Шимпанзегийн хувьд, хүн төрөлхтний хувьд мутацийн тоо толгой нь Александр Марков Скиснийн наснаас хамаардаг уу?

Зураг. 1. Хүний ойр дотны хамаатнууд - шимпанзеес ба bonobos ( зурган дээр ) - эмэгчин нь хэд хэдэн эрчүүдтэй хослуулдаг. Энэ нь эр бэлгийн эсийн түвшинд ("үрийн суваг") эрчүүдийн хооронд өрсөлдөөн үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эргээд сперматогенезийг сонгон шалгаруулах, сперратогенезийн эрчимжилтийг нэмэгдүүлдэг. Магадгүй энэ нь шимпанзе дахь эр бэлгийн эсүүдийн мутацийн тоо нь эрэгтэй хүний ​​насыг хагас дахин хурдан нэмэгдүүлдэг. Kevishere.files.wordpress.com -с авсан зураг

Нэг гэр бүлийн гурван үеийг төлөөлж буй есөн шимпанзегийн геномын шинжилгээнээс харахад хамгийн ойрын хамаатан садангийн мутацийн дундаж нь биднийхтэй адил байдгийг харуулж байна. Үе үе бүрт ойролцоогоор 70 шинэ мутацитай тэнцүү cub. Хүмүүсийн нэгэн адил үр хөврөл дэх шинэ мутаци нь эхийн наснаас хамаардаггүй боловч эцгийн наснаас хамаардаг. Аавын амьдардаг жил бүр түүний үр удамд дунджаар 3 мутаци (хүн хоёрд) нэмдэг. Энэ ялгаа нь "эр бэлгийн дайн" -ийг үүсгэдэг олон эрчүүдтэй шимпанзегийн эр бэлгийн эсийг илүү эрчимтэй үйлдвэрлэж байгаатай холбоотой юм.

Мутагенезийн хурд нь хувьслын өөрчлөлтийн динамикийг тодорхойлох гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм. Саяхныг хүртэл энэ утгыг шууд бус шинж тэмдгээр тооцоолсон. Тухайлбал, тэд геномын ялгааны түвшинг харуулсан палеонтологийн өгөгдлөөс тооцсон бүлгийн гадаад үзэмжийг харьцуулсан Молекулын цаг ). Сүүлийн жилүүдэд геномын дарааллыг тогтоох хүчирхэг шинэ аргуудыг хөгжүүлснээр ( ДНХ-ийн дараалал: Дараагийн үеийн аргууд ) нь мутагенений түвшинг эцэг, эх, үр удмынхаа геномыг харьцуулах замаар шууд хэмжиж болох боломжтой болсон.

Энэ технологи нь аль хэдийн хүмүүст ашиглагдаж байна. Тиймээс 2012 онд сэтгүүл Nature нь эцэг, эх, хүүхэд бүрээс бүрдсэн "гурвалсан" -ын 78 геномын бүтэн геномын дүн шинжилгээний үр дүнг хэвлүүлсэн (A. Kong et al., 2012). Өвчний эрсдлийн түвшин ). Судалгаагаар мутагенезийн үе бүрт нуклеотид тутамд 1.2 × 10-8 орчим байдаг. Нийт геномын хувьд хүүхэд бүрт дунджаар 74 шинэ мутацийг эцэг эхээс авдаг гэсэн үг юм.

