Tällaisen ilmiön, kuten horisontaalisen geeninsiirron, eli ei vanhemmilta jälkeläisille, keksimisestä lähtien koko planeettamme elävä maailma on ollut edustettuna yhtenä tietojärjestelmänä. Ja tässä järjestelmässä on mahdollista lainata toisen lajin onnistunut evoluutiokeksintö. Mikä on vertikaalinen ja horisontaalinen geeninsiirto, mitkä ovat tämän prosessin mekanismit ja esimerkkejä orgaanisesta maailmasta - kaikki tämä on artikkeli.
Naapurigeenit
Kaikki tietävät, että saamme geenimme vanhemmiltamme. Ja he ovat vanhemmiltaan. Tämä on pystysuora siirto. Ja jos yhtäkkiä tapahtuu mutaatio, joka osoittautuu hyödylliseksi selviytymisen tai sopeutumisen kann alta ja saa jalansijan populaation genomissa, laji saa etuja olemassaolotaistelussa.
Samaan aikaan ihmisellä on omat geeninsä,kirvoilla on omat ja hailla omat. Niiden on lähes mahdotonta päästä lajien välillä. Mutta joskus niin tapahtuu - tämä on horisontaalista geeninsiirtoa.
Tätä nykyaikainen geenitekniikka tekee. Geneettisesti muunnetut organismit ovat seurausta tällaisesta geeninsiirrosta (esimerkiksi valoisa tardigrade yllä olevassa kuvassa). Mutta luonnossa tämä ilmiö on ollut olemassa jo pitkään.
Asian ydin
Pystysuuntainen geeninsiirto on ilmiö, jossa perinnöllinen materiaali siirtyy vanhempainmuodoista tytärorganismeihin.
Horisontaalinen geeninsiirto on luonnollinen tilanne, jossa geenejä siirretään aikuisesta organismista toiseen. Samanaikaisesti kaksi organismia on objektiivisesti olemassa, ja joskus ne kuuluvat eri biologisiin lajeihin.
Esimerkki horisontaalisesta geeninsiirrosta bakteereissa on resistenssigeenien siirtyminen yhdestä bakteerikannasta toiseen.
Tarvittavat ehdot
Tämän ilmiön ymmärtämiseksi on tarpeen tietää olosuhteet, joissa tällainen siirto on periaatteessa mahdollista, nimittäin:
- On tarpeen olla välittäjä geenien "kuljettamiseksi" solusta toiseen, organismista toiseen.
- Pitää olla molekyylimekanismi, joka mahdollistaa vieraiden geenien liittämisen isännän geenisarjaan.
Retrovirukset ja muut transposonit (DNA-elementit) voivat hyvinkin täyttää nämä ehdot. Ja juuri sellaisia horisontaalisen geeninsiirron menetelmiä geenitekniikka on omaksunut nykyään.
TosinNykyään tällaisen geeninsiirron mekanismeja vasta tutkitaan, virusten lisäksi tällainen siirto voi tapahtua myös vapaiden deoksiribonukleiinihappojen (transposoonien) avulla, jotka pääsevät elimistöön yksinkertaisen tuonnin kautta tai loisorganismien kanssa. Jälkimmäinen voi muuttaa paitsi isännän geneettistä laitteistoa myös sen ekologista paikkaa biokenoosijärjestelmässä.
Tausta
Antibioottiresistenssigeenien siirto eri bakteerikantojen välillä kuvattiin ensimmäisen kerran Japanissa vuonna 1959.
Molekyylibiologit osoittivat jo 1990-luvun puolivälissä, että horisontaalinen geeninsiirto prokaryooteissa ja eukaryooteissa osallistui elämän evolutionaariseen kehitykseen planeetallamme.
Vuonna 2010 julkaistiin professori Cedric Feschottin tutkimus, joka esitteli opossum- ja saimiri-apinoiden genomin analyysin. Heitä purrut eräänlainen bugi. Nisäkkäiden genomeista on löydetty transposooni, jolla on 98 % identtisyys hyönteisten kanssa. Tiedoksi, nämä ötökät purevat apinoiden ja opossumien lisäksi.
Tästä lähtien hypoteesista horisontaalisesta geeninsiirrosta organismien eri domeenien välillä on tullut uusi biologian paradigma.
Värikkäitä bugeja
Ja jos horisontaalinen geeninsiirto bakteereissa viimeisten 30 vuoden aikana ei ole herättänyt epäilyksiä biologien keskuudessa, niin sen mahdollisuus monisoluisissa organismeissa on herättänyt monia kysymyksiä. Silloin biologien huomion kiinnitti tavallinen kirva, jossaon yksilöitä, joiden kehon väri on vihreä ja punainen.
Punaisille yksilöille väriä antavien pigmenttien analyysi paljasti karotenoideja eli kasvipigmenttejä. Mistä kirvat ovat saaneet geenit, jotka ovat ainutlaatuisia kasviorganismeille? Nykyään hyönteisten genomin sekvensointi on tutkijoille melko yksinkertainen asia. Näin havaittiin, että punaisen pigmentin synteesistä vastuussa olevien kirvojen geenit ovat täysin identtisiä joidenkin sienten geenien kanssa, jotka loistavat kirvojen kehossa aiheuttamatta näkyvää haittaa.
