Забывание в молекулярной эволюции

Что изучает молекулярная эволюция? Как происходит отбор на последовательность ДНК? Какова причина возникновения эффекта молекулярного забывания? Об этом рассказывает научный сотрудник лаборатории эволюционной геномики ФББ МГУ имени М. В. Ломоносова Сергей Науменко.

Молекулярная эволюция изучает эволюцию на уровне белковых нуклеотидных последовательностей. В клетке ДНК кодирует белки, на основе ДНК синтезируются белки, которые несут какую-то конкретную функцию: являются катализаторами процессов, структурными белками, сигнальными белками. В процессе эволюции изменяется именно ДНК, а не белок. Но то, какой белок получается с данных генов, влияет на способности организма. Белки работают хорошо — высокая приспособленность, плохо — низкая. Таким образом осуществляется отбор на последовательность ДНК. И теория молекулярной эволюции изучает этот процесс.

Мы взяли полные тексты геномов 9 организмов: геном человека, мыши, коровы, собаки, рыбы. Мы расположили белок-кодирующие гены этих организмов, выписали друг под другом те белок-кодирующие гены, которые имеют общее происхождение (ортологичные группы генов). Ясно, что человек больше похож на мышь, чем на рыбу. Его белки находятся на меньшем расстоянии от мыши, чем от рыбы. Можно построить филогенетическое дерево, на котором человек и мышь расположены рядом, дальше расположена собака, дальше — слон и так далее до рыбы. Проделав такую операцию, мы получили около 9 миллионов сайтов, что уже достаточно для исследования. Сайт — это позиция в белке, например 3 с начала. Все сайты в белке неравнозначные, есть важные, которые сильно влияют на функцию белка, например сайт активного центра, а есть неважные.

Чем больше прошло времени после первой замены какой-либо аминокислоты, тем меньше вероятность обратной замены. Это эффект молекулярного забывания в эволюции. Мы предположили, что данный эффект может быть вызван двумя причинами. Первую причину назвали «эффект чиновника». Предположим, что на должности раньше был чиновник А, а теперь — Б. Чиновник Б изначально ничего в работе не понимает, чиновник А имеет все связи и умения, чтобы эту должность занимать. Поначалу чиновник А еще может обратно сместить чиновника Б, просто сказав, что тот не справляется со своей работой. Но постепенно чиновник Б укрепляется на месте, обрастает связями, аппаратом, знаниями и так далее. Его приспособленность в этой должности растет, и чиновник А уже не сможет его заменить. Здесь нет молекулярного забывания, здесь есть рост приспособленности варианта Б. И в альтернативной гипотезе, если мы вернемся к аналогии, оба чиновника имели примерно одинаковую приспособленность, в нашем случае это аминокислоты в определенном сайте, и со временем приспособленность А уменьшается, потому что аминокислота А не присутствует в этом сайте, а Б остается на том же уровне. Естественно, в эволюции действуют оба этих эффекта одновременно.