Новости высоких технологий

Кaкиe фoрмы жизни в нaшeм мирe являeтся нaибoлee стaбильнoй и сильнoй? Тaрaкaны извeстны свoeй живучeстью — мнoгиe люди убeждeны, чтo oни мoгут пeрeжить дaжe ядeрный aпoкaлипсис. Тиxoxoдки, или вoды с мeдвeдями, eщe бoлee прoчный. Oни мoгут жить дaжe в кoсмoсe. В кипящиx кислыx истoчникax Йeллoустoнскoгo нaциoнaльнoгo пaркa живeт oднa вoдoрoсль. Вoкруг нeгo eдкaя вoдa, aрoмaтизирoвaнныe, мышьяк и тяжeлыe мeтaллы. Чтoбы выжить в смeртeльныx мeстax, oн испoльзoвaл нeoжидaнный трюк.

Кaкoв eгo сeкрeт? Вoрoвствo. Oн крaдeт гeны, кoтoрыe нeoбxoдимы, чтoбы выжить, у мeня eсть другиe фoрмы жизни. И этa тaктикa являeтся гoрaздo бoлee рaспрoстрaнeннoй, чeм мoжнo былo бы oжидaть.

Бoльшинствo живыx сущeств, кoтoрыe живут в экстрeмaльныx мeстax, и прeдстaвляют сoбoй oднoклeтoчныe oргaнизмы — бaктeрии и aрxeи. Эти прoстыe и дрeвниe фoрмы жизни нe являeтся слoжным биoлoгии живoтныx, нo в их простоте есть преимущество: они гораздо лучше справляться с экстремальными условиями.

Миллиарды лет они скрывались в самых негостеприимных местах — глубоко под землей, на дне океана, в вечной мерзлоте или кипящих горячих источниках. Они прошли долгий путь, развивая свои гены в миллионы или миллиарды лет, и теперь они помогают им справиться с практически ничего.

Но что, если другие, более сложные существа могли бы просто прийти и украсть эти гены? Они бы сделали эволюционный достижение. Одним махом они заполучили бы генетикой, которая позволяет им выжить в экстремальных местах. Они не попали туда, минуя миллионы лет тяжелой и трудной эволюции, которая, как правило, требуется, чтобы развивать эти навыки.

Так и пришла красная водоросль Galdieria sulphuraria. Его можно найти в горячих серных источниках Италии, России, Йеллоустонского парка, США и Исландия.

Температура этих горячих источниках подняться до 56 градусов по цельсию. Хотя некоторые бактерии могут жить в бассейны, если температура около 100 градусов, и некоторые из них могут справиться с температурой около 110 градусов, рядом с глубоководных источников, является довольно значительным, что эукариоты — группа более сложных форм жизни, которая включает в себя животных и растений (красная водоросль — это растение) — могут жить при температуре 56 градусов.

Большинство растений и животных не в состоянии выдержать такие температуры, и тому есть причина. Тепло приводит к разрушению химических связей белков, что приводит к их краху. «Это будет иметь катастрофические последствия воздействия ферментов, которые катализируют химические реакции в организме. Мембраны, обволакивающие клеток, начнут протекать. При достижении определенной температуры, мембрана рушится и клетка делится.

Но еще больше впечатляет водорослей, способность выдержать кислотную среду. Некоторые горячие источники значения pH в диапазоне от до 1. Кислые вещества делают положительно заряженные ионы водорода, также известный как протоны. Эти заряженные протоны мешают белков и ферментам внутри клетки, повреждают химические реакции, жизненно необходимые для жизни.

Это потому, что белки удерживаются вместе взаимным притяжением положительных и отрицательно заряженных аминокислот. Если вы привносите новый товар положительно заряженных частиц, вы нарушаете хрупкое равновесие, удерживающий белка в целом. Белок не может больше поддерживать свою форму и сделать свою работу должным образом.

«Большинство других жизни, не может противостоять экстремальному тепла или кислотности», — говорит Геральд Шойнкнехт, биолог растений в Университете штата Оклахома в Стилуотере. «Galdieria живет, если рн 0, что эквивалентно выживание разбавленный кислотный аккумулятор. Большинство других организмов, даже бактерии, не может совладать с такими низким рн».

Однако Galdieria может перетерпеть не только тепло и кислотность. Это келп устойчивы к мышьяку, ртути и может жить очень вкусных условиях. Эти ядовитые элементы, которые, как правило, смертельной для жизни, так как тормозят важные ферменты, которые участвуют в дыхании. Слишком много соли, с другой стороны, не дает клеткам растений берут воду, подсушиваем их и превращается в сморщенную снарядов.

Чтобы узнать, как Galdieria выдерживает такие экстремальные условия, Шойнкнехт и его коллеги-ученые и Оклахома-профессор Университета Генриха Гейне в Германии декодировали гены водорослей. И нашли нечто удивительное: вместо того, чтобы наследовать свои суперспособности своих предков, водоросли… украл ее от микробов.

