Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
Анализ описанных эволюционных событий показывает, каким образом каждая молекула в клетке включается в суммарные молекулярные и функциональные процессы. 1. В каждом случае в клетку допускаются лишь немногие из возможных изомерных форм, становящихся тем самым уникальными.
2. В таком качестве они приобретают функцию, точно обусловленную их строением и характером их взаимодействия с другими такими же отобранными специфичными соединениями. Каждые химическая реакция и функциональный акт в клетке являются детерминированным следствием предыдущих, которые в свою очередь обусловлены предшествующими и так далее, пока не дойдем до исходного набора молекул, атомов и элементарных частиц.
Гемоглобин у животных и у растений выполняет разные функции
У растений определенных групп имеется ген гемоглобина, считающийся типичным для животных. Бобовые (клевер, горох) синтезируют белок, именуемый леггемоглобином, аминокислотная последовательность которого мало чем отличается от первичной структуры гамма-цепи гемоглобина человека (Ellfolk, 1972; Dilworth, Coventry, 1977). Этот белок используется растениями для фиксации азота; он присутствует в тех клетках, где имеются симбиотические бактерии, участвующие в этом процессе. Чтобы объяснить происхождение этого гена, можно рассмотреть несколько типов эволюционных каналов.
1. Он может происходить от гена хлорофилла. Гем и хлорофилл имеют общего предшественника (протопорфирин) и одну и ту же химическую основу. 2. Гемоглобин может быть, продуктом первичного гена глобина, возможно, присутствующего в растениях в еще не обнаруженной форме псевдогена. Указывалось (Lewin, 1981), что ген леггемоглобина имеет все признаки примитивного гена глобина. 3. Гемоглобин растений — это пример одного из многих известных случаев параллельной эволюции, но у растений гемоглобин приобрел иную, чем у животных, функцию, а именно — участие в фиксации азота, а не в дыхании. 4. Недавно Джеффриз (по Lewin, 1981) предположил, что ген леггемоглобина был относительно недавно введен в растения вирусом, однако экспериментального подтверждения эта гипотеза не получила (Land-smann et al., 1986). Анализ последовательностей ДНК и данные по гибридизации ДНК генов гемоглобина, выделенной и» неродственных видов растений, привели к выводу, что растительные гемоглобины произошли от одного предшественника, общего для современных растений и животных. Следовательно, эта молекула в ходе эволюции приобрела две разные функции.
Молекулы, приобретающие различные функции; появление терморегуляции и эволюционные последствия этого события
У земноводных и пресмыкающихся температура тела отчасти определяется средой. Воздух в легких и поверхность тела у них часто бывают немного холоднее среды вследствие испарения содержащейся в теле воды, а у некоторых пресмыкающихся, например у игуаны, температура тела поддерживается на немного более высоком уровне, чем температура среды.
Птицы и млекопитающие регулируют теплоотдачу при помощи дыхательной системы. Терморегуляция у них осуществляется в основном за счет ускорения обмена, который стимулируется тиреоидными гормонами и приводит к повышению теплопродукции. В терморегуляции участвуют также катехоламины (Eckert, Randall, 1978). Температура тела у птиц поддерживается в пределах 41—45 °С, у человека — около 37 °С (Perrins, 1976).
Появление терморегуляции — это еще один пример того, как молекула, присутствующая у примитивных организмов и выполняющая определенную функцию, внезапно приобретает новую, более значительную. У низших позвоночных — рыб, земноводных, рептилий — тиреоидные гормоны являются ключевыми факторами стимуляции роста и развития. Эти гармо-
ны изменяют предпочтение к соленой или пресной воде у костистых рыб, строго регулируют процессы развития у земноводных, в особенности метаморфоз у лягушек. Таким образом, если у низших позвоночных основные функции этих гормонов связаны с процессами развития и с устойчивостью к солям, то у высших млекопитающих функции эти расширяются и организм приобретает новое физиологическое качество — способность к терморегуляции. Благодаря этому эволюционному изменению среда, в которой находились клетки позвоночных, приобрела новое свойство: отныне ее температура могла колебаться лишь в очень узких пределах. Эволюционные последствия этого, кажется, не были до сих пор должным образом оценены. Дело в том, что фиксация температуры представляет собой совершенно новый фактор, ограничивающий эволюцию птиц и млекопитающих; их клеточный метаболизм оказывается «в плену» у постоянной температуры.
Белки теплового шока являются защитным приспособлением против отклонений температуры клетки; однако с эволюционной точки зрения представляет интерес и тот факт, что эти белки имелись в клетке еще до возникновения терморегуляции. Сначала их обнаружили у насекомых, но позже оказалось, что они широко распространены у позвоночных и растений (Nover et al., 1984) (табл. 11.1).
«Новые» функции появляются на основе уже существующих
Черепная крыша примитивных позвоночных имела пять отверстий: для двух ноздрей, двух глаз и эпифиза. В последнем имелся фоторецептор, функционировавший как своего рода третий глаз. Он присутствовал у всех девонских рыб главных групп, а также у древннх земноводных и пресмыкающихся палеозоя. В триасовый период его зрительная функция была утрачена, но он продолжает существовать у высших позвоночных как железистая структура с эндокринными функциями (Romer, Parsons, 1978). Он выделяет гормон мелатонин, вызывающий агрегацию меланина в коже, причем синтез гормона зависит от количества падающего света. Эпнфиз представляет собой срединный вырост мозгового пузыря (Eckert, Randall,
