Share 0
Share
A- A A+

Медленная, но верная смерть теории «мусорной ДНК»

Д-р Роберт В. Картер

Image stock.xchng DNA

Гипотеза о так называемой «мусорной ДНК» переживает трудные времена. Когда-то это было любимое детище эволюционной теории. В последние же годы её статус все больше подвергается сомнению – по мере выхода всё новых работ, показывающих, что на самом деле она отнюдь не «мусорная».1,2

В ходе «Большой дискуссии о творении и эволюции в Дотане»3 мой оппонент строил свои рассуждения именно на «мусорной ДНК», возвращаясь к ней снова и снова. Я предупреждал тогда, что этот аргумент безоснователен, что «форма следует за функцией» и что ситуация напоминает старую дискуссию о рудиментах (довод, который рассыпается в прах как только для «рудимента» обнаруживается подходящая функция).

И действительно, очень скоро новые исследования подвинули идею о «мусорной ДНК» ещё ближе к мусорной куче уже опровергнутых ранее эволюционистских измышлений. Фолкнер и его коллеги4 нанесли сокрушительный удар гипотезе «мусорной ДНК», показав, что ретротранспозоны (предположительно остатки древних вирусов, проникшие в геномы людей и других живых существ) весьма функциональны.

Предыстория

Основываясь на трудах Дж. Б. С. Холдейна5 и других авторов, показавших, что естественный отбор не был в состоянии выбрать нужные из миллионов новых мутаций в ходе человеческой эволюции, Мото Кимура6 разработал в конце 1960-х гг. теорию «нейтральной эволюции». Суть её в следующем. Если «дилемма Холдейна»7 верна, то большая часть ДНК оказывается нефункциональной. ДНК может свободно мутировать на протяжении долгого времени без всякого воздействия со стороны внешней среды. Таким образом, естественный отбор может влиять на отдельные важные участки генома, тогда как нейтральная эволюция вслепую влияет на все остальные. Поскольку естественный отбор не влияет на нейтральные свойства, не затрагивающие способность к выживанию или размножению, нейтральная эволюция может допускать случайные изменения без всяких «издержек отбора».8

Термин «мусорная ДНК» (англ. junk DNA) предложил в 1972 г. Сусуми Оно9, непосредственно опиравшийся на идею нейтральной эволюции. Для Оно и других учёных его времени обширные участки (интроны) между генами, кодирующими белки (экзонами), представляли собой бесполезную ДНК, единственная функция которой – разделять гены в хромосоме.

«Мусорная ДНК» необходима для теории эволюции

«Мусорная ДНК» – это не просто ярлык, прилепленный к той части ДНК, которая кажется нефункциональной, а необходимая математическая экстраполяция, созданная для разрешения теоретической дилеммы в теории эволюции, перед которой без этой экстраполяции встают непреодолимые трудности математического характера. «Мусорная ДНК» необходима для эволюционной теории.

С позиций математики проблема выглядит следующим образом: слишком велика изменчивость, слишком много ДНК, которой предстоит мутировать, – и слишком мало поколений, чтобы все эти мутации успели закрепиться. В этом и состояла суть работы Холдейна. Без «мусорной ДНК» эволюционизм не в состоянии математически объяснить, как же происходит сама эволюция.

В самом деле: эволюционная модель предполагает срок от 3 до 6 миллионов лет с момента расхождения предков людей и шимпанзе. При среднем времени смены поколений около 20–30 лет у нас было всего лишь от 100 000 до 300 000 поколений, чтобы закрепить миллионы мутаций, отделяющих людей от шимпанзе. В числе этих мутаций – по меньшей мере, 30 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов10, более 90 миллионов пар оснований уникальной ДНК10, около 700 дополнительных генов человека (у шимпанзе нет около 6 % человеческих генов)11, десятки тысяч хромосомных транслокаций. Кроме того, геном шимпанзе примерно на 13 % длиннее человеческого12, но в основном за счет гетерохроматина, который покрывает хромосомные теломеры. Все эти изменения должны были произойти за очень короткий период эволюции, так что на них просто не было времени; даже если отрицать функциональность более 95 % генома, в сроки можно уложиться с большим трудом.

Если же «мусорная ДНК» на деле окажется функциональной – то каждая вновь обнаруживаемая её функция будет всё сильнее подрывать эволюционную теорию.

