Генетична мутация е развила едноклетъчните в многоклетъчни организми

Зъбати китове и тритони, орли и скатове – разнообразието на животинските форми не спира да ни поразява, пише The New York Times. В основата на това грандиозно разнообразие е фактът, че всички животни се състоят от много клетки – в нашия случай, приблизително 37 трилиона. Когато оплодената яйцеклетка започне да се развива, за да се превърне в животно, клетките се превръщат в множество различни видове и тъкани – от бивни и пера до мозъци.

Преходът от едноклетъчни организми към първото многоклетъчно животно е станал преди около 800 милиона години, но учените не са сигурни как точно се е случило това. В изследване, публикувано в журнала eLife, научен екип разбулва мистерията.

Изследователите са съживили древни молекули, които в древността са допринесли едноклетъчните организми да просъществуват, след това са пресъздали мутациите, които са са им помогнали да изградят многоклетъчни тела. Авторите на новото проучване се фокусират върху молекула, наречена GK-PID, от която животните зависят при развитието на различни видове тъкани. Без GK-PID клетките не образуват свързани структури, а се превръщат в дезорганизирана каша и понякога стават злокачествени.

Функцията на GK-PID, са открили учените, е да свързва протеините, така че клетките да могат да се делят правилно. „Мисля, че това е молекулярен карабинер (свързващ елемент, бел.р.),“ казва Джоузеф Торнтън, биолог от Чикагския университет и един от авторите на изследването. Когато клетките се делят, те първо трябва да направят допълнителни копия на хромозомите си, а след това всеки комплект хромозоми трябва да се прехвърли в двете нови клетки. GK-PID се свързва с протеините, които пренасят хромозомите, а след това се закрепя към закотвящия протеин на вътрешната стена на клетъчната мембрана. Когато GK-PID се съедини с тези протеини, транспортиращите протеини преместват хромозомите в правилна посока.

Предишни изследвания достигат до частична информация за това как тази важна молекула може да се е развила в предшествениците на животните. Всички животни – включително хората, носят генетична секвенция, приличаща на тази, която произвежда GK-PID. Този ген обаче кодира различна молекула с различна функция – ензим, който помага за изграждането на ДНК. Ензимът може да бъде открит дори в организми като гъбички и бактерии.

Д-р Торнтън и колегите му са се запитали, дали ензимът и неговият братовчед GK-PID споделят някаква част от еволюционната си история. Изследователите са проучили различни форми на GK-PID и изграждащия ДНК ензим в около 200 различни вида и са установили как гените за тези молекули би трябвало да са мутирали през хилядолетията.

Анализът е позволил на учените да достигнат до ДНК секвенцията за GK-PID в едноклетъчните предшественици на животните – това е ген, който не се среща от стотици милиони години. Д-р Торнтън и екипът му са направили нещо още по-удивително . Те са пресъздали тези древни молекули, за да разберат как са функционирали. Оказва се, че древната версия на GK-PID не е била карабинер, а по-скоро е функционирала като изграждащ ДНК ензим. Това предполага, че в предшествениците на животните генът за ензима случайно се е дублирал. По-късно мутации в копието на гена са го превърнали в карабинер.

Най-забележителното откритие е, че за трансформирането на молекулата е била необходима една единствена мутация. Д-р Торнтън отбелязва, че еволюцията може да бъде изненадващо проста. Една единствена мутация може да е достатъчна, за да накараа молекула да смени функцията си.

Превод и редакция: Екатерина Антонова, ФОКУС