Крупным млекопитающим может грозить вымирание из-за накопления вредных мутаций

Слабые мутации, оказывающие только незначительное воздействие на организм, тем не менее могут накапливаться в популяции и даже привести к её вымиранию, если мутации вредные. Вероятность такого хода событий существенно выше в небольших популяциях, содержащих малое число особей. А поскольку у млекопитающих численность популяции и масса тела связаны обратной зависимостью (чем крупнее животные, тем они малочисленнее), крупные виды должны накапливать мутации быстрее, чем мелкие.
Три представителя крупных млекопитающих, данные по которым использованы в обсуждаемой работе. По массе тела они наиболее близки к среднему значению для этой группы (369,5 кг). Сверху вниз: сивуч (Eumetopias jubatus) — часть лежбища, занятого самцом и гаремом самок; фото с сайта www.enature.com, © Michael H. Francis; як (Bos grunniens), фото с сайта www.cwca.org.cn; дюгонь (Dugong dugon), фото с сайта savci.upol.cz, © Duane Yates 1999.
Три представителя крупных млекопитающих, данные по которым использованы в обсуждаемой работе. По массе тела они наиболее близки к среднему значению для этой группы (369,5 кг). Сверху вниз: сивуч (Eumetopias jubatus) — часть лежбища, занятого самцом и гаремом самок; фото с сайта www.enature.com, © Michael H. Francis; як (Bos grunniens), фото с сайта www.cwca.org.cn; дюгонь (Dugong dugon), фото с сайта savci.upol.cz, © Duane Yates 1999.
Это теоретическое предположение в настоящее время подтверждено российскими исследователями, проанализировавшими данные по геномам 110 видов млекопитающих разного размера.

Выяснилось, что накопление «слабовредных» мутаций в кодирующих белки митохондриальных генах идет существенно быстрее у крупных видов, чем у мелких. А отсюда очевидно, что прослеживаемая в эволюции многих групп животных тенденция к увеличению размеров тела на самом деле может быть ограничена генетическими факторами.

У любых организмов время от времени возникают ошибки генетического кода — мутации. Если эти мутации слабые (нейтральные и оказывающие незначительное отрицательное либо положительное воздействие), то они могут накапливаться в популяции.

Теоретически следует ожидать, что такое накопление возможно только в небольших популяциях, где в силу случайного стечения обстоятельств и генетического дрейфа (например, при прохождении через «бутылочное горлышко» малой численности) слабые мутации могут «закрепиться», то есть начать обнаруживаться у всех особей. В больших же популяциях, насчитывающих множество особей, всегда достаточно эффективно действует так называемый «очищающий отбор», удаляющий всякие отклонения от нормы.

Попытку проверить эту идею на реальных данных по составу генома разных видов млекопитающих недавно предприняли Константин Попадьин, Леонард Полищук (оба с биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова), Лейла Мамирова (Институт проблем передач информации РАН), Дмитрий Кнорре (Институт физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского при МГУ) и Константин Гунбин (Институт цитологии и генетики СО РАН).

Авторы исходили из того, что для млекопитающих уже давно хорошо известна четкая отрицательная зависимость между массой тела взрослого животного и их численностью в природе: чем крупнее животные, тем ниже плотность их популяций. Соответственно, массу тела можно было использовать как показатель численности популяций.

Оценить темп накопления «слабовредных» мутаций можно было только построив по молекулярно-генетическим данным небольшие филогенетические деревья, ведущие к современным видам.

