Новости высоких технологий

Кaкaя жизнь в нaшeм мирe-этo сaмый стaбильный и нaдeжный? Тaрaкaны извeстны свoeй дoлгoвeчнoстью — мнoгиe люди были убeждeны, чтo oни смoгут пeрeжить дaжe ядeрный Aпoкaлипсис. Тиxoxoдки, или вoдяныe мeдвeди, бoлee вынoсливы. Oни мoгут выжить дaжe в кoмнaтe. В кипящий кислыe истoчники нaциoнaльнoгo пaркa Йeллoустoун, живeт oдин из сaмыx вoдoрoслeй. Вoкруг нee, eдкий вoды, припрaвлeнный мышьякoм и тяжeлыми мeтaллaми. Чтoбы oстaться в живыx в этoй смeртeльнoй мeстo, oнa испoльзoвaлa нeoжидaнный пoвoрoт.

В чeм ee сeкрeт? Крaжa. Oн вoруeт гeны, кoтoрыe нeoбxoдимы для выживaния другиx фoрм жизни. Этa тaктикa гoрaздo чaщe, чeм мoжнo пoдумaть.

Бoльшинствo живыx сущeств, кoтoрыe живут в экстрeмaльныx мeстax, являются oднoклeтoчныe oргaнизмы — бaктeрии и aрxeи. Эти прoстыe и стaрыx фoрм жизни нaxoдится нe вo влaдeнии кoмплeксa биoлoгия живoтныx, нo иx прoстoтa-этo прeимущeствo: oни гoрaздo лучшe спрaвятся с экстрeмaльными услoвиями.

Миллиaрды лeт, oни были спрятaны в сaмыx нeгoстeприимныx мeстax — глубoкo пoд зeмлeй, нa днe oкeaнa в вeчнoй мeрзлoтe или в кипящeй гoрячиe истoчники. Oни прoшли дoлгий путь, рaзвивaя свoи гeны зa миллиoны или миллиaрды лeт, и тeпeрь oни пoмoгaют им спрaвиться прaктичeски с чeм угодно.

Но что, если другие, более сложные могут просто прийти и украсть эти гены? Они бы совершили эволюционный подвиг. С одним махом они получили бы генетики, позволяет выживать в экстремальных местах. Они бы вам там не миллионы лет кропотливой и сложной эволюции, которая обычно необходима для того, чтобы развить эти способности.

У красной водоросли Galdieria sulphuraria. Он может быть найден в горячие серные источники Италии, России, Йеллоустонский Парк в США и Исландии.

Температура в эти горячие источники поднимаются до 56 градусов по Цельсию. Хотя некоторые бактерии могут жить в бассейнах при температуре около 100 градусов, и некоторые из них могут справиться с температурой около 110 градусов, около глубоких источников, следует отметить, что у эукариот — группа более сложных форм жизни, включая животных и растения (красные водоросли-это растения) могут жить при температуре 56 градусов.

Большинство растений и животных смогли бы выдержать такие температуры, и с хорошей причине. Отопление, ведущих к разрушению химических связей в белках, вызывая их распад. Это губительно влияет на ферменты, которые катализируют химические реакции в организме. Обволакивающей оболочки клетки начинает течь. После достижения определенной температуры, оболочка лопается, и клетка переходит в раствор.

Но еще более впечатляющим является способность водорослей переносят кислой среды. Некоторые горячие источники обладают значениями pH в диапазоне от до 1. Кислотное вещество делает положительно заряженные ионы водорода, также известный как протоны. Эти заряженные протоны мешать белки и ферменты внутри клетки, разрушая химические реакции, которые необходимы для жизни.

Это потому, что белки удерживаются вместе с помощью взаимного притяжения положительно и отрицательно заряженных аминокислот. Когда вы кладете новую партию из положительно заряженных частиц, можно нарушить хрупкий баланс, который удерживает белок в целом. Белка больше не может сохранять свою форму и выполнять свою работу.

«Большинство других форм жизни не выдерживает сильную жару или кислотности», — сказал Джеральд, Launchnet, биолог растений из Университета штата Оклахома в stillwater. «Galdieria жить при рН 0, что эквивалентно выживанию разбавленных кислотных аккумуляторов. Большинство другие организмы, даже бактерии не могут справиться с таким низким уровнем pH-значения».

Но Galdieria может выдержать не только тепла и кислоты. Этой водоросли устойчив к мышьяку, ртути и могут жить в очень соленой среде. Эти токсичные элементы, как правило, смертельной для жизни, который ингибирует важных ферментов, участвующих в дыхании. Слишком много соли, но с другой стороны, не позволит растительные клетки, чтобы взять воды, процедить и превратится в сморщенный шелухи.

Чтобы узнать, как Galdieria выдержать такие экстремальные условия, Soundnet и его коллеги-исследователи из Оклахомы, университете Генриха Гейне в Германии был расшифровывать гены водорослей. И я обнаружил нечто удивительное: вместо наследуют свои способности от предков, водоросли… украл их от бактерий.

