Итоги 2024 года в эволюционной биологии от Александра Маркова
Для тех, кто предпочитает читать.
Первая новость касается зарождения жизни на Земле и РНК-мира - периода в эволюции жизни, когда РНК выполняли и функции хранения генетической информации, и те функции, который сейчас выполняют белки.
В частности, в РНК-мире должны были существовать РНК-полимеразы - молекулы РНК, которые размножают другие молекулы РНК с высокой точностью. (Без достаточно высокой точности невозможна дарвиновская эволюция). В современных клетках они не существуют, так как давно вытеснены белковыми полимеразами.
И в 2024 году вышла статья, рассказывающая о методе искусственной эволюции, позволяющей выращивать РНК-полимеразы с достаточной точностью копирования (10,9% ошибок против 18,6% ошибок в 2021 году).
Это, конечно, не дает полной картины зарождения жизни на Земле, и на некоторых этапах этой искусственной эволюции ещё требуется участие белков, но это еще один кирпичик в теорию зарождения жизни.
Следующим шагом будет достижение точности копирования в 1,5% ошибок. При такой точности РНК-полимераза сможет создавать свои копии.
——————————
Вторая новость - это открытие превращения симбионта одноклеточной водоросли Broarudosphera в органеллу.
Водоросль Broarudosphera относится к группе кокколитофорид - одноклеточных водорослей с известковым скелетом.
Кокколитофориды являются важным регулятором содержания СО2 в атмосфере. Как только концентрация СО2 повышается, водоросли стремительно увеличивают свою численность, а после их смерти известковые скелеты опускаются на дно океана, выводя излишки углерода из круговорота.
Водоросль Broarudosphera появилась около 100 млн. лет назад и отличается способностью хорошо переживать различные катаклизмы. В частности, она очень хорошо пережила падение Чиксулубского метеорита 65 млн. лет назад, убившего не только динозавров, но и большинство видов кокколитофорид.
И эта живучесть, по всей видимости, вызвана тем, что у этой водоросли есть азотфиксирующий симбионт. Причем связь их настолько сильна, что симбионт фактически является органеллой (нитропластом) водоросли.
Половина белков симбионта производится в ядре и доставляется к нему специальными транспортными системами.
Деление симбионта синхронизировано с делением водоросли: сначала делится единственная митохондрия водоросли, потом нитропласт, потом два хлоропласта, затем ядро.
Подобных превращений симбионта в органеллу до этого открытия найдено всего три:
Появление митохондрий из альфапротеобактерии;
Появление хлоропластов из цианобактерии;
Появление независимой фотосинтезирующей органеллы у амебы Paulolinella.
Помимо научного интереса, данное открытие может дать ученым будущего возможность выведения растений, не нуждающихся в азотных удобрениях.
——————————
Следующая новость тоже касается симбионтов.
Ассиметричные моллюски Corculum ("разбитое сердце") в верхней створке раковины имеют окошки, они же оптоволоконные кабели из длинных и тонких (менее 1мкм) кристаллов арагонита.
Это позволяет им снабжать своих симбионтов светом, не открывая створок, как поступают моллюски тридакны.
Это первый известный случай использования оптоволоконных кабелей живыми организмами.
——————————
Вышло исследование, посвященное изучению длины сперматозоидов дрозофил.
(Нет, биологам есть чем заняться. Но в эволюционной биологии спаривание проходит красной нитью через большинство исследований.)
У разных видов дрозофил длина сперматозоида составляет от 0,2мм до 58мм. Это не опечатка. У мухи размером в пару миллиметров сперматозоиды могут превышать её длину в десятки раз.
Как же так вышло?
Самка дрозофилы совершает спаривания с несколькими самцами, и ей желательно выбрать для размножения наиболее здорового из них.
Спермоприемник дрозофилы представляет собой свернутую кольцами трубку, и устроен так, что более короткие сперматозоиды оттуда выталкиваются, а более длинные имеют преимущество.
