, олардың себептері әлі анықталмаған. Сонымен қатар, жаңа мутацияны ықтималдығы бұл ДНҚ сегментін «семантикалық мазмұнына» тәуелді емес, ол бірегей немесе қайталанатын дәйектілік, ген немесе интергеникалық аралық.

Белгіленген мутациялардың басым көпшілігі үшін авторлар (мутация маңында полиморфизмдердің жиынтығы) әкемнен немесе анасынан алынғандығын анықтай алды. Шимпанзедегі адамдар сияқты, әкелер аналармен салыстырғанда, мутациядан гөрі әлдеқайда күшті болып табылатын балаларға геномды көшіруге тура келді. Ана мутацияларынан (адамға 3,9 есе) қарағанда 5,5 есе артық патемалық мутациялар болды.

Адамдар сияқты, шимпанзедегі жаңа мутацияның саны ананың жасына байланысты емес (кез-келген жасында анасы орта есеппен 6,7 жаңа мутацияны береді), сонымен қатар әкесі жасына қарай тез өседі. Мұндай шағын типтегі бұл тәуелділік статистикалық маңызды болды. Адамдарда, әке өмірінің басталуына қарай, баланың ұрпақтарынан бастап, орташа есеппен 1,95 жаңа мутацияны қосады, ал шимпанзелерде ол 3,02 қосады. Бұл айырмашылық, ең алдымен, неке қатынастарының құрылымына байланысты. Шимпанзе қауымдастықтарында әдетте аналықтың біреуіне адалдық танытпайды, бұл «шәует соғысы» және қарқынды сперматогенезді таңдау үшін ықпал етеді (1-суретті қараңыз).

Егер бұл болжам дұрыс болса, гориллаларды гаремдік жүйесімен, әйелдіктің дұрыстығынан, шәует соғысы мен кішігірім куәліктердің жоқтығынан, шимпанзе мен адамнан гөрі жастағы шәует жасушаларындағы мутация санының жоғарылауы төмен болуы керек.

Шимпанзедегі мутагенездің орташа жылдамдығын бағалау үшін авторлар тұтқынға алынған және жабайы туыстарында тұратын шимпанзелердің зерттелген тобы арасындағы маңызды айырмашылықты ескеруі керек. Шимпанзе тұтқында болғанда, әдетте ерте жастан бастап табиғатқа қарағанда ұрыққа айналады. Бұл жасөспірімдер селекцияға сирек қатыса алатын табиғи шимпанзе қауымдастықтарында иерархиялық, бәсекелестік қатынастармен байланысты сияқты. Зерттелген шимпанзе отбасында орта жастағы «әке болу дәуірі» (яғни, жас туралы тұжырым жасаған кезіндегі ерлердің орташа жасы) 18,9 жасты құрайды, ал «ана болудың орташа жасы 15,0 жыл». Жабайы шимпанзе популяциясы үшін бұл сандар әлдеқайда жоғары деп бағаланады: ерлер мен ерлер үшін 24,3 және әйелдер үшін 26,3. Қазіргі адамдарда әке болудың орташа жасы тағы да жоғары: 31,5 жылға жуық. Басқаша айтқанда, жабайы шимпанзелерде жастарды тұжырымдау сәтінде ер адамдар зерттелген халыққа қарағанда орта есеппен жоғары, яғни олардың ұрпақтарында мутация көп болуы керек. Осы және басқа да бірқатар түзетулерді ескере отырып, авторлар жабайы шимпанзелердегі жаңа автосомалық мутацияның орташа саны шамамен 69-ға дейін және мутагенездің жылдамдығы генетикалық генетикалық нуклеотидке (адамға ұқсас) 1,2 × 10-8 болуы тиіс деп есептеді.

Егер бұл бағалаулар дұрыс болса (олардың өте аз үлгіге негізделетінін еске түсіріп, болашақта едәуір нақтыланатын болса) және егер шабуылдар мен адамның ата-бабалары арасында алшақтық болған сәттен бастап мутагенездің жылдамдығы елеулі ауытқуларға ұшырамаса, онда молекулалық сағаттар әдісін қолданып, адамның және шимпанзенің соңғы ортақ бабаларының өмірі. Авторлар бұл жасады және нәтиже алды: 13 миллион жыл бұрын. Басқа авторлар осындай бағалауға жақында келді (K. Langergraber et al., 2012). Chimes және gorillas ).

Бірақ зерттеулердің ең қызықты нәтижесі - қоғам құрылымы мен неке қарым-қатынастарының молекулалық эволюция жылдамдығына ықпалы туралы куәландырады. Әсер екі есе болуы мүмкін: біріншіден, ұрпақтардағы мутация саны ерлердің өсіруге қатысатын жасына байланысты және өз кезегінде физиологиямен ғана емес, сондай-ақ әлеуметтік құрылым мен мәдени дәстүрлермен де анықталады. Екіншіден, неспокоциттердің сипаттамалары «шәует соғысы» интенсивтеуге арналған сперматогенезді таңдауға көмектеседі, бұл ерлердің жасына байланысты шәуеттердегі молекулалардың санының жылдам өсуіне әкелуі мүмкін.

Дерек көзі: Оливер Венн, Исаак Тернер, Ян Мэтсион, Натиса де Гроот, Рональд Бонтроп және Джил МакВей. Шимпанзедегі ерлердің мықты қателігі гемолиндік мутацияны қоздырады // Ғылым . В. 344. 1272-1275 ж.

Александр Марков
«Элементтер»

Таңдаусыз өмір: жақсы немесе қауіп?