Три представителя мелких млекопитающих, данные по которым использованы в обсуждаемой работе. По массе тела они наиболее близки к среднему значению для этой группы (275 г). Вверху слева: тафа, или австралийская сумчатая крыса (Phascogale tapoatafa), фото с сайта www.ernmphotography.com, © ERN MAINKA; вверху справа: обыкновенная серая крыса (Rattus norvegicus), фото с сайта www.biopix.eu, © Biopix.dk: JC Schou. Внизу: буролицый опоссум (Metachirus nudicaudatus), фото с сайта www.terrambiente.org, © Smithsonian Institution.
Три представителя мелких млекопитающих, данные по которым использованы в обсуждаемой работе. По массе тела они наиболее близки к среднему значению для этой группы (275 г). Вверху слева: тафа, или австралийская сумчатая крыса (Phascogale tapoatafa), фото с сайта www.ernmphotography.com, © ERN MAINKA; вверху справа: обыкновенная серая крыса (Rattus norvegicus), фото с сайта www.biopix.eu, © Biopix.dk: JC Schou. Внизу: буролицый опоссум (Metachirus nudicaudatus), фото с сайта www.terrambiente.org, © Smithsonian Institution.
Исходный материал — это результаты секвенирования митохондриального генома разных видов млекопитающих, сведенные в базу данных, которая поддерживается Национальным центром биотехнологической информации США (National Center for Biotechnology Information). Из 138 видов млекопитающих, для которых известны нуклеотидные последовательности для всех 13 белок-кодирующих генов митохондриального генома, в работе использованы данные по 110 видам.

На основании этих материалов были восстановлены последовательности аминокислот в белках современных видов, а специальная компьютерная программа построила филогенетические деревья, устанавливая генотип их предполагаемых предков. После этого можно было посмотреть, какие изменения произошли в последовательностях нуклеотидов (кодонах), кодирующих ту или иную аминокислоту.

Поскольку генетический код избыточен, одну и ту же аминокислоту могут кодировать разные кодоны. Некоторые мутации являются нейтральными: кодон меняется, а аминокислота синтезируется та же. Это так называемое синонимичное замещение. В случае «слабовредной» мутации начинает синтезироваться другая аминокислота. Это так называемое несинонимичное замещение.

Опираясь на имеющиеся данные, авторы обсуждаемой работы определяли для всех современных видов (кончиков веток филогенетического древа) отношение несинонимичных замен к синонимичным. Затем всю совокупность из 110 видов млекопитающих ранжировали по массе тела взрослых особей и разделили на две группы (по 55 видов) — крупных и мелких. Средний вес группы крупных млекопитающих оказался равным 359,5 кг, а средний вес мелких значительно меньше — 275 г.

Сравнение этих двух групп показало, что скорость накопления несинонимичных замен относительно синонимичных у крупных видов существенно (на 43%) выше, чем у мелких. Помимо этого показателя авторы использовали еще несколько молекулярно-генетических свидетельств наличия слабых вредных мутаций и почти во всех случаях скорость их накопления была выше у крупных млекопитающих, чем у мелких.

Выявленный эффект интересно рассмотреть в общем эволюционном контексте. Дело в том, что в эволюции нескольких групп наземных позвоночных, в том числе млекопитающих, прослеживается четкая тенденция увеличения размера тела. Крупный размер снижает риск стать жертвой хищника (на носорогов и слонов мало кто рискнет напасть), а кроме того, с увеличением размера уменьшаются удельные траты на обмен.

Однако плюсам, связанным с крупным размером тела, противостоят серьезные минусы. Популяции крупных животных не могут быть многочисленными, они характеризуются обычно невысокой плотностью, а уменьшение численности всегда чревато угрозой вымирания — в результате действия как экологических факторов, так и генетических (накопления вредных мутаций). Последнее утверждение в настоящее время можно считать доказанным.