А длина сперматозоида является "честным признаком" здоровья дрозофилы. Слабый самец просто не сможет сформировать большие сперматозоиды. И половой отбор ведёт к тому, что спермоприемник самки становится всё более закрученным, а сперматозоиды самцов всё более длинными.
Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) 126 чистых генетических линий дрозофил выявил 142 гена влияющих на длину сперматозоида.
Эти гены не связаны непосредственно с половой системой. Белки, которые они кодируют, могут быть задействованы, например, в работе мозга. Но для создания таких дорогих сперматозоидов весь организм должен работать, как часы. Сбой в любой системе ведет к уменьшению длины сперматозоида, а его длина становится индикатором общего здоровья.
Это исследование в некотором смысле объясняет "парадокс токовища". Почему признаки, важные для полового отбора не становятся одинаковыми у всех особей? А потому и не становятся, что нет одного гена, который определял бы этот признак.
——————————
Окаменевшая поверхность со следами парантропов и эректусов у озера Туркана в Кении показывает, что эти виды сосуществовали в этой местности в одно время 1,5 млн. лет назад, знали друг о друге, и, возможно, взаимодействовали.
Разные экологические ниши позволили им прожить почти без конкуренции около миллиона лет.
——————————
Большое количество эккринных потовых желез и "медленных" мышечных волокон (медленно сокращаются, долго не устают) в ногах у людей, по-видимому, является адаптацией для "охоты выносливостью".
Охота выносливостью известна на всех континентах и была широко распространена среди охотников-собирателей. Только последние 70-80 лет её популярность снизилась.
——————————
Новые находки в Тибете и изучение остатков человеческих белков в почве показали, что денисовцы жили в этом регионе куда дольше, чем предполагалось ранее: с 220-170 тыс. лет назад до 48-32 тыс. лет назад.
Этот период включает в себя два оледенения и межледниковье, но только приход сапиенсов послужил причиной их вымирания.
А в Новой Гвинее и прилегающих островах популяция денисовцев могла дожить, судя по денисовским генам у местного населения, до срока 20 и даже до 15 тысяч лет назад.
——————————
В Эфиопии найдена стоянка того времени, когда произошло извержение супервулкана Тоба, поставившее 74 тысячи лет назад человечество на грань выживания.
Анализ показал, что в условиях возникшей засухи, выжить людям помогла рыбалка в пресыхающих реках.
Также там были обнаружены старейшие наконечники стрел в мире.
——————————
При раскопках в пещере Мандрен в долине реки Рона был найден культурный слой неронской культуры возрастом 54 тысячи лет, содержащий зуб сапиенса и старейшие наконечники стрел в Европе.
Слой этот находится между слоями мустьерской неандертальской культуры.
Это позволяет предположить, что заселение Европы сапиенсами с Леванта и Ближнего Востока происходило волнами:
- Неронская культура (54 тыс. лет назад). Затронуло только долину Роны и продержалась несколько десятилетии.
- Шательперонская культура (45 тыс. лет назад). Распространилась шире по Франции и Испании, но тоже не достигла успеха.
Параллельно ей на севере Европы от Польши до Англии существовала культура Линкомб-Ранис-Ежмановице, тоже относящаяся к сапиенсами второй волны. Её представители вымерли полностью, не оставив своего вклада в генофонде современных людей.
- Протоориньякская культура (43 тыс. лет назад). Сапиенсы теснят неандертальцев, и в результате заселяют всю Европу.
——————————
Геномные данные 4292 современных людей и 533 древних помогли понять эволюцию амилазы (фермента, расщепляющего крахмал).
У наших предков изначально было три гена амилазы, но еще но выхода из Африки начали появляться геномы с бОльшим их количеством. А 12000 лет назад этот процесс резко ускорился с распространением сельского хозяйства.
——————————
Анализ геномов 273 древних лошадей показал, что все современные домашние лошади произошли от популяции лошадей, живших в низовьях Волги и Дона и приручённых около 2200 года до н.э.
——————————
Полное видео:
