Генетика
Креацентр > Статті > Генетика > Повільна, але вірна смерть теорії «сміттєвої ДНК»

Повільна, але вірна смерть теорії «сміттєвої ДНК»

Гіпотеза про так звану «сміттєву ДНК» переживає важкі часи. Колись це було улюблене дітище еволюційної теорії. В останні ж роки її статус все більше піддається сумніву — у мірі виходу нових робіт, які показують, що насправді вона зовсім не «сміттєва».1,2

В ході «Великої дискусії про творіння і еволюцію в Дотані»3 мій опонент будував свої міркування саме на «сміттєвій ДНК», повертаючись до неї знову і знову. Я попереджав тоді, що цей аргумент є безпідставним, що «форма слідує за функцією» і що ситуація нагадує стару дискусію про рудименти (довід, який розсипається в прах, як тільки для «рудимента» виявляється відповідна функція).

І дійсно, дуже скоро нові дослідження посунули ідею про «сміттєву ДНК» ще ближче до купи сміття вже спростованих раніше еволюціоністських вигадок. Фолкнер і його колеги4 завдали нищівного удару гіпотезі «сміттєвої ДНК», показавши, що ретротранспозони (імовірно, залишки давніх вірусів, які проникли в геноми людей і інших живих істот) дуже функціональні.

Передісторія

Ґрунтуючись на працях Дж. Б. С. Холдейна5 та інших авторів, які показали, що природний добір не був в змозі вибрати потрібні з мільйонів нових мутацій в ході людської еволюції, Мото Кімура6 розробив в кінці 1960-х рр. теорію «нейтральної еволюції». Суть її в наступному. Якщо «дилема Холдейна»7 вірна, то велика частина ДНК виявляється нефункціональною. ДНК може вільно мутувати протягом довгого часу без будь-якого впливу з боку зовнішнього середовища. Таким чином, природний відбір може впливати на окремі важливі ділянки геному, тоді як нейтральна еволюція наосліп впливає на всі інші. Оскільки природний відбір не впливає на нейтральні властивості, що не торкаються здатності до виживання або розмноження, нейтральна еволюція може допускати випадкові зміни без всяких «витрат відбору».8

Термін «сміттєва ДНК» (англ. Junk DNA) запропонував у 1972 р Сусумі Оно9, безпосередньо спираючись на ідею нейтральної еволюції. Для Оно й інших вчених його часу великі ділянки (інтрони) між генами, що кодують білки (екзонами), представляли собою марну ДНК, єдина функція якої — розділяти гени в хромосомі.

«Сміттєва ДНК» необхідна для теорії еволюції

«Сміттєва ДНК» — це не просто ярлик, приліплений до тієї частини ДНК, яка здається нефункціональною, а необхідна математична екстраполяція, створена для вирішення теоретичної дилеми в теорії еволюції, перед якою без цієї екстраполяції встають непереборні труднощі математичного характеру. «Сміттєва ДНК» необхідна для еволюційної теорії.

З позицій математики, проблема виглядає наступним чином: занадто велика мінливість, занадто багато ДНК, яка має мутувати, — і занадто мало поколінь, щоб всі ці мутації встигли закріпитися. В цьому і полягала суть роботи Холдейна. Без «сміттєвої ДНК» еволюціонізм не в змозі математично пояснити, як же відбувається сама еволюція.

Справді: еволюційна модель передбачає термін від 3 до 6 мільйонів років з моменту розбіжності предків людей і шимпанзе. При середньому часі зміни поколінь близько 20-30 років, у нас було всього лише від 100 000 до 300 000 поколінь, щоб закріпити мільйони мутацій, що відокремлюють людей від шимпанзе. У числі цих мутацій — щонайменше, 30 мільйонів однонуклеотидних поліморфізмів10, понад 90 мільйонів пар основ унікальної ДНК10, близько 700 додаткових генів людини (у шимпанзе немає близько 6% людських генів)11, десятки тисяч хромосомних транслокацій. Крім того, геном шимпанзе приблизно на 13% довший за людський12, але в основному за рахунок гетерохроматину, який покриває хромосомні теломери. Всі ці зміни повинні були відбутися за дуже короткий період еволюції, так що на них просто не було часу, навіть якщо заперечувати функціональність більше 95% генома, в терміни можна вкластися з великими труднощами.

