Откуда хобот у слона и как работает ДНК?⁠⁠

Den Den (письмо в Редакцию): Хотел бы задать три вопроса, возникшие после посещения Музея им. Дарвина в Москве: 1) Как ученые определяют принадлежность к хищникам или нехищникам первых существ на земле, следы которых остались только в окаменелостях (возможность определить по зубам, как я понимаю нет) ? и какие факторы эволиции способствовали появлению хищников или не хищников из простых одноклеточных? 2) Как я понял было два больших вымирания существ - а какова причина первого вымирания? (под вторым я понимаю вымирание динозавров). 3) Очень удивили предки текущих животных - а какие факторы послужили росту хобота у слона? Необходимость поливать себя в жаркую погоду и доставать пищу с деревьев? Заранее спасибо за ответы!

Станислав Дробышевский:

1) Существует огромное количество современных существ, питающихся самыми разными способами. Сравнивая древние останки с современными известными, можно узнать о питании даже по отпечаткам ног, фалангам и рёбрам. Иногда же сохраняется не так мало, и ротовой аппарат более-менее установим, так что тип питания определить вполне можно. Факторы появления хищничества - наличие ресурса, то есть тех, кого можно съесть. Если есть доступная еда, рано или поздно возникнет тот, кто будет её есть. Хищником быть по-своему выгодно, ведь можно получить калорий много и сразу.

2) Я так понимаю, Вы говорите про пермь-триасовое вымирание. Подробно про его причины Вы можете прочитать в книге Еськова "Удивительная палеонтология". А краткая суть такая: материки из единой Пангеи стали расползаться, климат стал меняться, да к тому же появились насекомые с водными личинками, которые выносили фосфор и прочие микроэлементы из вод на водоразделы. В то же время возникли растения с нормальными корнями, которые закрепили почвы, что препятствовало стоку обратно в воды. В сумме, это привело к фитопланктонному кризису (водорослям не хватало микроэлементов), отсюда - зоопланктонный кризис, отсюда - вымирание всех более высоких трофических уровней.

3) Предки слонов были с виду чем-то типа тапира, своим недохоботом они загребали водные растения себе в рот. Дальше - больше, хобот оказался очень полезным многофнкциональным инструментом, вот и вырос до нынешнего великолепия.

Вадим: Пож-та объясните/поправьте: главный (единственный?) носитель наследственной информации цепь ДНК (по крайней мере гены в кодирующей части) можно ассоциировать с описанием набора белков-кирпичей (или инструкций по их изготовлению), из коих строится организм. Где и как в зиготе зашита информация о том, когда, куда и какие белки требуются, т.е. архитектурная схема будущего организма, программа экспрессии генов (вкл/выкл), дифференциации клеток и пр.? В ДНК? Как можно в нескольких миллиардах фактически бинарных значений зашифровать безумно огромный массив информации о структуре организма из триллионов сложно взаимодействующих клеток? Спасибо.

Светлана Боринская:

Сама по себе программа развития организма, закодированная в ДНК, не работает. Для ее реализации нужны "запускающие" сигналы, которые поступают из клетки и из внешней среды (для млекопитающих сигналы извне идут через организм матери). "Архитектура" определяется последовательностью включения генов. А эта последовательность, в свою очередь, определяется сигналами от других генов и из цитоплазмы клеток. Сигналы могут поступать в виде регуляторных белков, связывающихся с ДНК и включающих или выключающих гены, или в виде особых маленьких молекул РНК (микроРНК), которые не кодируют белки, но участвуют в регуляции процессов их синтеза. Процесс развития не детерминирован жестко, он вероятностный и основан на командах "если ..." =>"сделай так". "Если" - это концентрации белков, микроРНК и некоторых важных метаболитов в клетках, наличие определенных сигнальных молекул, а "сделай так" - это включи/выключи определенные группы генов. Работа конкретных наборов генов ведет к росту, дифференцировке клеток и морфогенезу (перемещению клеток, а также запрограммированной смерти нужных групп клеток).

