Перспективы отбора. От зелёных пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества

Скорее всего, тот же самый эффект мог быть достигнут и без генной дупликации — путем формирования в регуляторной области LMI1 новых энхансеров (так называют регуляторные участки гена, к которым прикрепляются специальные белки — регуляторы транскрипции, или транскрипционные факторы, — что приводит к усилению или, наоборот, ослаблению экспрессии гена). Именно таким способом развивались, например, узоры на крыльях дрозофил (о чем мы рассказывали в книгах «Рождение сложности» и «Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий»). В обоих случаях ключевую роль сыграли изменения регуляторных, а не кодирующих участков генов. По-видимому, это самый типичный путь формирования новых морфологических признаков. Гены, контролирующие развитие организма, как правило, многофункциональны. Причина в том, что в ходе эволюции к ним очень легко «привешиваются» новые функции, ведь фактически эти гены служат профессиональными регуляторами активности других генов — и им все равно, какие именно гены регулировать. Многофункциональность регуляторов развития накладывает жесткие ограничения на эволюцию их белок-кодирующих частей, потому что изменения в них приведут к множественным последствиям, большинство из которых наверняка будут вредными. Обойти эту проблему позволяют изменения регуляторных участков таких генов. При этом формируются новые области экспрессии гена-регулятора, что позволяет создать новую функцию, не вредя старым.

Исследование № 17 Последствия генных дупликаций удалось оценить количественно

Дупликация генов — один из главных способов появления новых признаков. Ранее на отдельных примерах было показано, что эволюционная судьба паралогов (копий удвоившегося гена) может складываться по-разному. Паралог может приобрести новую функцию, сохранить старую или специализироваться на одном из аспектов старой функции, разделив сферы действия с другими паралогами. Все это по-разному сказывается на таких важных характеристиках организма (и отдельных его подсистем), как сложность и помехоустойчивость. Канадские генетики попробовали количественно оценить эволюционные последствия 56 генных дупликаций, произошедших у предков пекарских дрожжей. Для этого они изучили влияние каждой дупликации на систему взаимодействий между белками в клетке. Оказалось, что в 22 случаях дупликация повысила помехоустойчивость системы. Это проявляется в том, что при потере или поломке одного из паралогов его функции частично или полностью берет на себя другой, сохранившийся. Однако в 19 других случаях утрата одного паралога не только не компенсировалась, но и нарушила работу второго, сохранившегося паралога. Таким образом, исследование показало, что копии удвоившегося гена часто становятся взаимозависимыми, после чего одна из них уже не может нормально работать без второй. В результате система не только усложняется, но и становится менее надежной (более чувствительной к помехам).

Удвоение генов — один из главных источников эволюционных новшеств, потому что появившаяся в геноме «лишняя» копия гена на какое-то время получает небывалую эволюционную свободу. Возникающие в ней мутации не подвергаются немедленной отбраковке, даже если нарушают исходную функцию белка, поскольку сохраняется вторая копия, по-прежнему исправно выполняющая эту функцию.