Головна
Природа
Людина
Наука
Технології
Контакти

Дослідження метаболізму у архебактерій показало роль випадковості в еволюції

21.01.11

Дослідження метаболізму у архебактерій показало роль випадковості в еволюціїЯк саме в ході еволюції з випадкового набору генів були відібрані комбінації, що забезпечують якнайкраще пристосування до змінних умов середовища, вчені з'ясували в ході дослідження обміну речовин у галофільних архебактерій.

Метаболізм, або обмін речовин, – ключовий процес, що забезпечує існування будь-якого організму, його живлення, постачання енергією. Шляхи метаболізму розрізняються у різних груп живих істот, що мешкають на Землі. Рослини, скажімо, існують за рахунок фотосинтезу, споживаючи вуглекислий газ і воду і створюючи з них необхідні органічні речовини, перш за все вуглеводи. Людина і інші тварини не здатні створювати органічні речовини з неорганічних і навіть з простих органічних речовин. Вони одержують енергію, розщеплюючи, наприклад, глюкозу до активованої оцетової кислоти. Потім це з'єднання або розкладається до вуглекислого газу і води з виділенням енергії, або запасається у вигляді жирів, якщо потреби організму в енергії вже задоволені.

Зовсім по-іншому живуть багато бактерій і схожі на ними зовні архєї, що відрізняються, проте, по хімічній будові і генетичних механізмах. Багато хто з них здатний синтезувати складні біологічні молекули з найпростіших органічних сполук.

Міжнародний колектив учених, виявив новий, раніше невідомий шлях метаболізму вуглецю у архей Haloarcula morismortui, солей, що живуть в майже насичених розчинах, наприклад в Мертвому морі.

Це відкриття проливає світло на походження цієї незвичайної групи організмів і ще раз підтверджує роль випадковості в еволюції. Роботу публікує журнал Science.

«Галоархєї, з якими ми працюємо, використовують для живлення різні органічні сполуки, наприклад ацетати. У іоні ацетату всього два атоми вуглецю, і мікроорганізм повинен уміти з цього простого з'єднання побудувати складні біологічні молекули, що містять десятки і сотні вуглецевих атомів: цукру, білки, нуклеїнові кислоти.

Ссавці не стикаються з такими проблемами, тому що ми відразу споживаємо як їжу складні молекули. Тому і шляхи метаболізму розрізняються. До нашої роботи були відомі два шляхи зростання органіки на ацетатах. Ми довели існування третього (він називається метиласпартатним), складнішого, включаючого більше кроків, ніж раніше вивчені. Досліджувані нами організми живуть в дуже агресивних середовищах, і цей цикл дозволяє їм переробляти вуглець в таких умовах. Більш того, нам вдалося показати, як цей незвичайний шлях міг виникнути в процесі еволюції.

Сьогодні відомо не так багато прикладів, коли можливо більш-менш обгрунтовано прослідкувати еволюцію якого-небудь метаболічного шляху і наша робота – одна з них», – розповів Іван Берг, що керував дослідженнями.

Галоархєї або, як їх іноді називають, галобактерії відносяться до архей (архебактерій). Архєї – дуже стародавня група організмів. Зараз вони продовжують існувати в самих екстремальних для життя умовах – в дуже солоних озерах, у воді високої температури (рекорд – 122 градуси), в дуже кислих середовищах. Проте навіть в таких агресивних середовищах на сучасній Землі є органічні речовини, іноді сонячне світло і кисень. А зародилися архєї в ще суворішому середовищі. Вони виникли з перших живих організмів, які, видно, жили на остигаючій Землі при високій температурі і в отруйній для нас атмосфері. Кисень для них був би отрутою, а всі речовини вони створювали з солей самі (тобто були автотрофами) і на органічній сировині просто не змогли б жити.

«Середовище мінялося, в ньому з'явилися прості органічні речовини, а потім кисень. Проте, щоб дістати можливість харчуватися органікою і використовувати кисень, цим організмам потрібні були нові гени. Ми припускаємо, що такий генетичний матеріал предки галоархей одержали за допомогою горизонтального перенесення від інших мікроорганізмів, що раніше пристосувалися до нових умов, оскільки існуючі гени змінювати набагато довше і складніше, процес запозичення простіше. Слід зазначити, що цей процес не був «свідомим» або направленим. Як і всі еволюційні процеси, він був випадковим.