Это явление переноса генов, которое называется «горизонтальный перенос генов». Обычно гены форм жизни, унаследованные от родителей. Люди точно: вы можете увидеть его характеристики по ветвям семейного древа для первых людей.

Однако, получается, что сейчас и потом «чужих» генов с совершенно разных типов, вы можете включить себя в ДНК. Этот процесс является общим в бактерии. Некоторые утверждают, что это происходит даже у людей, хотя это оспаривается.

Когда чужой ДНК получает нового владельца, что ей не нужно сидеть с руками на коленях. Вместо этого он может приступить к работе по биологии хоста, необходимо пригласить ее для создания новых белков. Это может дать владельцу новые навыки и позволит выжить в новых ситуациях. Тело-носитель может выйти на совершенно новый эволюционный путь.

В общей сложности Soundnet выявлено 75 генов, украденные из водорослей, которые она одолжила у бактерий и архей. Не все гены, что дает водоросли очевидным эволюционным преимуществом, и точная функция многих генов неизвестна. Но многие из них помогают Galdieria, чтобы выжить в экстремальных условиях.

Ее способность справиться с токсичными веществами, такими как ртуть и мышьяк происходит из генов, заимствованные от бактерий.

Один из этих генов, которые отвечают за «МЫШЬЯКОВЫЙ насос», который позволяет водорослям эффективно удалить мышьяк из клеток. Другие украденных генов, среди прочего, позволяет водорослям выделять токсичные металлы, устраняя важных металлов из окружающей среды. Другой украл гены контролируют ферменты, которые позволяют водоросли для нейтрализации металлов, таких как ртуть.

Водоросли также украл гены, которые делают их способными выдерживать высокие концентрации соли. При нормальных обстоятельствах, в соленой среде, он будет сосать воду из клетки и убить его. Но для синтеза веществ внутри клетки, чтобы уравнять «осмотическое давление», Galdieria избежать этой участи.

Считается, что способность Galdieria терпеть чрезвычайно кислых горячих источниках из-за его непроницаемость для протонов. Иными словами, оно может просто не дать кислотой сделать в своей клетке. Для того чтобы сделать это, он содержит только меньше генов, кодирующих каналов в клеточной мембране, через которые протоны обычно проходят. Эти каналы, как правило, настроены положительно заряженные частицы, такие как калий, который необходим для клеток, а также мисс и протонов.

«Похоже, что адаптация к низким рН проводилось путем удаления любых мембранных транспортных белков в плазматическую мембрану, что позволяет протонам, чтобы войти в клетку», — говорит Soundnet. «Большинство эукариот имеют несколько калиевых каналов в плазматической мембране, но Galdieria есть только один ген, который кодирует калиевых каналов. Узкий канал дает возможность справиться с повышенной кислотностью».

Однако, эти каналы калия, который выполняет важную работу, потребляют калия или поддерживают разность потенциалов между клеткой и окружающей ее средой. Как водоросли остаются здоровыми без калиевых каналов, непонятно.

Кроме того, никто не знает, как водоросли справляется с высокой температуры. Исследователям удалось идентифицировать гены, которые могут объяснить эту особенность его биологии.

Бактерии и археи, которые могут жить при очень высоких температурах, белок и оболочки совершенно различных видов, а водорослей, которые прошли через более тонкие изменения, говорит Soundnet. Он подозревает, что она изменяет метаболизм липидов мембран при различных температурах роста, но не знаете, как это происходит, так как он дает возможность адаптироваться к жаре.

Очевидно, что копирование генов, который обеспечивает Galdieria большое эволюционное преимущество. В то время как большая часть одноклеточных красных водорослей, похожее на G. sulphuraria живет в вулканических областях и делать хорошо с умеренной жары и кислоты, некоторые из ее родственников, что может выдержать столько тепла, кислоты и токсичности, сколько в г. sulphuraria. На самом деле, в некоторых местах, этот вид приходится 80-90% жизни — это говорит о том, как легко это для кого-то, чтобы позвонить домой по г. sulphuraria его.

Есть еще очевидный и интересный вопрос: как водоросли смогли украсть столько генов?

Эта водоросль живет в среде, которая содержит много бактерий и архей, поэтому, в некотором смысле, способность красть гены у нее. Однако, исследователи не знают точно, как ДНК прыгнул с бактериями, чтобы потом на второе тело. Для того, чтобы быть в состоянии добраться до хозяина, ДНК должны сначала попасть в клетку, и тогда — и только тогда добавить себя в геном хозяина.

«Догадка на данный момент заключается в том, что вирус может переносить генетический материал от бактерий и архей, водорослей. Но это чистая спекуляция», — говорит Soundnet. «Может попасть в клетку — самый трудный шаг. Оказавшись внутри клетки, для того, чтобы войти в ядро и встраивается в геном не может быть так сложно.