Ретротранспозоны: неслучайное распределение мусора

Важные элементы «мусорной ДНК» – ретротранспозоны. Они считались остатками древних вирусных инфекций, частицы ДНК которых беспорядочно проникали в ДНК других видов, в том числе и в ДНК человека.

Photo sxc.hu The idea that huge stretches of human DNA are useless junk left over from evolution is itself having to be progressively junked.
Идее о том, что громадные области человеческой ДНК представляют собой бесполезный мусор, накопившийся в процессе эволюции, – этой идее самой место на свалке.

Исследуя человека и мышь, Фолкнер и его коллеги4 обнаружили, что от 6 до 30 % РНК13 начинаются внутри ретротранспозонов, и что такое их распределение явно не случайно. Данное открытие само по себе было потрясающим. Но исследователи вдобавок к этому выяснили, что эти РНК в основном тканеспецифичны, так что разные классы ретротраспозонов, похоже, участвуют в регуляции экспрессии гена в разных тканях.

Уже с самого начала данные выводы не поддерживали идею о том, что ретротранспозоны – это «эволюционный мусор». Но дальше – больше. Оказывается, что ретротранспозоны совпадают с районами большой плотности генов и встречаются внутри генома в виде кластеров, тем самым подтверждая модель неслучайного распределения генов. Когда ретротранспозоны располагаются выше белок-кодирующих генов, они предоставляют множество альтернативных точек инициации транскрипции, производящих множество альтернативных мРНК и некодирующих РНК. В нижней части транскрипта более четверти (белок-кодирующих) генов, числящихся в RefSeq14 имеют ретротранспозон в своих 3’-НТО (нетранслируемых областях)15, что уменьшает количество синтезируемого белка. Исследователи заключили, что эти 3’-НТО являются местом интенсивной транскрипционной регуляции. Этого вряд ли можно было ожидать от «мусорных» частей ДНК!

На основании распределения ретротранспозонов ученые определили целых 23 000 возможных областей регуляции внутри генома. Кроме того, они нашли 2 тысячи примеров двусторонней транскрипции, вызванной присутствием ретротранспозонов (когда ДНК «читается» в обоих направлениях, а не только в одном, что считалось нормой).

Ретротранспозоны как регуляторы транскрипции

В определенный момент Фолкнер и его коллеги попытались преуменьшить свои результаты. Они объявили, что только некоторые ретротранспозоны содержат активные промоторы и что только некоторые из них функциональны, заявив при этом, что не настаивают на универсальной функции ретротранспозонов.

Однако эти же авторы указывают на изобилие ретротранспозонов, на тысячи ретротранспозонов-промоторов, которые непосредственно примыкают к белок-кодирующим генам, влияя на их регуляцию и, предположительно, также на их эволюцию. Авторы заключили, что ретротранспозоны оказывают решающее влияние на транскрипцию во всем геноме, что они выступают «многосторонними регуляторами функциональной производительности транскриптома млекопитающих», «всеобъемлющим источником транскрипции и транскрипционной регуляции» и что «в будущих исследованиях генома они должны считаться "транскрипционным механизмом"».

Вывод

Это ошеломляющие результаты. По мере того, как усложняется наше представление о геномной регуляции, по мере того, как всё большая часть генома оказывается функциональной, снова и снова возникает вопрос: сколько ещё эволюционисты будут держаться за теорию «мусорной ДНК»? Однако не держаться они не могут, ибо без этой идеи они утратят один из своих лучших аргументов.

Тем не менее, эволюционисты только что потеряли один из своих любимых аргументов: присутствие в геноме древних неактивных вирусов. Вместо нефункциональных рудиментарных остатков нашего прошлого ретротранспозоны оказались элементами, функционально интегрированными в поразительно сложный регуляторный аппарат генома млекопитающих.

Хочу заметить, что младоземельные креационисты не настаивают на высокой функциональности всего генома. Хотя я подозреваю, что прямые или косвенные регуляторы транскрипции большей его части ещё будут найдены, в геноме всё же могут существовать значительные отрезки, которые просто сообщают временную структуру его функциональным частям. Можно считать их каркасом, на котором покоится трехмерный небоскреб генома. Впрочем, даже эти элементы функциональны (в силу своей структурообразующей роли), хотя они могут и не иметь прямого влияния на геномную регуляцию и специфичность их последовательности может быть весьма низкой.

