Ученые выяснили, как у людей развивалось зрение

Эволюция человеческого глаза долгое время считалась одной из наиболее сложных загадок биологии, вызывая споры о последовательности шагов, необходимых для превращения элементарной чувствительности к свету в сложную фотографическую систему. Новое исследование предполагает, что некоторые компоненты зрения позвоночных могли формироваться не постепенно, поскольку их гены передавались по семейным линиям, а были «украдены» из совершенно разных ветвей жизни.

«По крайней мере одна инновация, которая привела к нынешней структуре глаз позвоночных, возникла не в результате поэтапной «переделки» генов, существующих у других животных, а в результате введения новой ДНК из бактерий путем горизонтального переноса генов», — объясняет молекулярный биолог Мэтт Догерти из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Горизонтальный перенос генов описывает процесс перемещения генетического материала между различными типами организмов, например, с помощью вирусов, меняющих гены, или бактерий-воров.

Одной из ключевых особенностей, которая отличает наши глаза, похожие на камеры, с точным фокусом, от глаз беспозвоночных, является отделение светочувствительных тканей от клеток, ответственных за переработку их светочувствительных молекул.

«Стоит отметить, что у беспозвоночных также есть удивительные глаза, поэтому, очевидно, они разработали различные решения для остроты зрения. Мы просто полагаемся на IRBP, а они нет, а это означает, что приобретение этого бактериального гена поставило нас на эволюционный путь, который делает наш глаз тем, чем он является», - говорит Мэтт Догерти.

Это основано на механизмах фактического перемещения молекул, называемых ретиноидами, между различными клетками. Высококонсервативный белок, связывающий ретиноид, интерфоторецептор (IRBP), осуществляет транспортировку, и, согласно этому новому исследованию, он возник из бактериального гена, который внезапно появился в глазах позвоночных более 500 миллионов лет назад.

IRBP отсутствует не только у беспозвоночных, но и ни в одной другой сложной клетке, от деревьев до амеб и дрожжей. Единственная запись, которая у нас есть, о последовательности гена, подобной той, которая кодирует IRBP, принадлежит бактериям.

Проанализировав более 900 геномов, аспирант кафедры молекулярной биологии Массачусетского технологического института Чинмай Каллурайя и его коллеги смогли точно определить появление гена в линиях позвоночных. Это совпало с появлением глаз, подобных позвоночным, более 500 миллионов лет назад.

Похоже, что предок всех животных с позвоночником украл исходный ген у бактерий и за многие поколения естественного отбора продублировал его код и сформировал его функцию транспорта ретиноидов.

Хотя он играет лишь небольшую роль в зрении позвоночных, тот факт, что новые компоненты могут скользить между совершенно разными частями биосферы, открывает новые возможности для объяснения многих сложных биологических процессов. Еще одним примером этого является белок синцитин, необходимый для образования плаценты у млекопитающих. Ген этого белка возник в ретровируса .

«В отличие от эволюции существующих генов или так называемой переделки, приобретение чужеродного генетического материала может прервать эукариотическую эволюцию, обеспечивая немедленную функциональную новизну», — объясняет команда в своей статье, которая была опубликована в PNAS.

Исследователи подозревают, что по мере секвенирования большего количества геномов мы найдем еще больше примеров горизонтального переноса генов в нашей эволюционной истории.

«ДНК микробов (включая вирусы) странным и удивительным образом повлияла на эволюцию животных», — говорит Догерти.