Это явление передачи генов, известные как «горизонтальный перенос генов». Как правило, гены формы жизни, унаследованные от родителей. Люди именно так: вы можете отслеживать свои особенности по ветви генеалогического древа до самых первых людей.

Однако оказывается, что и сейчас, и тогда «чужие» гены совершенно другой вид, можно включить в себе ДНК. Этот процесс часто встречается у бактерий. Некоторые утверждают, что это происходит, даже люди, хотя и оспаривается.

Если чужой ДНК обзаводится новой машине, ему не обязательно сидеть. Вместо этого он может начать работу по биологии босс, побуждая его к созданию новых белков. Она может дать своему хозяину новые навыки и позволяет ему выжить в новых ситуациях. Тело, перевозчик может пойти на совершенно новый эволюционному пути.

В общей сложности Шойнкнехт идентифицировал 75 украденные гены экстракты морских водорослей, которые она позаимствовала либо бактерий или архей. Не все гены дают водоросли ясно эволюции, и его точная функция многие гены, неизвестно. Но многие из них помогут Galdieria выживать в экстремальной среде.

Его способность справляться с токсичными химическими веществами, как ртуть и мышьяк, исходит из генов, позаимствованных бактерий.

Один такой ген отвечает за «мышьяковый насос», что позволяет водорослей эффективно удалить мышьяк из клеток. Другие украденные гены, кроме прочего, позволяют водоросли выделять токсичных металлов, при этом слив важные металлы в окружающей среде. Еще один из похищенных гены контролируют ферменты, которые помогают водоросли обезвреживать металлы, такие как ртуть.

Водоросли также сперли гены, которые позволяют им выдерживать высокие концентрации соли. При нормальных обстоятельствах, пересоленная среда высосет воду из клетки и убивает ее. Но синтезируя соединения внутри клетки, что, наравне с «осмотическое давление», Galdieria позволяет избежать судьбы.

Считается, что способность Galdieria носить очень кислый хот-спрингс, из-за его непроницаемостью к протонам. Иными словами, это может быть просто обеспечить кислотно-получить свои клетки. Для этого он просто включает в себя меньше генов, кодирование каналов в клеточной мембране, через которые обычно проходят протоны. Эти каналы, как правило, позволяют пройти положительно заряженных частиц, таких как калий, которые необходимы для клеток, но также паспорт и протоны.

«Кажется, что адаптация имеет низкий уровень рн, было проведено за счет удаления любого мембранного транспортного белка плазматической мембраны, что позволит протонам проникнуть в клетку», — говорит Шойнкнехт. «Большинство эукариот имеют много калиевых каналов плазматических мембран, но Galdieria только один ген, кодирующий калиевый канал. Узкий канал позволяет справляться с высокой кислотностью».

Однако эти калиевые каналы делают важную работу, поглощают калия или поддерживают потенциал между сотовыми и его окрестности. Как келп остается здоровым без калиевых каналов, еще не ясно.

Также никто не знает, как келп работать с большим теплом. Ученые не смогли обнаружить гены, которые могли бы объяснить это специфическая особенность его биологии.

Бактерии и археи, которые могут жить при очень высоких температурах, белки и мембраны совсем другой тип, но келп прошла через более тонкие изменения, говорит Шойнкнехт. Он подозревает, что он изменяет метаболизм липидов мембраны, чем отличается рост температуры, но не знаю, как именно это происходит и как позволяет адаптироваться к теплу.

Ясно, что копирование генов дает Galdieria большое эволюционное преимущество. В то время как большая часть одноклеточных красных водорослей, родственных G. sulphuraria живет в районах вулканической и довольно путь умеренное тепло и с кислотами, некоторые из его родственников может выдержать столько тепла, кислот и токсичности, сколько G. sulphuraria. На самом деле, в некоторых местах этот вид приходится до 80-90% жизни — это показывает, как трудно для кого-то еще назвать дом G. sulphuraria их.

Остается еще один очевидный и интересный вопрос: как келп удалось украсть так много генов?

Эта водоросль живет в среде, которая содержит много бактерий и архей, так что в некотором смысле способность красть гены у него есть. Но ученые не знают точно, как ДНК перескочила от бактерий, так в другой организм. Для того, чтобы успешно попасть в заранее придумать, ДНК, сначала должна попасть в клетки, потом в ядро и только потом добавить себя хозяина геном.

«Лучшие догадки в настоящее время — что вирусы могут получить генетический материал бактерий и архей водорослям. Но это чистое предположение», — говорит Шойнкнехт. «Может быть, попасть в клетку — самый трудный шаг. Поймал внутри клетки, попасть в ядро и интегрироваться в его геноме может быть не так сложно.