Todennäköisimmin kirvojen evoluution kynnyksellä (noin 80 miljoonaa vuotta sitten) geenikoneistossa tapahtui vika ja sienigeenit rakentuivat hyönteisten genomiin.
Evoluutio ja biologinen monimuotoisuus
Kaikki orgaanisen maailman filogeneettinen systematiikka perustuu Darwinin eroavaisuuksien käsitteeseen. Sen olemus on seuraava: heti kun lajin populaatioiden välillä tapahtuu lisääntymiseristystä, voidaan puhua lajitteluprosessista. Ja jo kaksi lajia jatkaa kehittymistä luonnonvalinnan ja satunnaisten mutaatioiden perusteella.
Lajien ja suurempien taksonien välisen horisontaalisen geeninsiirron löytö osoitti vain, että niin lyhyessä aika-avaruusjaksossa (4 miljardia vuotta) planeetallamme elävä aine voi muuttua yksisoluisista muodoista erittäin organisoituneeksi monisoluiseksi.
Täten koko planeetan eliöstöstä tulee yksi laboratorio uusien perinnöllisten ominaisuuksien luomiseksi, ja se on geenien horisontaalista liikettävoisi ja jatkaa edelleen merkittävästi evoluutioprosessia.
Lainataan geenejä
Vuonna 2015 geneetikko Alistair Crisp Cambridgesta (Yhdistynyt kuningaskunta) tutki 12 Drosophila-hedelmäkärpäslajin, 4 sukulamatolajin ja 10 kädellislajin genomeja (joista yksi on ihminen). Tiedemies etsi "muukalaisia" DNA:n osia.
Tutkimustulokset ovat vahvistaneet 145 alueen esiintymisen genomeissa, jotka ovat seurausta horisontaalisesta geeninsiirrosta eukaryooteissa.
Jotkut näistä geeneistä osallistuvat proteiinien ja lipidien aineenvaihduntaan, toiset immuunivasteisiin. Mikä tärkeintä, oli mahdollista tunnistaa näiden geenien todennäköiset luovuttajat. He osoittautuivat protisteiksi (yksinkertaisimmat eukaryootit), bakteereiksi (prokaryootiksi) ja sieniksi.
Entä me
On jo luotettavasti tiedossa, että horisontaalisen geeninsiirron kautta ihmisissä ilmaantuivat verityypeistä AB0 vastaavat geenit.
Suurin osa todisteista tällaisesta geeninsiirrosta kädellisissä on hyvin muinaista alkuperää, ja ne juontavat juurensa yhteiseen esi-isään muiden sointujen kanssa.
Viimeaikaisten tutkimusten mukaan istukan muodostuminen ihmisillä on vastuussa myös viruksen geenistä, joka vangittiin jossain istukan eläinten muodostumisen aamunkoitteessa.
Ihmisen genomin sekvensoinnin tulokset osoittivat, että se sisältää noin 8 % virusgenomien paloja, joita kutsutaan "nukkuviksi geeneiksi".
Mutanttien aika
Tästä tullaanaihe kauhutarinoista, joilla vihreät aktivistit pelottelevat. Entä jos nämä "nukkuvat" geenit käynnistyvät? Vai pureeko punkki ihmistä ja vetää jonkinlaisen kauhun hänen genomiinsa? Vai syömmekö geneettisesti muunnettuja soijapapuja ja tulemme mutantteiksi? Mutta loppujen lopuksi 4 miljardin vuoden ajan planeetan biologinen monimuotoisuus on vain lisääntynyt, ja sinä ja minä olemme edelleen vähän kuin valaita, kuten kirvoja kuin sieniä. Miksi näin?
Ensinnäkin horisontaalisen siirtymisen mekanismi on olemassa luonnossa niin kauan kuin itse elämä on olemassa. Ja kirvojen esimerkissä on täysin selvää, että tällaisen geeninsiirron tarkoituksena oli nimenomaan lisätä organismien sopeutumiskykyä ympäristöolosuhteisiin (punaiset näkyvät vähemmän tietyissä kasvin osissa). Ja geeniteknikot eivät tässä mielessä keksineet mitään uutta. Arktisen kalageenin omaavilla tomaateilla on lisääntynyt kylmänsietokyky, mikä mahdollistaa niiden viljelyn pohjoisilla alueilla.
Toiseksi, geneettisen siirron mahdollisuudesta huolimatta emme ole vielä havainneet planeetan kaikkien elävien organismien genomin yhdentymistä (yhdenmukaisuutta). Biologisen järjestelmän eli solun ja organismin stabiilisuus on riittävän korkea rajoittamaan tehotonta geeninsiirtoa. Mutta samaan aikaan tämä siirto on biologisen evoluution työkalu, joka johtaa biologiseen monimuotoisuuteen. Joten ei kestä kauan, kun karhut näyttävät leijoilta ja koirat kameleonteilta.
