Генетические паразиты помогли млекопитающим «изобрести» беременность

Молекулярные биологи выяснили, почему наши далекие предки внезапно перешли от откладывания яиц к вынашиванию плода внутри утробы — оказалось, что в этом могут быть виноваты транспозоны, своеобразные внутренние генетические паразиты, осуществившие масштабную «перестройку» генома, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Reports.

«Нам впервые удалось получить полноценный пример того, как в природе появляется что-то совершенно новое, как его носители выживают и воспроизводят себя. Мы обнаружили, что генетические изменения, которые привели к переходу к внутриутробному вынашиванию, были спровоцированы „одомашненными" транспозонами, которые вторглись в геном ранних млекопитающих. Надо полагать, что такой феномен, как беременность, обязан своим существованием тем вещам, которые, по сути, являются генетическими паразитами», — рассказывает Винсент Линч (Vincent Lynch) из Йельского университета (США).

Транспозонами ученые называют небольшие фрагменты молекулы ДНК, которые способны копировать сами себя и встраивать новые копии в разные участки генома. При этом они не кодируют никаких полезных для организма белков и их иногда называют «генетическими паразитами». Однако это не значит, что для организма транспозоны совершенно бесполезны: ученые считают, что они делают геном более изменчивым и помогают организму приспосабливаться к окружающей среде.

Яркий пример этого, тоже касающийся истории эволюции млекопитающих, был открыт Линчем и его коллегами еще в 2011 году — они выяснили, что первые млекопитающие «потеряли» сумку и перешли к полному внутриутробному развитию благодаря транспозонам.

В новой работе Линч и его коллеги окунулись еще в более глубокую генетическую историю и попытались найти те гены, которые превратили поздних звероящеров-цинодонтов в млекопитающих, заставив их отказаться от откладывания яиц и перейти к кормлению детенышей молоком.


Для этого ученые сравнили то, какие гены включаются в клетках матки у нескольких десятков видов плацентарных млекопитающих, в том числе и человека, с тем, какие участки ДНК активизировались в детородных органах у сумчатых млекопитающих (опоссумов), их яйцекладущих родичей (утконосов), ящериц, куриц и лягушек. Это сравнение помогло Линчу и его коллегам составить «древо эволюции» генов, связанных с ростом потомства, и понять, как и когда возникла беременность.

Оказалось, что генетическая эволюция млекопитающих шла не плавно, а большими рывками, в ходе которых сотни и даже тысячи генов приобретали новую функцию, переезжали на новое место или просто «отключались». Во время первого такого скачка, перехода от звероящера к примитивным древним млекопитающим, наши предки приобрели сразу 500 новых генов и потеряли около трех сотен старых. Следующий этап, появление сумчатых, сопровождался появлением более тысячи генов. На последнем этапе, во время зарождения плацентарных млекопитающих, мы приобрели 800 новых генов и потеряли около 200 старых.

Для всех этих новых и «перепрофилированных» генов была характерна одна общая черта — они были окружены или содержали в себе вставки из транспозонов, которые попали в геном наших предков, судя по числу мутаций, примерно в то же время, когда появились первые млекопитающие. По всей видимости, большая мобильность этих «генетических паразитов» и их способность к самокопированию помогла эволюции осуществить столь масштабные изменения практически в мгновение ока.

«Гены должны каким-то образом понимать то, где и когда они должны включиться и начат работать. Похоже, что транспозоны дали им возможность получить эту информацию и научили старые гены работать в новом для них уголке организма — матке — во время беременности», — заключает Линч.