Якщо ж «сміттєва ДНК» на ділі виявиться функціональною — то кожна її функція буде все сильніше підривати еволюційну теорію.

Ретротранспозони: невипадковий розподіл сміття

Важливі елементи «сміттєвої ДНК» — ретротранспозони. Вони вважалися залишками давніх вірусних інфекцій, частинки ДНК яких безладно проникали в ДНК інших видів, в тому числі і в ДНК людини.

Ідеї ??про те, що величезні області людської ДНК являють собою непотрібне сміття, що накопичилося в процесі еволюції, — цій ідеї саме місце на звалищі.

Досліджуючи людину і мишу, Фолкнер і його коллеги4 виявили, що від 6 до 30% РНК13 починаються всередині ретротранспозон, і що такий їх розподіл явно не випадковий. Дане відкриття саме по собі було приголомшливим. Але дослідники додатково до цього з'ясували, що ці РНК в основному тканиноспецифічні, так що різні класи ретротраспозон, схоже, беруть участь в регуляції експресії гена в різних тканинах.

Вже з самого початку дані висновки не підтримували ідею про те, що ретротранспозони - це «еволюційне сміття». Але далі — більше. Виявляється, що ретротранспозони збігаються з областями великої щільності генів і зустрічаються всередині генома у вигляді кластерів, тим самим підтверджуючи модель невипадкового розподілу генів. Коли ретротранспозони розташовуються вище генів, що кодують білок, вони надають безліч альтернативних точок ініціації транскрипції, які виробляють безліч альтернативних мРНК і не кодують РНК. У нижній частині транскрипта більше чверті таких генів, що значаться в RefSeq14, мають ретротранспозон в своїх 3'-НТО (нетрансльовані області)15, що зменшує кількість синтезованого білка. Дослідники зробили висновок, що ці 3'-НТО є місцем інтенсивної транскрипційної регуляції. Цього навряд чи можна було очікувати від «сміттєвих» частин ДНК!

На підставі розподілу ретротранспозонів вчені визначили цілих 23 000 можливих області регуляції всередині генома. Крім того, вони знайшли 2 тисячі прикладів двосторонньої транскрипції, викликаної присутністю ретротранспозонів (коли ДНК «читається» в обох напрямках, а не тільки в одному, що вважалося нормою).

Ретротранспозони як регулятори транскрипції

У певний момент Фолкнер і його колеги спробували зменшити свої результати. Вони оголосили, що тільки деякі ретротранспозони містять активні промотори і що тільки деякі з них функціональні, заявивши при цьому, що не наполягають на універсальній функції ретротранспозонів.
Однак ці ж автори вказують на достаток ретротранспозонів, на тисячі ретротранспозонів-промоторів, які безпосередньо примикають до генів, що кодують білок, впливаючи на їх регуляцію і, ймовірно, також на їх еволюцію. Автори зробили висновок, що ретротранспозони мають вирішальний вплив на транскрипцію у всьому геномі, що вони виступають «багатосторонніми регуляторами функціональної продуктивності транскриптома ссавців», «всеосяжним джерелом транскрипції і транскрипційної регуляції», і що «в майбутніх дослідженнях генома вони повинні вважатися "транскрипційним механізмом"».

Висновок

Це приголомшливі результати. У міру того, як ускладнюється наше уявлення про геномну регуляцію, у міру того, як дедалі більша частина генома виявляється функціональною, знову і знову виникає питання: скільки ще еволюціоністи будуть триматися за теорію «сміттєвої ДНК»? Однак не триматися вони не можуть, бо без цієї ідеї втратять один зі своїх кращих аргументів.

Проте, еволюціоністи тільки що втратили один зі своїх улюблених аргументів: присутність в геномі давніх неактивних вірусів. Замість нефункціональних рудиментарних залишків нашого минулого, ретротранспозони виявилися елементами, функціонально інтегрованими в разюче складний регуляторний апарат генома ссавців.

