Читаем Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции полностью

В предыдущем разделе мы подчеркнули некоторые фундаментальные различия между прокариотическими и эукариотическими клетками (см. табл. 7-1). Одно из этих отличий представляется наиболее поразительным и может содержать ключ ко всей проблеме происхождения эукариот. Эта главная черта эукариотической клетки — присутствие митохондрий, играющих важнейшую роль в преобразовании энергии, а также выполняющих многие другие функции в клетках эукариот, такие как участие в различных формах передачи сигналов и программируемой клеточной смерти. Митохондрии — это органеллы характерной формы («дамская туфелька»), окруженные двойной мембраной; внутренняя мембрана содержит электронтранспортную цепь, состоящую из выстроенных в строго определенном порядке белковых комплексов. Удивительно, что митохондрии обладают своим собственным геномом, обычно представленным кольцевой молекулой ДНК, которая варьирует в размерах в разных царствах эукариот (очень небольшие, около 10 Кб, у животных, и более крупные, от 100 Кб до 1 Мб у других эукариот), и кодирующим небольшое число белков (только тринадцать у большинства животных; в основном это субъединицы комплексов электронтранспортной цепи), а также 34 рРНК и тРНК. Более крупные митохондриальные геномы растений, грибов и протист могут содержать больше функциональных генов — до ста у Reclinomonas americana из группы Excavata, — но в основном большие митохондриальные геномы состоят из встроенных мобильных элементов (Barbrook et al., 2010). Более того, митохондрии обладают собственными системами транскрипции и трансляции, которые обеспечивают экспрессию митохондриального генома. Эти системы во всех отношениях больше напоминают прокариотические, чем эукариотические аналоги. Многие эукариотические клетки содержат более одной митохондрии, и под электронным микроскопом это выглядит так, будто эукариотическая клетка нашпигована множеством паразитических или симбиотических бактерий. И на самом деле так оно и есть.

Сегодня у биологов нет сомнений, что митохондрии произошли от бактерий, бывших эндосимбионтами предков эукариот, и претерпели редуктивную эволюцию, которая превратила их в органеллы, полностью зависимые от клетки хозяина, однако сохранившие некоторые характерные прокариотические черты. Идентифицировать бактериальных предков митохондрий было относительно нетрудно (Yang et al.,1985): филогенетический анализ митохондриальных рРНК и некоторых белок-кодирующих генов точно поместил их среди альфа-протеобактерий, представителей отдельной ветви Proteobacteria, которая, что интересно, включает, наряду с большим числом свободноживущих бактерий, некоторое число внутриклеточных паразитов (таких как Rickettsia) и эндосимбионтов (таких как Wolbachia). Таким образом, по крайней мере в общих чертах, путь от альфа-протеобактерий до митохондрий кажется ясным. Однако на молекулярном уровне это превращение ни в коей мере не тривиально. В самом деле, большинство митохондриальных геномов претерпели сокращение до крайнего минимума, и это сокращение сопровождалось переносом сотен бывших бактериальных генов в геном хозяина (пока что будем использовать нейтральное определение «хозяин эндосимбионта», но позже в этой главе мы обсудим природу этого хозяина подробно). Белковые продукты большинства этих генов — включая среди прочих все белки, которые составляют митохондриальную систему трансляции, — направляются обратно в митохондрии, где они и выполняют свои функции (см. рис. 7-1). Для того чтобы этот механизм работал, гены, перенесенные в хромосомы хозяина, должны быть транскрибированы, что требует соответствующих регуляторных сигналов; транскрипты должны быть транслированы в цитозоле, что требует полной совместимости с эукариотическими сигналами трансляции; наконец, полученные белки должны быть импортированы в митохондрию, что требует специальных сигналов для импорта и специализированного белкового механизма в наружной мембране митохондрий. Проблема приспособления перенесенных генов эндосимбионта к прохождению через этот сложный путь на первый взгляд кажется совершенно неразрешимой. Однако, по-видимому, имеется очевидное решение; пока что я сохраню интригу и расскажу о нем в разделе о происхождении эукариотической клетки, ниже в этой главе.

Рис. 7-1. Схематическое изображение митохондрии с ее геномом и системой трансляции, а также транспорта митохондриальных белков в эукариотической клетке.

