Избыточность генетической информации в ДНК

Избыточность генетической информации присуща уже ДНК бактерий - у них экспрессируется всего лишь до 40% генов. Остальные гены в норме бездействуют, но они тоже могут «заработать», например, при переносе бактерии в необычную среду обитания.

Еще больше «генов-бездельников» у высших организмов. Так, у человека за все время его индивидуального развития срабатывает всего 1% генов (Б. Албертс, Д. Брей и другие). Остальная часть ДНК пребывает в бездействии на протяжении всей жизни человека! Бездействующую часть генома называют «молчащей», «сорной», «бессмысленной» ДНК. «Зачем нужны такие «молчащие» участки ДНК, такие «бессмысленные» гены? Мы этого не знаем», - пишут А. А. Нейфах и Е. Р. Лозовская. «Действительно ли «сорная» ДНК лишена какой бы то ни было функции или мы просто до сих пор не сумели эту функцию обнаружить?» - задается вопросом П. Кейлоу. «По-видимому, - высказали предположение А. Д. Браун и М. Д. Фаддеева, - существование «молчащей» ДНК - это плата за какое-то исключительное новшество».

Что же это может быть за исключительное новшество? Можно ли уже сейчас попытаться ответить на этот важный вопрос? «Молчащей» ДНК иногда пытаются приписать роль «регуляторов», «интеграторов», управляющих работой действующих (структурных) генов. Но это вряд ли так. «Не гипотетические регуляторные гены управляют работой соседей по клетке - структурных генов. А продукты самих структурных генов», - справедливо пишет Л. И. Корочкин. Правы, видимо, те исследователи, которые, подобно И. Л. Хейнару, полагают, что «молчащие» гены - это остатки прежней или участки будущей эволюции. То есть что в некотором смысле это как раз и есть те «зачатки», об «игре» которых в ходе эволюции говорил Э. Ж. Сент-Илер.

Сама возможность такого рода «игры генов» не вызывает сомнения: доказано, что гены, молчащие в клетках организмов  одного вида, могут «заговорить», то есть начать синтезировать белки, будучи имплантированы в клетки другого вида организмов, подвергнувшись в этих клетках воздействию изменившейся эпигенетической среды. «Игра генов» - обычное дело и в онтогенезе: в разных тканях, на разных стадиях развития срабатывают разные участки базовых ДНК, разные гены их. За этими изменениями в работе базовых ДНК иногда можно проследить по изменению локализации пуффов - вздутий политенных хромосом, маркирующих места наиболее активного синтеза белка (И. Б. Збарский).

Обсуждая вопрос о скрытых генах, вспомним о явлении процессинга. Оно во много крат умножает резервы латентного наследования. А возможности комбинирования признаков на базе сочетания генов одного генома столь обширны, что просто нет необходимости в изменении строения базовых ДНК, в радикальных преобразованиях самих геномов в этом направлении. Было бы просто странно, если бы природа, как правило, рациональная в своих механизмах и явлениях, не воспользовалась феноменом «игры генов». Гипотеза единой (тождественной) ДНК как раз и подразумевает, что открывающиеся здесь возможности были использованы.

Интересно, что особенно много скрытых генов у рептилий - раз в 100 больше, чем у млекопитающих. Именно здесь мы находим и наибольший размах видового разнообразия признаков среди позвоночных. Вспомним хотя бы тридцатисемиметрового сейсмозавра и крошечных, длиной всего несколько сантиметров, геккончиков. Именно пресмыкающиеся породили и наиболее совершенные формы жизни - птиц и млекопитающих. Вряд ли упомянутое совпадение случайно!

Красноречива и схема, получающаяся, если сгруппировать усредненные значения размеров генома у представителей крупных таксономических групп. Она недвусмысленно свидетельствует о единстве генотипической основы у высших организмов, о преемственности в эволюции геномов. Это же подтверждает статистическая обработка такого показателя, как соотношение разных типов нуклеотидов в геноме. По этому показателю выделяются четыре четко различающиеся группы: бактерии, грибы, животные и одна комплексная (Г. Зенгбуш).

Картина наблюдающихся здесь обобщенных распределений, несомненно, была бы более четкой, если бы можно было учитывать исключительно нуклеотиды базовой ДНК. Наверное, и групп было бы поменьше… Пока это не представляется возможным сделать из-за плохой изученности геномов высших форм. Можно все же рискнуть предположить, что в ходе биологической эволюции использовано всего 2-3 типа уникальных (базовых) ДНК у низших организмов и лишь 1 тип - у высших.

При изучении уникальных и повторяющихся последовательностей ДНК у разных видов земноводных обнаружилось, что набор повторяющихся ДНК видоспецифичен, в то время как уникальные последовательности в высшей степени гомологичны. У таких внешне резко различающихся видов, как шпорцевая лягушка, серая жаба, гребенчатый тритон, пятнистая саламандра, одинаковым оказалось даже число повторов генов - меняется лишь число копий генов в каждом повторе. И эти данные прекрасно уживаются с концепцией единой ДНК.

Примеры проявлений наследственности, механизм которых способна объяснить концепция единой ДНК, можно продолжать и продолжать. Можно, допустим, вспомнить об экспериментах по ресинтезу видов, начатых А. Мюнцингом, М. А. Розановой, В. А. Рыбиным, Д. Костовым, О. И. Сорокиной. В этих экспериментах получаются формы, «неотличимые от распространенных в природе» (3. М. Рубцова).

«Пробудить» спящие гены базовых ДНК могут не только скрещивание, отдаленная гибридизация, но и непосредственное воздействие эпигенетических факторов. В опытах Г. X. Шапошникова тлям вида Майкопика вместо купыря лесного, которым они обычно кормятся, «подсунули» бутень пятнистый и бутень бульбоносный. Группа несекомых, поселенная на первом растении, быстро погибла. На втором виде часть (правда, очень малая) не только выжила, но и дала потомство. После восьмого поколения потомки тлей Майкопика почти потеряли способность развиваться на «предковом» хозяине - купыре. Но самое интересное, что перестройка обменных процессов в их организме сопровождалась изменениями внешних их признаков: они стали неотличимы от тлей вида Херофиллина.