Когда-нибудь мы поймём, как работает геном в целом. Пока же отметим, что «мусорная ДНК» стала очередным слабым звеном в цепи аргументации, выстьраиваемой в доказательство теории эволюции.

Примечания

  1. Batten, D., No joy for junkies, Journal of Creation 19(1):3, 2005. Обратно к тексту
  2. Woodmorappe, J., Potentially decisive evidence against pseudogene «shared mistakes», Journal of Creation 18 (3):63-69, 2004. Обратно к тексту
  3. The Great Dothan Creation/Evolution Debate – публичная дискуссия, состоявшаяся в г. Дотан, штат Алабама, 27 ноября 2007 года между автором этой статьи и противником креационизма Риком Пирсоном. (Прим. пер.)creation.com/the-great-dothan-debate. Обратно к тексту
  4. Faulkner, G.J. et al., The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells, Nature Genetics 41(5):563-571, 2009. Обратно к тексту
  5. Haldane, J.B.S., The cost of natural selection, Journal of Genetics 55:511-524, 1957. Обратно к тексту
  6. Kimura, M., Evolution rate at the molecular level, Nature 217:624-626, 1968. Обратно к тексту
  7. «Дилемма Холдейна» (такое название проблеме, поднятой Холдейном, было дано позднее другими авторами) заключается в том, что быстрые изменения на уровне одного или нескольких генов, по определённым причинам, препятствуют столь же быстрым изменениям остальных генов; следовательно, генные мутации не могут обеспечить приспособление и выживаемость популяции при быстром изменении условий внешней среды. (Прим. пер.) – Batten, D., Haldane’s dilemma has not been solved, Journal of Creation 19(1):20-21, 2005. Обратно к тексту
  8. Batten, D., The Biotic Message: Evolution versus Message Theory, Journal of Creation 11(3):292-298, 1997. Обратно к тексту
  9. Ohno, S., So Much «Junk» DNA in our Genome. Evolution of genetic systems. Brookhaven Symposia In Biology, no. 23 (Smith, H.H., ed.), pp. 366-370, 1972. – http://www.junkdna.com/ohno.html Обратно к тексту
  10. Varki, A. and Altheide, T.K., Comparing the human and chimpanzee genomes: searching for needles in a haystack, Genome Research 15:1746-1758, 2005. Обратно к тексту
  11. Demuth, J.P. et al., The evolution ofmammalian gene families, PLoS One I:e85, 2006. Обратно к тексту
  12. Согласно базе данных размеров генома (http://www.genomesize.com), размер генома человека (представленный как «значение C» – единица веса, [теоретически] прямо пропорциональная размеру генома) составляет 3,2. «Значение С» для шимпанзе приводилось равным 3,46, 3,63, 3,76 и 3,85. Все эти значения показывают, что геном человека меньше, чем геном шимпанзе (на 8–17 %). Обратно к тексту
  13. РНК – промежуточное звено между ДНК и синтезируемым белком. РНК вырабатывается из ДНК в ходе процесса транскрипции. Не все РНК участвуют в синтезе белка – они также выполняют множество другихх функций в клетке. Обратно к тексту
  14. Стандартизированный каталог белок-кодирующих генов: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/RefSeq. Обратно к тексту
  15. НТО (нетранслируемые области) – это участки мРНК, не кодирующие белок. Обычно в транскрипте РНК существуют две НТО, по одной с каждой стороны. 3’-НТО находится в нижней части транскрипта, после белок-кодирующей части; обычно она содержит сигнал завершения, сигнал полиаденилирования и имеет другие свойства. Обратно к тексту

Статьи по теме

Дальнейшее чтение


Evolution is supported and endorsed by governments, the media, our major educational institutions and many big businesses. But look at this site and see how much can be achieved with a little effort from God's people in supporting such outreach. Support this site

Comments closed
Article closed for commenting.
Available only from day of publication.
Copied to clipboard
7922
Product added to cart.
Click store to checkout.
In your shopping cart

Remove All Products in Cart
Go to store and Checkout
Go to store
Total price does not include shipping costs. Prices subject to change in accordance with your country’s store.