Но, как мы видим, "случайно" они не образуются. Для этого необходимо изменить температуру, то есть фактор среды, который и вызовет процесс образования пуфов на отдельных участках генома, а они в свою очередь окажут влияние на синтетическую деятельность в клетках органа.

Усиленный синтез белковых структур в клетке изменит структуру органа. И, соответственно, его функциональную деятельность, так необходимую для организации ответной реакции на изменившийся фактор среды.

Параметры деятельности могут быть разные, и зависят они от действия фактора среды и возможности организма справиться с ним. Организм мобилизует все свои потенциальные возможности, и в результате могут возникать тысячи параллельных плотно закрученных двойных спиралей ДНК. Но, когда действие фактора среды ослабевает, пуфы могут исчезать. В этих условиях обычные структуры генома справляются с организацией метаболизма клетки, необходимой для обеспечения ответной реакции на раздражитель.

Функционирующий участок генома, измененный за счет образования пуфов, является участком высокоактивным в данных условиях, и по отношению к менее активным он будет доминировать над ними.

Образованные под его контролем структуры будут формировать фенотип организма. Организм в этой связи получит фенотипические изменения — модификации.

Появление структурных отклонений есть результат измененной функции под действием изменившихся факторов среды. Такая модификация является функционально-структурной, и ее возникновение связано с изменением структур генома в виде пуфов или, например, под влиянием введенного гормона в хромосомах эукариот образуются боковые петли.

Размеры этих измененных структур в хромосомах не подчиняются автономному контролю. Петли функционально активны. Они синтезируют РНК, которая очень быстро соединяется с новосинтезированным белком, образует при этом рибонуклеопротеидные комплексы и направляется в цитоплазму для синтеза нужного клетке белка. Обычные хромосомные структуры не могут обеспечить возросшие потребности клетки в белке, и только образующиеся хромосомные петли справляются с этой задачей, и ответная реакция на раздражитель обеспечена.

В особых условиях отдельные структуры генома, для обеспечения ответной реакции на раздражитель из среды, вынуждены многократно повторяться. Эти повторяющиеся последовательности подобны, но не идентичны и варьируют в широких пределах. В некоторых областях генома повторяющиеся последовательности возникают более часто, нежели в других.

Объяснять все эти изменения "случайностью" будет не научно и даже абсурдно. Их образование есть результат изменения функции под действием факторов среды. Но так как функция не может изменяться без изменения структуры, то наличие повторяющихся последовательностей есть функционально-структурные отклонения в геноме, которые мы уже называли модификациями. Они могут быть самые разные. Среди них могут быть и уникальные последовательности, встречающиеся в геноме в единственном числе.

В целом, около половины ДНК высших организмов состоит из нескольких тысяч особых участков, в состав которых входят различные организации повторяющихся последовательностей, от общих - до уникальных. Это наиболее функционально-активная часть генома организма. Она доминирует над остальной.

Углубленное исследование генома эукариот показывает его удивительную сложность. Наряду с уже рассмотренными структурами бывают и так называемые инвертированные последовательности, когда одиночная цепь ДНК изгибается и формирует шпилечную двухцепную структуру, так называемую складчатую ДНК.

Складчатая ДНК обеспечивает повышенный метаболизм клетки в определенных условиях ее существования и является наиболее активной по сравнению с остальной. У мыши, например, такой ДНК содержится 40000 инвертированных повторов на геном.

Из многочисленных экспериментов следует, что ДНК в геноме постоянно меняется путем реорганизации различных последовательностей, и все это направлено на функциональное соответствие организма со средой его обитания. Этот процесс настолько взаимосвязан и взаимообусловлен, что сложно предсказать, что над чем доминирует. И все же начинается процесс с постоянно меняющейся среды.

Организму, чтобы выжить в меняющихся условиях, необходимо менять функциональную деятельность своих органов. А это возможно только при изменении их структур, на основе измененного метаболизма клетки, под действием измененного генома.

