Шестое чувство

Об этом рассказывает доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков.

– Какие новые функции у организма или новые свойства млекопитающим удалось получить путем удвоения генов?

– Млекопитающие отличаются от других наземных позвоночных не только тем, что у многих из них проблемы с цветным зрением, но еще и тем, что у них гораздо сильнее, чем у других, развито обоняние. У млекопитающих обоняние развито совершенно невероятно. У крысы, например, до 1600 генов – обонятельных процессоров в геноме. 5 процентов всех генов генома - это гены обонятельных рецепторов. То есть это самая массовая группа генов в геноме.

В отличие от зрения, для обоняния мы не можем обойтись тремя-четырьмя рецепторами, потому что запахи очень разнообразны и на каждый тип летучих молекул нужен свой рецептор, свой белок, соответственно, свой ген. Поэтому генов так много. Но при этом другие позвоночные обходятся меньшим числом рецепторов, скажем, у курицы всего около 80 рецепторов, а у крысы, как я уже отметил, целых 1600. Многообразие обонятельных рецепторов млекопитающих рецепторов возникло из небольшого исходного набора путем множественных удвоений, множественных дупликаций этих самых генов. Только не совсем ясно было, когда именно эти дупликации происходили.

Недавно японский исследователь опубликовал статью, где этот вопрос разбирается. Поскольку прочтены геномы целого ряда позвоночных из разных групп, появилась возможность для таких широкомасштабных аналитических исследований. Что он сделал? Он провел тщательный анализ генов обонятельных рецепторов генома шести видов позвоночных. Это – лягушка, курица, утконос, опоссум, собака и мышь, то есть шесть геномов. И подобраны эти животные таким образом, чтобы можно было реконструировать ситуацию в основных точках ветвления эволюционного древа позвоночных. Первая развилка на этом древе наземных позвоночных – это отделение предков современных амфибий от всех остальных, для этого был рассмотрен геном лягушки – представителя современных амфибий. Следующая развилка - это разделение на синапсидных и диапсидных. (Синапсидные виды - это зверообразные ящеры, а диапсидные - это современные рептилии, крокодилы, ящерицы и птицы).

Для этого был взят геном курицы, как представителя диапсидных. Следующая развилка на той ветви, которая ведет уже к людям – для этого отделения был взят утконос, «ответвившийся» от предка всех остальных зверей, сумчатых и плацентарных. Следующая развилка - это разделение сумчатых и плацентарных. Для этого был взят геном опоссума. И наконец, собака и мышь, как представители высших плацентарных.

Люди на этом древе ближе всего к мыши. Оказалось, что у общего предка всех наземных позвоночных было около сотни обонятельных рецепторов, около сотни генов. Это первая развилка – сто генов. Вторая развилка, когда разделились синапсидные и диапсидные, то есть курица и остальные четыре вида в этой выборке.

Здесь осталось столько же, то есть около сотни обонятельных генов, ничего не изменилось. Дальше начинается резкий рост от общего предка утконоса и остальных зверей, здесь уже было больше трехсот генов. Затем у общего предка плацентарных и сумчатых, то есть опоссума уже около 670 генов обонятельных рецепторов. И общий предок собаки и мыши уже имел 740 генов обонятельных рецепторов.

На этом в основном процесс закончился, но в некоторых группах происходили дополнительные дупликации. И самый главный результат этого исследования состоит в том, что таким образом выяснилось, что основная масса дупликации обонятельных генов как раз совпадает во времени с утратой опсиновых генов – то есть генов, ответственных за цветное зрение. То есть первый опсиновый ген был утрачен на самых ранних стадиях становления млекопитающих. Это как раз соответствует промежутку от курицы до утконоса. Здесь был потерян первый опсиновый ген. И здесь же произошла половина дупликаций обонятельных генов.

– Получается, что по мере развития обоняния, животные теряли цветное зрение.

– Совершенно верно. То есть оказалось, что эти два чувства развивались в противофазе. У млекопитающих с одной стороны ухудшалось цветное зрение, с другой стороны быстро улучшалось обоняние. Видимо, и то, и другое было связано с переходом к ночному образу жизни. Млекопитающие стали больше полагаться на обоняние, а не на зрение.

То есть взамен цветного зрения развилось обоняние. Таким образом, в пределах разрешающейся способности этого метода эти два процесса - утрата генов цветного зрения и массированная дупликация генов обоняния, вот эти два процесса во времени совпадают с ранними этапами эволюции млекопитающих.