Хочу зауважити, що молодоземельні креаціоністи не наполягають на високій функціональності всього генома. Хоча я підозрюю, що прямі або непрямі регулятори транскрипції більшої його частини ще будуть знайдені, в геномі все ж можуть існувати значні відрізки, які просто повідомляють тимчасову структуру його функціональним частинам. Можна вважати їх каркасом, на якому спочиває тривимірний хмарочос генома. Втім, навіть ці елементи функціональні (в силу своєї структуроутворюючої ролі), хоча вони можуть і не мати прямого впливу на геномну регуляцію, і специфічність їх послідовності може бути вельми низькою.

Коли-небудь ми зрозуміємо, як працює геном в цілому. Поки ж відзначимо, що «сміттєва ДНК» стала черговою слабкою ланкою в ланцюзі аргументації, що вибудовується на доказ теорії еволюції.

 

Автор: Роберт В. Картер

Дата публікації: 09.06.2009

Джерело: creation.com

 

Переклад: Літус П.

Редактор: Літус П.

 

Посилання:

  1. Batten, D., No joy for junkies, Journal of Creation 19 (1): 3, 2005.
  2. Woodmorappe, J., Potentially decisive evidence against pseudogene «shared mistakes», Journal of Creation 18 (3): 63-69, 2004.
  3. The Great Dothan Creation / Evolution Debate - публічна дискусія, що відбулася в м Дотан, штат Алабама, 27 листопада 2007 між автором цієї статті і противником креаціонізму Ріком Пирсоном. (Прим. пер.) - creation.com/the-great-dothan-debate.
  4. Faulkner, G.J. et al., The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells, Nature Genetics 41 (5): 563-571 2009.
  5. Haldane, J.B.S., The cost of natural selection, Journal of Genetics 55: 511-524, 1957.
  6. Kimura, M., Evolution rate at the molecular level, Nature 217: 624-626, 1968.
  7. «Дилема Холдейна» (таку назву проблеми, піднятої Холдейном, було дано пізніше іншими авторами) полягає в тому, що швидкі зміни на рівні одного або декількох генів, з певних причин, перешкоджають таким швидким змінам інших генів, отже, генні мутації не можуть забезпечити пристосування і виживання популяції при швидкій зміні умов зовнішнього середовища. (Прим. Пер.) - Batten, D., Haldane's dilemma has not been solved, Journal of Creation 19 (1): 20-21, 2005.
  8. Batten, D., The Biotic Message: Evolution versus Message Theory, Journal of Creation 11 (3): 292-298, 1997..
  9. Ohno, S., So Much «Junk» DNA in our Genome. Evolution of genetic systems. Brookhaven Symposia In Biology, no. 23 (Smith, H.H., ed.), Pp. 366-370, 1972. - http://www.junkdna.com/ohno.html
  10. Varki, A. and Altheide, T.K., Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack, Genome Research 15: 1746-1758, 2005.
  11. Demuth, J.P. et al., The evolution ofmammalian gene families, PLoS One I: e85, 2006.
  12. Згідно з базою даних розмірів генома (http://www.genomesize.com), розмір генома людини (представлений як «значення C» — одиниця ваги, [теоретично] прямо пропорційна розміру генома) становить 3,2. «Значення С» для шимпанзе наводилося рівним 3,46, 3,63, 3,76 і 3,85. Всі ці значення показують, що геном людини менше, ніж геном шимпанзе (на 8-17%).
  13. РНК - проміжна ланка між ДНК і синтезуються білком. РНК виробляється з ДНК в ході процесу транскрипції. Не всі РНК беруть участь у синтезі білка - вони також виконують безліч другіхх функцій в клітці.
  14. Стандартизований каталог білок-кодують генів: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/RefSeq.
  15. НТО (нетрансльовані області) — це ділянки мРНК, що не кодують білок. Зазвичай в транскрипт РНК існують дві НТО, по одній з кожного боку. 3'-НТО знаходиться в нижній частині транскрипта, після білок-кодує частини, зазвичай вона містить сигнал завершення, сигнал поліаденілювання і має інші властивості.

Написати коментар