Функциональная активность органа или организма в целом меняет геном в различных направлениях. Он может усложняться за счет образования пуфов или увеличения нужных в данных условиях последовательностей и т. д. Но он может и упрощаться за счет исчезновения всех этих образований.

Мы имеем дело с исключительно подвижными структурами, особенно у функционально активных организмов, какими являются высшие. Но это не значит, что структуры генома не стабильные. "Стабильность гена, как полагает Макс Дельбрюк, можно объяснить только тем, что среднее положение и электронное состояние каждого атома, входящего в состав "генной молекулы", фиксированы. Лишь когда какой-нибудь атом этого ансамбля получит энергию, превышающую энергию активации, могут происходить изменения положения атомов в генной молекуле".

На атомном уровне у нас еще очень мало знаний о геноме организмов. Но постепенно картина и здесь проясняется. Сегодня уже не вызывает сомнения то, что атомы, например, в молекуле белка находятся в постоянном движении. С помощью компьютерного моделирования подвижности атомов в молекулах белков было показано, что некоторые белки не могли бы проявлять свойственную им активность, если бы действительно обладали жесткой структурой.

Такие исследования еще только начинаются, а мы уже поражаемся многообразию вариантов генома на молекулярном уровне. Накопленные данные дают нам право говорить о дифференциации генома, о его активной и пассивной части. Есть и структуры, которые вообще не проявляют функциональной активности в процессе жизнедеятельности организма.

Из этого следует вывод, что наряду с экзонами — кодирующими последовательностями генома, в эукариотической клетке содержатся и так называемые интроны — участки, не кодирующие никакой информации. Их функциональная активность в данных условиях не требуется, но когда-то в эволюционном прошлом эти структуры были необходимы и, несмотря на свою функциональную пассивность, они не исчезли, они сохранились и несут информацию фенотипического прошлого организма, проявившуюся в отдельных случаях в виде атавизмов.

Уже ясно, что у человека подавляющая часть ДНК — около 95 процентов — представлена последовательностями, маловажными в кодировании биологических структур.

Большая доля генома — это, по-видимому, результат эволюционного "выветривания", ненужные обрывки "фраз", утративших значение сотни миллионов или даже миллиард лет назад. Остальная ДНК — примерно 5 процентов — содержит осмысленную информацию, определяющую всю структуру организма. Она кодирует аминокислотные последовательности десятков тысяч белков, играющие в организме структурную или функциональную роль.

В результате ген значительно длиннее, чем это необходимо для кодирования первичной структуры белка. У мыши, например, ген в длину 32 тыс. нуклеотидных пар, а кодирующих только 568. Остальная часть генома — интроны.

Такое явление характерно для многих видов высших организмов, у которых ДНК содержится больше, чем требуется для кодирования белка. У млекопитающих до 50 тыс. генов и только 1 процент генома является собственно генами. У мыши в большинстве тканей транскрибируется 2—3 процента ДНК, а в тканях мозга 10 процентов. Это ДНК функционально активных клеток.

Деление генома на экзоны и интроны — еще одно доказательство взаимозависимости структуры и функции. В этой связи существенная доля ДНК у большинства эукариот состоит из повторяющихся последовательностей, не пригодных в данных условиях для кодирования, а остальная ДНК содержит как повторяющиеся, так и уникальные последовательности, обеспечивающие функциональную приспособленность организма к данным условиям среды. Это проявляется еще и в том, что в содержании ДНК в тканях, не только в организмах одного вида, но и даже на уровне индивида, имеют место существенные колебания.

Все эти структурные изменения направлены на функциональные приспособления организма к тем условиям, в которых он оказался. И если его возможности, за счет изменения метаболизма клеток, окажутся достаточными для обеспечения функциональной ответной реакции на раздражители среды, то организм выживает, а если нет, то факторы среды окажутся запредельными, и организм погибает в неравной схватке.

И совсем не важно, с какими факторами среды он не справился; абиотического или биотического происхождения, имел он преимущества перед другими сородичами или нет. Если возможности структур соответствуют факторам среды, в которых организм находится, то он побеждает. А если хотя бы по одному фактору этого соответствия нет, то он гибнет. Но так как среда очень изменчива, то и все приспособления являются относительными.

