Критерии эволюции – аминокислоты и ДНК

Причислять живой организм к тому или иному классу, роду, виду – дело биологов-систематиков. Биологам прошлого (и до, и после Дарвина) было легче систематизировать наиболее высокоорганизованных представителей животного и растительного мира. Но, как систематизировать, скажем, бактерии или вирусы? По форме (палочка, шарик, спираль, кристаллик)? По эмбриологии (деление бактерий, самосборка вирусов)? Но ведь эти признаки у них очень схожи! Палеонтология тут тоже бессильна: в глубочайшей древности все типы микроорганизмов уже существовали, и судить, насколько они с тех пор изменились, невозможно.

Ученые давно уже искали новые объективные критерии эволюции, наиболее полно и верно устанавливающие родственные отношения между организмами

Ученые давно уже искали новые объективные критерии эволюции, наиболее полно и верно устанавливающие родственные отношения между организмами. Такие критерии были найдены... в химии. Они опираются не на внешнее сходство организмов, а на математически точные молекулярные данные. Химики доказали родство определенных молекул организма. Особенно интересны результаты сравнения гемоглобина крови животных, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы.

Гемоглобин – белок, его молекулы состоят из отдельных "кирпичиков" – аминокислот. Таких "кирпичиков" в природе всего около 20. И из 20 аминокислот природа строит огромное количество всевозможных белков, резко отличающихся друг от друга. Белковые цепочки очень длинные, до 100–200 звеньев аминокислот.

К разгадке структуры белка сейчас подключились автоматические приборы. Сначала они определяют процентный состав отдельных аминокислот в молекуле: сколько процентов такой-то аминокислоты, сколько – такой. Затем приступают к последовательному анализу, то есть начинают, как бы разматывать клубок белковой молекулы и смотреть, в какой последовательности эти аминокислоты в ней располагаются.

Ученые сравнили молекулы гемоглобина самых разных животных и обнаружили в них очень большое сходство. В гемоглобине животных есть одна очень удобная для сравнивания белковая цепочка, так называемая альфа-целочка. Так вот в альфа-цепочках гемоглобина человека и лошади, например, по 141 аминокислоте. Результат их сравнения поразил исследователей: в этих белковых цепочках совпадают 124 аминокислоты, а не совпадают лишь 17.

Случаен ли этот результат? Нет, не случаен. Ведь человек и лошадь относятся к одному и тому же классу животных – классу млекопитающих. Еще больше сходства в гемоглобине человека и гориллы. Их молекулы отличаются всего лишь на 2 аминокислоты.

Биохимики изучили гемоглобин многих животных, а потом переключились и на другие белковые вещества. Например, на цитохром – белок, который берет кислород в крови и "перевозит" его к местам потребления. Результат такой же, что и у гемоглобина: чем ближе родство, тем меньше отличий в молекулах цитохрома. Человек и обезьяна в генеалогическом древе животного мира как бы соседние веточки – их молекулы цитохрома отличаются лишь на одну аминокислоту. Собака отдалена от человека на 10 аминокислот, кролик – на 11, лошадь – на 12.

Сейчас точно известно, как синтезируются живые белки. Аминокислоты укладываются в молекулу белка по трафарету, присылаемому из ядра клетки от специальных генов. Гены – это фрагменты большой, сложной молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК – носительницы наследственности. Именно различие и сходство молекул ДНК и определяет различие и сходство белков, а значит, и организмов, а изучение структуры ДНК как критерия эволюции – значительно перспективнее. Любые изменения наследственности выражаются изменением ДНК. А причин для них в природе множество, например космические излучения или химические воздействия.

Инструменты