Эдгээр тоо баримтууд гэнэт гараагүй бөгөөд филогенетикийн шинэчлэл, палеонтологийн өгөгдөлд үндэслэсэн шууд бус тооцоо нь хүний ​​хоёрдогч хурдацтай түвшинг илтгэнэ. Үүний шалтгаан нь ялгаварлан гадуурхах нь бусад primates-аас ялгагдаж байсан мутацад мутаци (нэг жил тутамд) мэдэгдэхүйц буурсан явдал юм. Энэ бууралт нь нөхөн үржихүйн насыг нэмэгдүүлж, сексийн эсийг үүсгэх явц удаашралтай холбоотой байж болно. Хэрэв шинэ өгөгдөл зөв бол (энэ нь шинэ хэвлэгдэх боломжтой болсон тул үүнийг эргэлзэх нь улам хэцүү болж болох юм) бол антропогенезийн гол цэгүүдийн олон тооны өгөгдөл нь хөгшрөлтийг дахин хянах шаардлагатай болдог. Жишээ нь, хүн төрөлхтөн, шимпанзегийн хоорондох зөрүү, өмнөх тооцоогоор 6-7 сая жилийн өмнө, өнгөрсөн хугацаанд 10-13 сая жилийн өмнө шилжиж болно. Молекулын цагаар тодорхойлогдсон геномын зөрчилдөөний цаг хугацаа нь хэд хэдэн шалтгаантай бөгөөд бодит шалтгаанаас (хэд хэдэн популяцийг тусгаарлах) хугацаанаас хэд хэдэн бодит шалтгааны улмаас гүнзгийрч болно. Илүү дэлгэрэнгүйг нийтлэлийг үзнэ үү: A. Скалли, Р.Дурбин, 2012. Хүний хувьсах түвшинг өөрчлөх (PDF, 812 Kb).

Хүмүүсийн гэр бүлийн бүрэн геномын шинжилгээнд олж авсан өөр нэгэн чухал үр дүн нь эцэг эхээс авсан хүүхдийн "хүлээн зөвшөөрсөн дарамт" -д тэгш бус хувь нэмэр оруулж буй эцэг, эх нь юм. Хүүгийн хүлээн авсан шинэ мутацийн нийт тооны нийлбэрээс 15 нь ээжээсээ, үлдсэн нь эцгээсээ үлддэг. Үүний зэрэгцээ, хүүхдийн шинэ мутаци нь эхийн наснаас хамаардаггүй ч эцгийнхээ насаар маш хурдан өсдөг. Аавын амьдралын нэмэлт жил бүр 2 шинэ мутацийг хүүхдэд хүргэдэг.

Энэ нь эмэгтэйчүүдэд бэлгийн өндөг үүсэхээс 24 эсийн хуваагдал ба 23 хромосомын репликаци хийгддэг (хромосом хоёрдугаар меиомизисээс өмнө хоёр дахин их биш) гэж тайлбарласан байдаг. Эмэгтэй үр хөврөлийн хромосомын давталтыг хуулбарлах нь ургийн хөгжилд төгсгөдөг бөгөөд эмэгтэй хүний ​​амьдралын хугацаанд түүний үр хөврөлийн хромосомууд дахин давтагдахгүй болно. Үүний үр дүнд мутаци доторхи мутацийн тоо бараг нэмэгдэхгүй, учир нь үр хөврөлийн эсүүдийн мутаци ихэнх нь хувилах алдаа байдаг.

Эрэгтэйчүүдэд байдал өөр байна. Spermatozoa-ийн протентрит эсүүд нь насанд хүрэгсдийн амьдралд хуваагддаг бөгөөд нэг хагалбарыг 16 хоног тутамд (жилд 23 хэлтэс) ​​хувааж бие биедээ хүрч байна. 15 настай эр бэлгийн эсийн 35 орчим хэсэг, 20 настай, 150 настай, 30 настай, 380, 40 настай, 610, 50 настай, 840 настанд шилжсэн гэж үздэг байна. Давж заалдах үйлдэл нь нэмэлт мутацийн эрсдэл, эр хүн, түүний эр бэлгийн эсэд илүү мутаци (JF Crow, 2000). Өөрөө аяндаа үүсэх мутацийн гарал үүсэл ). А.Кондрашов эдгээр баримт, судалгаануудын талаар дэлгэрэнгүй ярилцаж, элементүүд дээр (Alexey Kondrashov, Nadezhda Markina) нийтлэв. Сонголтгүй амьдрал: сайн эсвэл аюултай юу? ).