Адаптация к такой среде обеспечивается за счет того, что геном способен изменять свои структуры. Динамика изменчивости зависит от силы и длительности действия фактора. Особенно пластичен геном в эмбриональный период и на первых этапах постэмбрионального развития.

Постоянные вариационные изменения генома в процессе эволюции усложнили организмы, как в их генотипе, так и фенотипе. Усложнение структур ведет к изменению функции, а она в свою очередь меняет окружающую среду. Круг взаимодействия замкнулся.

И, несмотря на то, что между количеством ДНК и положением вида на эволюционной лестнице не удалось выявить ясной связи, все же количество ДНК имеет тенденцию увеличиваться с повышением сложности организма. Например, количество ДНК млекопитающего в два раза больше костистых рыб и, вероятно, в тысячу раз больше, чем в клетке бактерии.

Функционально-структурное усложнение сопровождается накоплением структур наследственной передачи. И чем больше эволюционное расстояние между двумя видами, тем меньше гомологии в их геномах. Общими остаются лишь последовательности до того, как эволюционные пути видов разошлись.

В новых условиях возникают и другие функции, а под их влиянием образуются и новые последовательности генома, которые изменяют метаболизм клетки, а соответственно и структуры организма, обеспечивая, таким образом, его приспособление к новым условиям.

За два с лишним миллиарда лет эволюции живых организмов на Земле природа создала сложнейшие генетические "тексты". Самым сложным "текстом" является геном человека, содержащий около 3 млрд. пар нуклеотидов, образующих 50000—100000 различных генов.

Процесс совершенствования живого на Земле не остановился, он продолжается. Например, М. Голубовский в статье "Изобретательность генома" (журнал "Знание — сила", № 8 за 1985 г.) сообщил о том, что у льна при изменении пищевого режима произошло резкое изменение количества натрия, фосфора и калия.

При выращивании таких растений, вначале на водном дренаже в теплицах, а затем в поле, было обнаружено, что в потомстве наблюдаются массовые определенные изменения по таким признакам, как рост, вес семян, характер опущения. Эти фенотипические изменения наследуются, и в их генах наблюдаются солидные различия в количестве ДНК. У вариантных экземпляров его почти на одну шестую больше, чем у исходных форм. Подобные результаты были получены и на табаке.

В этом исследовании автор уловил то, что такие изменения явно выходят за рамки классической генетики, но что касается объяснений данного явления, то он говорит, что их пока нет.

Их нет с точки зрения дарвиновской теории, а вот функционально-структурные модификации находят в этом исследовании еще одно подтверждение и еще одно доказательство своего общебиологического проявления.

В случае если организму функциональной деятельности окажется не достаточно на данном уровне развития структур, то геном тут же способен к мобилизации всех своих возможностей, вплоть до взрывных перемещений целых блоков и нарушения линейного расположения генов друг за другом.

Как уже отмечалось, это явление было открыто Мак-Клинток. И имеет принципиальное значение, так как нарушение линейного расположения генов дало возможность совершенно под другим углом взглянуть на генетику как науку. Ее так называемое классическое толкование линейного расположения генов по всей длине хромосом сейчас не заслуживает научного внимания. Геном подвижен в зависимости от функциональной потребности в его деятельности.

В этой связи выражение "Хромосома может все, что она хочет" следует заменить на другое "Хромосома может все, что от нее требуется", вплоть до способности воспринимать ДНК от других клеток. Мобильность генома дает возможность умножить число копий нужного гена в десятки, сотни, тысячи и миллионы раз, а в отдельных случаях удвоить число хромосом и таким образом обеспечить ответную реакцию организма на изменившиеся условия среды.

Краткий анализ возможностей и "ухищрений" генома для обеспечения функционального соответствия организма и факторов среды уже вызывает удивление.

Но эти возможности еще далеко не раскрыть".   Это связано с тем, что наследственные структуры обладают большой сложностью и головокружительной емкостью. Если собрать воедино все молекулы ДНК, в которых записана генетическая информация зародышевых клеток всего ныне обитающего на планете человечества, то они уместятся в половине дождевой капли.