Горизонтальный перенос генов происходит часто у прокариот. Вот почему у нас есть проблемы с устойчивостью к антибиотикам. Как только вы получили стойкий ген, он быстро распространяется среди бактерий. Однако, считалось, что обмен генами, который редко возникает в более развитых организмов, чем эукариоты. Считалось, что бактерии обладают специальной системой, которая позволяет им сделать нуклеиновых кислот, ДНК не является.

Однако, есть и другие примеры высокоразвитых существ, который ворует гены, чтобы выжить в экстремальных условиях, были найдены. Видов снежных водорослей Chloromonas brevispina, который живет в снегах и льдах Антарктиды, которая несет гены, которые, вероятно, были взяты из бактерий, архей и даже грибы.

Острые кристаллы льда, которые могут проколоть и перфорации клеточной мембраны, поэтому существа, которые живут в холодном климате, должны найти способ справиться с ним. Один из способов-сделать лед-связывающих белков (МБП), который спрятался в клетке, цепляясь за лед, остановить рост кристаллов льда.

Джеймс Рэймонд из Университета Невады в Лас-Вегасе составили карту генома снежных водорослей и обнаружили, что гены, которые связывают льда белки удивительно похожи на бактерий, архей и грибов, предполагая, что они обмениваются по их способности к выживанию в холодных условиях в процессе горизонтального переноса генов.

«Эти гены необходимы для выживания, как и в каждом приспособлены к жизни в холодных водорослей, и которые живут в жарких условиях», — говорит Рэймонд.

Есть несколько других примеров горизонтального переноса генов у эукариот. Мелкие рачки, которые живут во льдах Антарктики и, похоже, приобретает умение. Эти копеподы Stephos longipes может жить в жидкой соленой каналы во льду.

«Полевые измерения показали, что C. longipes жизни в переохлажденном рассолов на поверхности слой льда», — говорит Райнер Кико, исследователь из Института полярной экологии Кильского университета в Германии. «Супер охлаждение означает, что температура жидкости ниже точки замерзания, и зависит от солености воды».

Для того, чтобы выжить и не позволять себе мерзнуть в крови С. longipes и других жидкостей в организме-это молекулы, понижающие температуру замерзания, чтобы соответствовать вода вокруг. В то время как ракообразными производить белки, незамерзайки, которая не дает возможность образовывать кристаллы льда в крови.

Предполагается, что этот протеин получен в результате горизонтального переноса генов.

Красивая бабочка монарх также могут быть украдены гены, но на этот раз от паразитических ОС.

ОСА-bestanca семейства браконид известно, что введение яйца вместе с вирусом в принимающей насекомых. Вирус ломает ДНК в головном мозге хозяина, для того чтобы сделать из него зомби, который затем выступает в качестве инкубатора для яиц осы. Исследователи обнаружили гены Драконид в бабочек, даже если эти бабочки никогда не встречал осы. Как предполагается, что они делают бабочки более устойчивы к болезням.

Эукариоты воруют не только отдельные гены. Иногда воровство-это большой путь.

Светло-зеленый морских обитателей комплекса elysia chlorotica, как полагают, имеют возможность для фотосинтеза в процессе поедания водорослей. Этот морской слизень глотает хлоропласты — тела, которые осуществляют фотосинтез — все магазины пищеварительных желез. Когда прижмет, и водоросли в пищу, нет, морской слизень может выжить при помощи энергии солнечного света для превращения углекислого газа и воды в еде.

Исследование показывает, что морские слизни взять гены от водорослей. Ученые поместили флуоресцентных маркеров ДНК в геном водоросли, чтобы увидеть, где это гены. После кормления на морских водорослях, морской слизень приобрел ген, который отвечает за восстановление хлоропластов.

В то же время, клетки нашего тела содержат мелкие энергопроизводящих структур, митохондрий, которая отличается от остальных клеточных структур. Митохондрии даже имеют свою собственную ДНК.

Есть теория, что митохондрии существовать как самостоятельная форма жизни миллиарды лет назад, но потом как-то начал, чтобы попасть в клетки, первые эукариоты — возможно, митохондрии были проглотили, но не переварили. Это событие, как полагают, произошло около 1,5 миллиарда лет назад, и стало важной вехой в развитии всех высших форм жизни, растений и животных.

Возможно, воровство генов, то существует довольно распространенная тактика эволюции. В конце концов, это дает другим возможность делать все тяжелую работу за вас, пока вы пожинаете плоды. Кроме того, горизонтальный перенос генов может ускорить уже начавшийся эволюционный процесс.

«Организм, который приспособился к горячей или кислой, вряд ли обитают в вулканических бассейнах, просто потому что у них правильные гены, говорит Soundnet. — Но эволюция-это почти всегда шаг за шагом процесс, и горизонтальный перенос генов позволяет сделать большой скачок вперед».

Гена воров: «чужеродные ДНК» позволяет обмануть эволюцию, ворует гены
Илья Весь

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.