   
автор: Алексей Гиляров
Кроме того...
Откуда берутся дети
У многих наверняка в детстве была такая книжка. А у кого нет...
Электричество из человека
Два выпускника архитектурного факультета Массачусетского...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Углекислый газ как строительный материал
Углекислый газ как строительный материал Углекислый газ как строительный материал
Воздух вреден для дыхания, а воду невозможно пить? Это ещё полбеды — можно или смириться с этим
Ветровое стекло автомобиля превратится в информационный центр
Ветровое стекло автомобиля превратится в информационный центр Ветровое стекло автомобиля превратится в информационный центр
Корпорация Microsoft подала в Управление США по патентам и торговым маркам очередную патентную заявку
Экологически чистый способ покинуть мир
Экологически чистый способ покинуть мир Экологически чистый способ покинуть мир
Прах к праху, пепел к пеплу. Ваши похороны – ваш последний углеродный след на этой земле
Японцы продают игрушечную машинку на энергии ветра
Японцы продают игрушечную машинку на энергии ветра Японцы продают игрушечную машинку на энергии ветра
Любопытную игрушку выпустили на рынок японские компании Tamiya и Loopwing — они предлагают набор
Минималистичный телефон-батарейка
Минималистичный телефон-батарейка Минималистичный телефон-батарейка
Японская компания Sanyo совместно с оператором Willcom представили необычный сотовый телефон
Модернизированный "Удар Грома" вступил в строй
Модернизированный "Удар Грома" вступил в строй Модернизированный
Первые модернизированные штурмовики А-10С Thunderbolt ("Удар Грома") достигли оперативной готовности, сообщает Defense Aerospace
Наименьший андроид поражает рынок умениями и ценой
Наименьший андроид поражает рынок умениями и ценой Наименьший андроид поражает рынок умениями и ценой
"Я, робот. То есть, тьфу, — я, собот". Полное имя — Omnibot17μ i-SOBOT. Модель интересна не только тем
Астрономы измерили нейтронные звезды
Астрономы измерили нейтронные звезды Астрономы измерили нейтронные звезды
Астрономы разработали метод, позволяющий при помощи косвенных данных устанавливать размеры нейтронных звезд
Марсоходы возобновили движение после пылевой бури
Марсоходы возобновили движение после пылевой бури Марсоходы возобновили движение после пылевой бури
Марсоходы NASA Opportunity и Spirit вновь пришли в движение после шести недель простоя, вызванного пылевыми бурями
Вспышки на дальней стороне Солнца могут влиять на Землю
Вспышки на дальней стороне Солнца могут влиять на Землю Вспышки на дальней стороне Солнца могут влиять на Землю
Специалисты из шведского института космической физики (Swedish Institute of Space Physics) утверждают
Гонконгские ученые установили причину экземы
Гонконгские ученые установили причину экземы Гонконгские ученые установили причину экземы
Ученые Китайского университета в Гонконге (The Chinese University of Hong Kong) выделили два стероида крови
Отдалить менопаузу – помочь мозгу
Отдалить менопаузу – помочь мозгу Отдалить менопаузу – помочь мозгу
Женский мозг зависит от половой принадлежности. Но было бы правильнее сказать
Шум смертельно опасен для сердца
Шум смертельно опасен для сердца Шум смертельно опасен для сердца
2% всех смертей вызваны заболеваниями, напрямую связанными с избыточным шумом
Ученые нашли следы "азиатской Атлантиды"
Ученые нашли следы "азиатской Атлантиды" Ученые нашли следы
Исследователь, изучающий подводные скальные образования у побережья Японии верит
В ЮАР найден крупнейший алмаз в истории
В ЮАР найден крупнейший алмаз в истории В ЮАР найден крупнейший алмаз в истории
В ЮАР найден самый крупный алмаз в истории. По предварительным оценкам
Как изобрели снегоход?
Как изобрели снегоход? Как изобрели снегоход?
В 1915 году у Зимнего дворца на льду Невы состоялись испытания первенца отечественного автомобилестроения «Руссо-Балта»
Принцип Коперника: новый метод прогнозирования
Принцип Коперника: новый метод прогнозирования Принцип Коперника: новый метод прогнозирования
В 1993 году Дж. Ричард Готт-III вычислил с научной точностью, что человечество не вымрет еще как минимум 5100 лет

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Как изобрели снегоход?Как изобрели снегоход?
    В 1915 году у Зимнего дворца на льду Невы состоялись испытания первенца отечественного автомобилестроения «Руссо-Балта»
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
015