Энд бид эцэст нь Homo sapiens болон манай хамгийн ойрын төрөл төрөгсөд - шимпанзегийн мутацийн процессийг харьцуулах боломжтой боллоо. Их Британи, Нидерландын генетикууд нэг гэр бүлийн гурван үеийнхээс есөн шимпанзегийн бүрэн геномыг дараалуулан харьцуулсан (Зураг 2).

Хэдийгээр жижиг дээж (ийм судалгаа маш их зардал шаардсан, цаг хугацаа их шаарддаг хэвээр үлдсэн) боловч өгөгдөл нь шимпанзе дахь мутагенезийн тоон шинж чанарын ойролцоогоор тооцоолох боломжийг бидэнд олгосон.

Зохиогчид 6 бие даасан шинэ мутацийг, тухайлбал, эцэг эхийн геномыг мэддэг байсан: D, E, F, G, H, I. Нийтдээ 204 шинэ автосомын мутаци, X хромосомын гурав дахь шинэ мутацийг олжээ. Мутаци дотроос хамгийн их хувь (24%) нь CG (C> T-шилжүүлэлт) -ийг C-д динуклеотидид (C-т шилжүүлэн хувиргах) орлуулагддаг. CpG сайт ). Хүмүүст эдгээр шинэ орлуулалт нь шинээр бий болсон мутацуудын 17% -ийг эзэлдэг.

Шинээр үүсдэг мутаци нь геномын хувьд жигд тархдаггүй: тэд кластерчлах хандлагатай байдаг. Өөрөөр хэлбэл хэрэв хуулбарлах явцад байршлын хувьд мутац үүссэн бол хөрш зэргэлдээ хаа нэгтээ үйл ажиллагаа явуулдаг өөр нэг тохиолдол магадлал нэмэгддэг. Хүмүүст иймэрхүү хэв маягийг харуулсан бөгөөд шалтгаан нь тодорхойгүй байна. Үүний зэрэгцээ, шинэ мутацийн магадлал нь энэ ДНХ-ийн сегментийн "семантик агуулга" гэдгээс хамаардаггүй, өвөрмөц юмуу дахин давтан дараалал, ген, эсвэл завсрын зөрүүтэй эсэхээс хамаардаггүй.

Ихэнх тодорхойлсон мутацуудын хувьд зохиогч нь (мутацийн ойролцоо полиморфизмээр) эцэг эх эсвэл эхээс авсан эсэхийг тодорхойлж чадсан. Шимпанзегийн хувьд хүмүүс эцэг эхчүүдтэй харьцуулахад мутациас илүү хүчтэй байдаг геномуудыг хүүхдүүддээ шилжүүлдэг. Эхийн мутациас (3.9 дахин их) мутант эхээс 5.5 дахин их байдаг.

Хүмүүсийн адил шимпанзены шинэ мутаци нь эхийн наснаас хамаардаггүй (аль ч насны ээж нь дунджаар 6,7 шинэ мутацид шилждэг), гэхдээ аав нь нас ахих тусам хурдан өсдөг. Ийм дээжинд хамаарах байдал нь статистик ач холбогдолтой байсан. Хүн төрөлхтөний эцгийн амьдралын нас ахих тутам өсвөр насныханд 1.95 шинэ мутаци гардаг бөгөөд шимпанзены хувьд 3.02-ыг нэмдэг. Энэ ялгаа нь гэрлэлтийн харилцааны бүтэцтэй холбоотой байж болох юм. Шимпанзены бүлгүүдэд эмэгтэйчүүд нь ихэвчлэн "эр бэлгийн эсийн дайн" -ыг дэмждэг бөгөөд эрч хүчтэй эр бэлгийн эсийг сонгон шалгаруулах эрэмбэтэй байдаг (Зураг 1-ийг үз).

Хэрэв энэ таамаглал зөв байвал гарал үүслийн систем, эмэгтэйчүүдийн үнэнч байдал, үрийн шингэний дайн, жижиг сорвижилгүй байх нь эрэгтэй хүний ​​эрин үеийн мембран эсийн мутацийн өсөлтийг шимпанзеез болон хүнийхээс бага байх болно.