По этой причине к изучению эукариотической клетки наука еще только приступает. И каждое новое открытие раскрывает еще более удивительные ухищрения генома. Ну, например, хотя бы то, что в молекуле ДНК имеются участки способные поворачиваться на 180 градусов. Расположение оснований в этих фрагментах таково, что один из концов оказывается как бы зеркальным отражением другого. Поэтому участок беспрепятственно соединяется с остальной ДНК, в какую бы сторону он ни был повернут. При этом, поворачиваясь, он включает в работу то один, то другой из генов — соседей. Соответственно вырабатывается либо один, либо другой тип белка, необходимый организму в данных условиях среды.

Все это говорит о том, что изменения в хромосомах варьируют в широких пределах, что классического гена не существует. И те изменения, которые наблюдаются в геномах на современном уровне развития жизни, показывают, что эволюция не закончилась.

Она продолжается через изменения, которые заключаются в непосредственной реакции на изменения окружающей среды. Эти изменения дифференцируют геном на функционально-активные и пассивные структуры. Активная его часть перестраивается, усложняется и ее влияние на формирование организменных структур несомненно большее, чем пассивной части. Структуры активной части будут проявляться в фенотипе организма и вызывать в них изменения различных уровней. Эта часть генома будет доминировать над второй.

Пользуясь терминологией Г. Менделя, эту часть генома можно назвать доминантной, а вторую, соответственно, рецессивной.

Этой терминологией воспользовался и А. А. Ухтомский — создатель учения о доминанте. Он рассматривал доминанту как созвездие возбужденных нервных центров, которое берет на себя управление исполнительными органами и, таким образом, направляет активность организма во внешней среде.

Доминантный ген более активен. Он транскрибирует И-РНК, на которой впоследствии синтезируется белок. Этот ген подавляет деятельность рецессивного гена. Обычно одна из двух комплементарных цепей ДНК активна и приводит к образованию И-РНК. И только в отдельных случаях на генах могут быть активны обе цепи. Могут иметь место и такие случаи, когда при транскрипции одних генов служит одна цепь, а других — другая.

Это можно наблюдать во времени развития организма, когда идет процесс совершенствования его структур и функций. Различия в транскрипции отдельных генов наблюдаются в скорости ее происхождения. В результате влияние одних генов на фенотип организма большее, чем других.

В фенотипе проявляется признак, определяющийся активным, транскрибирующимся геном, то есть геном доминантным, который часто претерпевает существенные структурные изменения. Своей деятельностью он вызывает изменения в структурах организма.

Измененные структуры изменяют функцию, направленную на обеспечение ответной реакции на раздражитель из среды. По мере возрастания потребности в функциональной активности тканей, органов и всех систем организма совершенствуется геном этих структур. Этот двигатель, в основе которого лежит постоянное несоответствие между структурой и функцией, запускается факторами среды. В результате в организмах возникают изменения, являющиеся функционально-структурными модификациями.

Они не устойчивы. Между их подвижностью и подвижностью генома можно ставить знак равенства. В отдельных случаях они могут исчезать, если организм в определенных условиях жизни не нуждается в них, но могут и стабилизироваться и закрепляться на длительное время при относительной стабилизации факторов среды. А могут активно совершенствоваться, закрепляться в генетических структурах и устойчиво следовать в последующие поколения. С таких модификаций начинается эволюция.

Но только те модификации, которые окажутся переданными в последующие поколения, окажут влияние на дальнейший эволюционный процесс. В данном случае речь идет о модификациях в органах и тканях, состоящих из соматических, а не половых клеток. Поэтому согласиться с таким выводом можно только тогда, когда будет раскрыт и доказан механизм такого наследования.

Наследование приобретенных признаков — движущая сила эволюционного процесса в теории Ламарка, не признанная и отвергнутая дарвинистами, опять становится определяющей в доказательстве исключительного значения функционально-структурных модификаций в эволюционном процессе.

Назад . Содержание . Далее