Эндосимбиоз, митохондрии, гидрогеносомы и пластиды
Перейти на страницу:

Все книги серии Занимательная наука (Центрполиграф)

Откуда приходят герои любимых книг. Литературное зазеркалье. Живые судьбы в книжном отражении
Откуда приходят герои любимых книг. Литературное зазеркалье. Живые судьбы в книжном отражении

А вы когда-нибудь задумывались над тем, где родилась Золушка? Знаете ли вы, что Белоснежка пала жертвой придворных интриг? Что были времена, когда реальный Бэтмен патрулировал улицы Нью-Йорка, настоящий Робинзон Крузо дни напролет ждал корабля на необитаемом острове, который, кстати, впоследствии назвали его именем, а прототип Алеши из «Черной курицы» Погорельского вырос и послужил прототипом Алексея Вронского в «Анне Карениной»? Согласитесь, интересно изучать произведения известных авторов под столь непривычным углом. Из этой книги вы узнаете, что печальная история Муму писана с натуры, что Туве Янссон чуть было не вышла замуж за прототипа своего Снусмумрика, а Джоан Роулинг развелась с прототипом Златопуста Локонса. Многие литературные герои — отражение настоящих людей. Читайте, и вы узнаете, что жил некогда реальный злодей Синяя Борода, что Штирлиц не плод фантазии Юлиана Семенова, а маленькая Алиса родилась вовсе не в Стране чудес… Будем рады, если чтение этой книги принесет вам столько же открытий, сколько принесло нам во время работы над текстом.

Юлия Игоревна Андреева

Языкознание, иностранные языки
Знаем ли мы все о классиках мировой литературы?
Знаем ли мы все о классиках мировой литературы?

…«И гений, парадоксов друг» – гений и впрямь может быть другом парадоксов своей биографии… Как только писателя причисляют к сонму классиков – происходит небожественное чудо: живого человека заменяет икона в виде портрета в кабинете литературы, а всё, что не укладывается в канон, как будто стирается ластиком из его биографии. А не укладывается не так уж мало. Пушкин – «Солнце русской поэзии» – в жизни был сердцеедом, разрушившим множество женских судеб, а в личной переписке – иногда и пошляком. Можно умиляться светлым отрывкам из недавно введённого в школьную программу «Лета Господня» Ивана Шмелёва, но как забыть о том, что одновременно с этой книгой он писал пламенные оды в поддержку Гитлера? В школе обходят эти трудности, предлагая детям удобный миф, «хрестоматийный глянец» вместо живого человека. В этой книге есть и не слишком приглядные подробности из биографий русских классиков. Их вполне достаточно для того, чтобы стряхнуть с их тел гранитно-чугунную шинель официозной иконы. Когда писатели становятся гораздо более живыми, чем на страницах учебников, то и их позитивное воздействие на нас обретает большую ценность.

Мария Дмитриевна Аксенова

Литературоведение
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

В этой амбициозной книге Евгений Кунин освещает переплетение случайного и закономерного, лежащих в основе самой сути жизни. В попытке достичь более глубокого понимания взаимного влияния случайности и необходимости, двигающих вперед биологическую эволюцию, Кунин сводит воедино новые данные и концепции, намечая при этом дорогу, ведущую за пределы синтетической теории эволюции. Он интерпретирует эволюцию как стохастический процесс, основанный на заранее непредвиденных обстоятельствах, ограниченный необходимостью поддержки клеточной организации и направляемый процессом адаптации. Для поддержки своих выводов он объединяет между собой множество концептуальных идей: сравнительную геномику, проливающую свет на предковые формы; новое понимание шаблонов, способов и непредсказуемости процесса эволюции; достижения в изучении экспрессии генов, распространенности белков и других фенотипических молекулярных характеристик; применение методов статистической физики для изучения генов и геномов и новый взгляд на вероятность самопроизвольного появления жизни, порождаемый современной космологией.Логика случая демонстрирует, что то понимание эволюции, которое было выработано наукой XX века, является устаревшим и неполным, и обрисовывает фундаментально новый подход — вызывающий, иногда противоречивый, но всегда основанный на твердых научных знаниях.

Евгений Викторович Кунин

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука

Похожие книги