Последовательная более или менее скоординированная реализация команд и ведет к формированию схемы тела.

Более подробно можно посмотреть в учебниках, например Гилберт С. Биология развития в (3-х томах), его текст доступен в интернете.

Письмо в редакцию: Краткий вопрос Александру Маркову - каковы по его мнению причины, по которым за последние 20 тысяч лет мозг человека стал уменьшаться, ну и главное каким образом, при помощи какого механизма отбора, по его мнению, это могло происходить? Могли ли на этот процесс повлиять трудные, по сравнению с животными, человеческие роды? И действительно ли у человека роды труднее, и опаснее для жизни матери, чем у других млекопитающих?

Александр Марков:

Не скажу за всех млекопитающих, но определенно труднее и опаснее, чем у других больших человекообразных обезьян (см., например:

Karen Rosenberg, Wenda Trevathan, 1995. Bipedalism and human birth: The obstetrical dilemma revisited). Теоретически, это обстоятельство может способствовать отбору на уменьшение мозга, равно как и отбору на рождение детей на более ранних стадиях развития. Кроме того, большой мозг требует для своей работы, а главное - для своего развития больших энергетических затрат. Это ведет к росту нагрузки на родителей, и соответственно, к снижению среднего числа детей, которых может вырастить пара родителей. Поэтому следует ожидать, что если по каким-то причинам положительное влияние большого мозга на приспособленность (т.е. на выживаемость и эффективность размножения) снижается, то мозг будет уменьшаться.

Свои соображения по поводу возможных причин уменьшения мозга в последние 20-30 тысячелетий я изложил в книжке "Эволюция человека" (том 2, глава 4). Вот цитата оттуда:

"...Пока в среде не очень много мемов, интеллект резко повышает конкурентоспособность. Однако преимущества высокого интеллекта сглаживаются, когда среда насыщается легкодоступными мемами. Эволюционная редукция интеллекта может иметь место и в том случае, когда зависимость репродуктивного успеха от количества усвоенных мемов становится слабее... По мнению авторов, в современном человечестве наблюдается и то и другое. Поэтому есть все основания ожидать, что если сейчас в человеческой популяции и происходит эволюция разума, то направлена она не в сторону поумнения, а как раз наоборот.

Как ни грустно, но это модельное предсказание подтверждается антропологическими данными. Рекордные показатели среднего объема мозга были достигнуты сапиенсами в начале верхнего палеолита (около 40–25 тыс. лет назад). С тех пор и до сегодняшнего дня средний объем мозга людей если и менялся, то в сторону уменьшения. По данным С. В. Дробышевского, около 27–25 тыс. лет назад средний объем мозга людей начал уменьшаться. Начиная с 10 тыс. лет назад эта тенденция стала особенно заметной. Отчасти это может быть связано с климатическими изменениями, поскольку у нашего вида «имеется хотя и не строгая, но явная закономерность увеличения длины тела и массы мозга в периоды оледенений и уменьшения в периоды потеплений» (Дробышевский, 2010). 10–12 тыс. лет назад как раз началось очередное межледниковье – теплый период между оледенениями. Но возможна и иная интерпретация. Верхнепалеолитическая «культурная революция» привела к резкому увеличению объема полезной информации, передающейся из поколения в поколение путем культурного наследования. Иными словами, люди стали получать гораздо больше ценных знаний и навыков от родителей и соплеменников. Культурная среда так насытилась полезными мемами, что в дальнейшем людям для выживания и успешного воспроизводства, по-видимому, уже не требовался такой высокий интеллект, как прежде. Если не нужно до всего доходить своим умом и огромный объем готовых полезных знаний тебе в детстве взрослые скармливают с ложечки, то можно обойтись и мозгом поменьше, раз уж это такой дорогой орган. То же самое можно сформулировать в более оптимистичной манере: благодаря развитию культуры люди стали использовать свой мозг эффективнее, и поэтому его масса стала менее важна, чем «качество наполнения». Кроме того, по мере развития трудовой специализации знания и навыки распределялись между членами общины. Не обязательно все помнить самому, если в любой момент можно спросить у «специалиста». Все это могло привести к тому, что наметившаяся свыше двух миллионов лет назад эволюционная тенденция к увеличению мозга дала «задний ход» с расцветом культуры."

