Согласно дарвинизму, мутации не могут иметь определенной цели или плана. Другими словами, они должны происходить случайно, а дальше в дело вступает естественный отбор. Приспособленные к своей среде организмы остаются в живых и развиваются, а не приспособленные, соответственно, погибают. Таким образом случайные мутации являются основой теории эволюции, о чем нам известно еще со школьной скамьи.

Однако недавнее исследование отчасти поставило эту теорию под сомнение, ведь оно доказывает, что мутации не могут быть полностью случайными. К такому выводу пришли ученые, изучая обычный придорожный сорняк, именуемый кресс-салатом (Arabidopsis thaliana). Как удалось выяснить, растение предотвращает изменение важных для него генов, но при этом другие участки генома оставляет «открытыми» для внесения изменений.

Ученые выяснили, что мутации ДНК имеют определенную закономерность

Почему возникают мутации ДНК в клетках

Нельзя сказать, что исследование, опубликованное в издании Nature опровергает теорию эволюции. Случайность, по мнению ученых, все же играет роль. Однако процесс мутации на самом деле может быть гораздо сложнее, чем предполагалось ранее.

Вероятность случайных ошибок велика. Более того, как утверждают ученые, в среднем эта хрупкая молекула в одной клетке повреждается ежедневно от 1 тысячи до 1 миллиона раз. Кроме того, ошибки в ДНК могут возникнуть в процессе копирования, когда клетка делится. Но почему же мы в таком случае постоянно не мутируем?

В клетках ДНК имеются механизмы, которые устраняют ошибки в ДНК

К счастью, в организме предусмотрены механизмы, которые противодействуют повреждению этой важной молекулы. В клетках работают сложные механизмы, которые обнаруживают ошибки и исправляют их. Таким образом клетках постоянно ведется работа над тем, чтобы поддерживать ДНК в правильном виде.

С другой стороны, если бы эти механизмы работали идеально, мутации вообще не возникали бы. А значит и эволюция была бы невозможна. Но, белки, отвечающие за поиск и исправление ошибок в ДНК, не идеально выполняют свою работы. Поэтому повреждения и ошибки копирования иногда остаются, что и приводит к мутациям.

Виды мутаций

Как отмечают ученые, все мутации делятся на два основных типа — соматические, которые не передаются потомству, и так называемые зародышевые. Как не сложно догадаться, последние могут передаваться по наследству. К примеру, раковая опухоль, которая представляет собой мутированные клетки, не передается по наследству. А вот изменение генов хорошо отражаются на потомстве.

Таким образом зародышевые мутации являются движущей силой эволюции, которая позволяет работать естественному отбору. Если мутация оказывается удачной, помогающей организму выжить, она остается и передается из поколения в поколение.

Кресс-салат защищает важные гены от мутаций

Закономерность мутаций ДНК

Чтобы выяснить случайно ли возникают мутации, авторы работы решили изучить насколько равномерно они происходят в генных и негенных участках ДНК в геноме кресс-салата. Как утверждают ученые, это растение отлично подходит для изучения, так как его геном содержит порядка 120 млн пар оснований, а не миллиарды, как, к примеру, у человека. Таким образом упрощается секвенирование ДНК растения.

Ученые наблюдали за изменениями в геноме растения в течение несколько лет. За это время вырастили сотни единиц кресс-салата нескольких поколений. При этом они секвенировали более полутора тысяч геномов. В результате им удалось выявить более миллиона мутаций. Однако анализ показал, что в той части генома, который отвечает за важные гены, мутаций гораздо меньше, чем в негенных областях.

“Скорее всего, у других организмов генетические мутации тоже не случайны” — говорит ведущий автор исследования Грей Монро, сотрудник Калифорнийского университета в Дэвисе.

Результаты исследования говорят о том, что существует защитный механизм, который предотвращает потенциально опасные изменения в геноме. По словам ученых, в генах, которые отвечают за жизненно важные процессы, изменения скорее всего вызовут негативные последствия, которые могут привести к болезни или даже смерти. Поэтому особенно важные гены менее всего подвержены изменениям.

Защита от мутаций может предотвратить развитие рака

Как работает система защиты генов от мутаций

В ходе дальнейших исследований авторам работы удалось выяснить как работает механизм защиты ДНК от изменений. Наиболее важные гены посылают особые сигналы белкам репарации ДНК. Передача сигналов происходит посредством гистонов, то есть белков, из которых ДНК образует хромосомы.

Важные области генов находятся вокруг гистонов, обладающих определенными химическими метками. Как предполагают ученые, эти метки являются теми самыми сигналами, которые способствуют стабильности ДНК на этих участках.

Результате исследований могут впоследствии пригодиться в медицине. Если люди научатся защищать определенные области ДНК от мутаций, можно будет, к примеру, предотвратить развитие раковых опухолей. Однако необходимо еще провести дополнительные исследования на животных, чтобы окончательно убедиться, в верности данной теории.

источник