Шимпанзе дахь мутагенезийн дундаж хурдыг үнэлэхийн тулд зохиолчид олзлогдож, зэрлэг хамаатан садан амьдардаг шимпанзегийн бүлгийн хоорондын ялгааг харгалзан үзэх шаардлагатай байв. Боолчлолд шимпанзе нь байгалиасаа эрт дээр үеэс эхлэн үржиж эхэлдэг. Энэ нь өсвөр насны шимпанзе олон нийтэд өрсөлдөх чадвартай, харьцангуй харьцаатай холбоотой юм. Ямар ч байсан шимпанзе бүлгийн судалгаагаар "эцэг эхийн нас" (энэ нь эрчүүдийн дундаж наслалтын үеийн эрчүүдийн дундаж наслалт) 18.9 жил, "эхийн нас" дундаж нь 15.0 жил байна. Зэрлэг шимпанзегийн популяцийн хувьд эдгээр тоо нь илүү өндөр байна: 24.3 эрэгтэй, эмэгтэйд 26.3 байна. Орчин үеийн хүмүүст эцэг, эхийн дундаж нас ч гэсэн өндөр байдаг: ойролцоогоор 31.5 жил. Өөрөөр хэлбэл, зэрлэг шимпанзегийн хувьд залуу судлаачдын үзэж байгаагаар эрчүүд дунджаар ахмад настнуудаас ахмад настай бөгөөд тэдний үр удам илүү олон мутацтай байх ёстой гэсэн үг юм. Үүнийг болон бусад олон тооны засваруудыг авч үзвэл зохиогчид зэрлэг шимпанзе дахь шинэ автоомомын мутацийн дундаж тоо нь ойролцоогоор 69, мутагенезийн үе бүрт (nucleotide) бүрт 1,2 × 10-8 байх ёстой гэж тооцоолов.

Хэрэв эдгээр тооцоо зөв бол (тэдгээр нь маш жижиг дээж дээр үндэслэсэн бөгөөд ирээдүйд нилээд боловсронгуй болж болно) хэрэв мутагенез нь шимпанзе болон хүн төрөлхтний өвөг дээдсийн хоорондох зөрүүтэй үед молекулын цаг ашигладаг бол та дахин оролдож болно. хүн ба шимпанзегийн сүүлчийн түгээмэл өвөг дээдсийн амьдралын хэв маяг. Зохиолчид үүнийг хийсний үр дүнд: 13 сая жилийн өмнө болсон. Бусад эрдэмтэд саяхан ижил төстэй тооцоо хийсэн (K. Langergraber et al., 2012). Chimes болон gorillas ).

Гэвч судалгааны хамгийн сонирхолтой үр дүн нь нийгэм ба гэр бүлийн харилцааны нөлөөг молекулын хувьслын хурданд нөлөөлөх боломжийг харуулж байгаа юм. Нөлөөлөл нь хоѐрдогч байж болно: нэгдүгээрт, үр хөврөл дэх мутацийн тоо нь эрэгтэйчүүд үржлийн ажилд оролцож буй наснаас хамаардаг ба энэ нь зөвхөн физиологийн тусламжтайгаар бус нийгмийн бүтэц, соёлын уламжлалаар тодорхойлогддог наснаас хамаардаг. Хоёрдугаарт, эротик нөхөрлөлийн "үрийн дайн" шинж чанар нь эр бэлгийн эсийг эрт илрүүлэхэд сөргөөр нөлөөлдөг. Энэ нь эр бэлгийн эсийн эритрометрийн мутацийн тоо толгойг хурдасгахад хүргэдэг.

Эх сурвалж: Оливер Венн, Исаак Турнер, Иина Матемион, Наттасжа де Гроот, Роналд Бонтоп, Гил Мввена нар. Хүчтэй эрэгтэй хэвийх нь шимпанзе дахь germplasm мутацийг жолооддог // Шинжлэх ухаан . 2014. V. 344. П. 1272-1275.

Александр Марков
"Элемент"