Запозичені гени подібні конструктору «Лего», з якого ви будуєте абсолютно різні структури, потім ламаєте, знову будуєте – літак з фортеці, наприклад.

Так і ці архєї брали ті гени, що були навколо. Виходили самі різні комбінації. Проте істоти, що знайшли здатність використовувати ацетат, яким багате їх життєве середовище, одержали перевагу – їх число збільшилося, вони закріпили свій новий шлях розвитку.

Результат тривалої еволюції виглядає здійсненим і може наштовхнути на припущення про якийсь розумний початок, направлене творіння організму. Проте, коли ми вивчаємо процес його виникнення, ми бачимо, що «творіння» було здійснено хаотично. Природа не інженер, а швидше бродячий ремісник з обмеженим набором інструментів і запчастин (англ. – tinker). Якщо інженер планує те, що він збирається створити, підбирає, шукає наперед потрібні інструменти і матеріали, то такий ремісник вирішує проблему лише тими засобами, які є під рукою. Якщо немає оптимального рішення задачі, використовують те, що є. Так і еволюція: те, що ми бачимо зараз і що ідеально функціонує, колись виникало з частин, які одна одній мало підходили. Нам вдалося показати такий шлях еволюції на прикладі стародавніх архей», – пояснив Берг.

Подібне дослідження могло бути зроблено і в Росії, проте реалізація перспективної наукової ідеї в російських умовах ускладнена матеріальними і організаційними проблемами вважає він. Біологічні дослідження часто вимагають дорогого устаткування, реактивів, технологій. Крім того, необхідні налагоджені зв'язки між лабораторіями для об'єднання зусиль по роботі над комплексними завданнями, а також можливість оперативного отримання інформації.

«З ідеями в Росії проблем немає, але будь-яку ідею потрібно довести, і з цим є проблеми. Ряд груп (зокрема, колектив професора Єлизавети Олександрівни Бонч-Осмоловської з Інституту мікробіології РАН, недавно, до речі, опублікували результати своїх останніх досліджень в авторитетному науковому журналі Nature) продовжують працювати на дуже високому рівні. Проте чим більше фінансів і кооперації потрібно для роботи, тим складніше вести її в Росії. Наприклад, в моїй кандидатській дисертації, яку я робив в Москві, ми виконали подібну роботу, але лише на доступному нам методичному рівні, який не дозволив чітко довести або спростувати наші припущення. Ситуація для нас застопорилася. А в науці необхідно мати чіткий фактичний доказ даних, щоб не потонути в спекуляціях.

У подібну «пастку» потрапили автори гучної статті про бактерії, що містять в ДНК нібито миш'як замість фосфору.

Виділення нового організму, здатного рости в середовищі, що містить дуже великі кількості арсената, – факт сам по собі цікавий. Проте висновок про те, що арсенат може використовуватися цими бактеріями замість фосфату, наприклад для побудови молекул ДНК, виглядає як мінімум передчасним. Автори не надали прямих доказів цього твердження, і отримані ними результати цілком можуть бути пояснені здатністю бактерій рости у присутності фосфору.

Якщо все ж таки їх правота буде підтверджена надалі, це буде одне з найбільших відкриттів останнім часом в даній області і відкриє нові горизонти для робіт в області біохімії, молекулярної біології і екології мікроорганізмів. Проте тут доречно пригадати фразу Карла Сагана «Extraordinary claims require extraordinary evidence», тому це революційне припущення повинно бути підкріплено дуже чіткими доказами», – підсумував Берг.

Робота має і перспективне прикладне значення.

Сьогоднішня наука здатна створювати мікроорганізми із заданими корисними властивостями, наприклад здатними якісніше перетворювати біомасу на біологічне паливо, біоруйновані полімери або медичні препарати. Знаючи різні шляхи метаболізму, їх достоїнства і недоліки, можна потім вибірково їх упроваджувати за допомогою генів в бактерії, що мають прикладне значення, для оптимізації процесу біологічного синтезу цільових продуктів.

igarkacity.ru/zakon-i-azartnie-game-online закон и азартные игры онлайн!

На головну

© 2011
1jobnet.info