Горизонтальный перенос генов часто встречаются бактерии. Поэтому у нас проблемы с устойчивость к антибиотикам. Если появится устойчивый ген, он быстро распределяется в бактерии. Тем не менее, считалось, что обмен генами реже встречаются более развитые организмы, чем эукариотов. Считалось, что бактерии имеют специальные системы, которые позволяют им принимать нуклеиновых кислот, как эукариот не.

Однако, другие примеры развитых существ, крадущих гены, чтобы выжить в экстремальных условиях, уже нашли. Такой снег водоросли Chloromonas brevispina живет в снегу и льдах Антарктиды, несет гены, которые, вероятно, были взяты микробов, архей, или даже грибы.

Острые ледяные кристаллы могут проколоть и перфорировать клеточные мембраны, так что существа, которые живут в холодном климате, необходимо найти способ, чтобы бороться с ним. Один из способов производить связывают льда белков (IBP), которые секретируются в клетках, цепляющейся за лед, прекратив рост кристаллов льда.

Рэймонд джеймс и Университет штата Невада в Лас-Вегасе была карта генома снежные водоросли и нашли, что гены, которые сочетают в себе лед белки были удивительно похожи на бактерий, архей и грибов, что говорит о том, что они все обменялись шанс выжить в холодных условиях процесс горизонтального переноса генов.

«Эти гены, необходимые для выживания, поскольку установлено, что каждый приспособленной для жизни в холодной водорослей и ни один живущей в теплых условиях», — сказал Раймонд.

Есть несколько других примеров горизонтального переноса генов эукариот. Мелких рачков, которые живут в морских антарктических льдах, кажется, тоже приобрели этот навык. Эти рачки Stephos longipes может жить жидких соленых каналы во льду.

«Полевые измерения показали, что C. longipes живут в переохлажденных рассолах является верхний слой льда», — говорит Райнер Кико, исследователь Института полярной экологии, Университет Киль в Германии. «Переохлажденные означает, что температура жидкости ниже точки замерзания зависит от солености».

Чтобы выжить и не дать себе замерзнуть, кровь S. longipes и других жидкостей в его организме присутствуют молекулы, понижающие температуру замерзания, чтобы он соответствовал воды вокруг. При этом моллюски производят белки-незамерзайки, которые не позволяют образовываться кристаллам льда в крови.

Считается, что этот белок также было из-за этого горизонтального переноса генов.

Ли красивая бабочка-монарх может также быть украдены гены, но на этот раз паразитической осы.

Оса-блестянка семейства браконид известен тем, что вводит яйца в сочетании с вирусом насекомого-хозяина. ДНК-вирус взламывает мозг босс, превращая его в зомби, который затем действует как инкубатор яйца осы. Ученые обнаружили гены драконид в бабочках, даже если эти бабочки никогда не встречались осы. Считается, что они делают бабочки более устойчивы к болезням.

Эукариоты крадут не только отдельные гены. Иногда кражи проходят с размахом.

Светло-зеленый морской обитатель Elysia chlorotica, как полагают, приобрел способность к фотосинтезу, в процессе поедания водорослей. Это морской слизень поглощает хлоропласты — органеллы, которые выполняют фотосинтез — здоров и продолжает пищеварительный получены. Если сжать и водоросли в пищу не, морской слизень может выжить, используя энергию солнечного света, чтобы изменить углекислоту и воду и пищу.

Одно исследование показывает, что морские слизни и занимают гены водорослей. Ученые начинают флуоресцентные маркеры ДНК в геном водоросли, чтобы увидеть, где именно есть гены. После подкормки водорослей, морской слизень купил ген, который отвечает за восстановление хлоропластов.

В то же время, клетки в нашем организме содержат крошечные вырабатывающие энергию структуры, митохондрии, которые отличаются от остальной части нашей клеточной структуры. Ли митохондрии даже их ДНК.

Есть теория, что митохондрии существуют как самостоятельные формы жизни, на миллиарды лет назад, но потом как-то начал привлекать в клетки первых эукариот — возможно, митохондрии были проглочены, но не переварились. Это событие, считается, что это произошло около 1,5 млрд. лет назад и стала важной вехой развития всех высших форм жизни, растения и животные.

Возможно, что воровство гены довольно распространенная тактика развития. В конце концов, это позволяет другим делать всю тяжелую работу за вас, когда вы пожинаете плоды. В качестве альтернативы, горизонтальный перенос генов можно ускорить процесс уже начался эволюционный процесс.

«Организм, которые не приспособлены для тепла или кислоты, вряд ли, что, может быть, заселит вулканические бассейны просто потому, что я получил нужные гены, говорит Шойнкнехт. — Но эволюция это почти всегда шаг за шагом процесс, и горизонтальный перенос генов позволяет сделать большой скачок вперед.»

Генные воры: «чужие ДНК» позволяет обмануть эволюцию за счет украсть гены
Илья Хель

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.