Вадим: Скажите пожалуйста, есть ли статьи, исследования, научные работы либо хоть какая-то достоверная информация по поводу связи географии и групп крови представителей различных стран / наций / археологических находок древних людей и анализ этой связи.

Что-то вроде этого.

Светлана Боринская:

Исследования географии распределения групп крови были начаты супругами Гиршфельд во время I мировой войны. Они определяли группу крови солдат и заодно спрашивали, откуда те родом.

В 1950-е годы английским исследователем Артуром Мурантом был создан атлас частот разных групп крови у населения разных стран, считающийся классической работой: Mourant A.E., Kopec A.C., Domaniewska-Sobczak K. (1976) The distribution of the human blood groups and other polymorphisms. London: Oxford University Press. 1055 p. (первое издание в 1954 году)

Рецензия на книгу Муранта, в которой поясняется ее содержание и значение.

Л.Л.Кавалли-Сфорца, один из известнейших популяционных генетиков мира, использовал данные Муранта в своей книге "История и география генов человека" (Cavalli-Sforza LL, Menozzi P, Piazza A (1992) The History and Geography of Human Genes. New Jersey: Princeton University Press. 413 p.)

Историю исследования групп крови можно прочесть в книге Брайана Сайкса. Семь дочерей Евы. Глава 3.

Сейчас определение групп крови переходит от серологических методов к прямому анализу ДНК, так что можно ожидать появления более детальных генетических данных. Впрочем, и без этого группы крови относятся к наиболее изученным на популяционном уровне признакам человека.

ABO allele-level frequency estimation based on population-scale genotyping by next generation sequencing BMC Genomics 201617:374

Карты распределения частот групп крови в мире

Для населения бывш. СССР сведения о распределении групп крови обобщены в книге "Генофонд и геногеография народонаселения" (Под редакцией Ю.Г. Рычкова). Том 1. Генофонд населения России и сопредельных стран. СПб.: Наука. 2000. 611 c.

Примеры определения групп крови по ДНК в древних останках:

Halverson MS, Bolnick DA. An ancient DNA test of a founder effect in Native American ABO blood group frequencies. Am J Phys Anthropol. 2008 Nov;137(3):342-7.

Sato et al. Polymorphisms and allele frequencies of the ABO blood group gene among the Jomon, Epi-Jomon and Okhotsk people in Hokkaido, northern Japan, revealed by ancient DNA analysis. J Hum Genet. 2010 Oct;55(10):691-6.

Иван Грухин: Добрый день! Уже много было озвучено про различные методы датирования, но мне пока не встречалась информация о быстродействии этих методов. Грубо говоря, сколько проходит времени от помещения образца в анализатор до получения результата у разных методов?

Булат Хасанов:

Современные методы измерений (такие как ускорительный масс-спектрометр, например) позволяют определить радиоактивность образца довольно быстро, за часы. Однако перед самим измерением необходимо образец подготовить. В случае радиоуглеродного анализа необходимо отделить углерод образца от постороннего углерода, попавшего в образец, пока тот тысячи лет находился в грунте. А потом этот углерод следует перевести в форму, подходящую для измерительного прибора (например в графит). Для разных материалов методы подготовки проб разные, и время, которое такая подготовка занимает, тоже разное. Для костей, например, оно составляет в среднем около месяца. Для люминесцентных методов датирования важно выделить минерал с подходящими свойствами, например кварц. Такое выделение тоже может занимать недели. У каждого из методов датирования свои особенности, но общее правило такое - само измерение проходит сравнительно быстро (часы - сутки), а вот подготовка проб занимает гораздо более продолжительное время (недели).

Источник: АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