Всем нам известен вертикальный перенос генов. Так или иначе мы все постоянно его наблюдаем. Когда родительский организм передаёт свои гены потомкам - это вертикальный перенос генов. И совершенно не важно, бесполое ли размножение или половое. А вот что такое горизонтальный перенос генов? Об этом явлении и о том, как он влияет на эволюцию жизни на нашей планете, слышал далеко не каждый. А жаль. Ведь это весьма интересно в контексте эволюционного развития жизни на нашей планете. Но для начала давайте разберёмся с тем, что такое, собственно, этот самый горизонтальный перенос генов...

Дело в том, что гены могут передаваться не только от родителя к потомку. Генами могут физически обмениваться два организма, не являющиеся друг другу сколько-либо близкими родственниками, а возможно - даже представителями одного и того же биологического вида или даже царства.

Это явление хорошо известно у бактерий и других одноклеточных примитивных организмов.

В эволюции бактерий горизонтальный генетический обмен играет ту же роль, что и половое размножение у высших организмов.

У организмов, размножающихся половым путем, гены родителей перемешиваются в геноме потомства. Это позволяет естественному отбору работать не с целыми геномами, а с отдельными генами, поддерживая удачные варианты и отбраковывая неудачные. Считалось, что у бактерий отбор работает в основном на уровне целых геномов, что намного менее эффективно. Теоретически, горизонтальный обмен генами может отчасти заменить бактериям половое размножение. Однако было неясно, в какой степени это характерно для природных популяций микробов. Изучив две близкородственные популяции морских бактерий, недавно начавших приспосабливаться к разным нишам, американские биологи пришли к выводу, что адаптивная эволюция бактерий идет за счет распространения отдельных генов, а не целых геномов, то есть так же, как у организмов, размножающихся половым путем. Из этого следует, что в ходе адаптации к новым условиям горизонтальный генетический обмен успешно заменяет бактериям половое размножение.

В норме крупные молекулы ДНК не могут пройти через бактериальную клеточную стенку и мембрану, однако многие виды бактерий способны входить в так называемое состояние компетентности, когда под действием специальных белков молекулы «затаскиваются» внутрь клетки, предварительно связавшись с рецепторами ДНК. Клетки становятся компетентными только в особых условиях, связанных, например, с лимитированием ресурсов, которое происходит, когда культура достигает критической плотности, или при повреждении ДНК.

Но горизонтальный перенос генов имеет место не только между бактериями, т.е. организмами, принадлежащими одному домену (надцарству).


Например, в относительно недавнем исследовании было показано, что заимствовать гены у бактерий и встраивать их в собственные клетки могут и неиллюзорные животные: коловратки. Это небольшие многоклеточные организмы, основным характерным признаком которых является наличие так называемого коловращательного аппарата — ресничного образования на переднем конце тела, который используется для питания и движения.

Так вот. Бделлоидные коловратки ещё 60 миллионов лет назал случайно позаимствовали у бактерий один из генов, сохраняя его до сих пор. Оба они соединились в геноме коловратки и образовали функциональный фермент. Это не так-то просто сделать, даже в лаборатории, и это произошло естественным образом. А затем этот сложный фермент создал эту удивительную регуляторную систему, и коловратки смогли начать использовать его для управления собственным генетическим аппаратом.


Более того. Создание ГМО - это тоже проявление горизонтального переноса генов. Об это, кстати, разбивается аргумент мифотворцев о том, что ГМО не может быть безопасно по определению, ибо генная модификация приводит к появлению организма с неизвестными свойствами. Так вот, горизонтальный перенос генов в любом случае к этому будет приводить. Только с поправкой на то, что в естественных условиях вредные свойства и мешающие жить гены отфильтровываются естественным отбором. Но на самом деле, "неизвестные свойства" появляются даже при самой обычной селекции сельскохозяйственных культур, поэтому такую претензию можно предъявить ко многим продуктам питания.

Кстати, интересный факт. Многие технологии, которые используют генные инженеры для создания ГМО, естественным образом встречаются в природе. Например, Т-плазмида, которую генные инженеры научились использовать для внедрения нужных генов в растения, была исходно взята у природной агробактерии. Агробактерии используют эту плазмиду, чтобы внедрять в растения нужные ей гены. Но пока «генной инженерией» занимались бактерии, это никого не пугало, но стоило этим заняться людям... Тут всё и началось.

Так что да, первыми в мире генными инженерами были бактерии, а не люди.


У высших организмов горизонтальный перенос генов не очень активен, ибо им оно не надо - ведь есть половое размножение. А вот у примитивных форм жизни он становится важнейшим фактором, определяющим их эволюцию. Вследствие этого границы между видами как генетически обособленными популяциями стираются, и вместо ветвящегося эволюционного древа вырисовывается концепция «эволюционной сети».

Можно сказать, что с поправками на горизонтальный перенос генов эволюция становится похоже не на дерево, которое рисуют в школьных учебниках по биологии, а на своеобразную сеть, где много линий переплетаются друг с другом.

Это делает эволюцию для существ, у которых распространён горизонтальный перенос генов, абсолютно непредсказуемым процессом, даже в большей степени, чем при половом размножении, ибо спрогнозировать, какой генотип будет иметь особь через несколько поколений, становится гораздо сложнее.

Вот такие вот дела...Источник: "Есть мнение"