ЯК ВИНИК ЗІР? ПРОБЛЕМА ОПСИНУ.

Як виник зір у тварин? Джерело ілюстрації: http://www.futurity.org

Андрій М. ЗАМОРОКА

Майже усі тварини мають одну чудову здатність – бачити довколишній світ. Сприйняття цього світу відбувається через орґан, який породив цілу низку гарячих дискусій і не менш палких дебатів між непримиренними опозиціонерами – креаціоністами та еволюціоністами. Суть тих дискусій зрозуміла і не потребує свого роз’яснення, а той орґан – око… Станіславівський натураліст уже розповідав про виникнення і різноманіття очей у тваринному світі, тому сьогодні пропоную торкнутись проблеми виникнення і еволюції світлочутливого пігменту опсину.

Усі пігменти, з відомих науці, що відповідають за зір у Невралій (Neuralia) – тварин з нервовою системою, складені із білків описинів. Це трансмембранні рецептори зв’язані із G-білками. Тобто, опсини містяться у клітинній мембрані і здатні сприймати зовнішній сиґнал – світло, перетворюючи його у біохімічні реакції, що формують відповідь клітини. Це є ключові білки, що відповідають за зір на молекулярному рівні. Відповідно, опсини присутні в усіх тварин, що мають очі, і не лише, – від медуз до ссавців, що є додатковим підтвердженням спільності їх походження та еволюції.

Структура опсину (праворуч) і його розташування у мембрані клітини (ліворуч). Джерело ілюстрації: http://nai.arc.nasa.gov

Науковці розподіляють опсини усіх Білатерій (Bilateria Hatschek, 1888) – двобічносиметричних тварин, на три великі підродини: рабдомерні (R), війкові (С) та зв’язані плюс ретинохроми ретинальних G-рецепторів (Go/RGR). Іноді, також виокремлюють ще й четверту підродину – кнідопсини, які притаманні для радіально симетричних тварин, як то кишковопорожнинні (гідри, актинії, корали, медузи тощо) та реброплави. Одначе, кнідопсини є дуже схожими до війкових опсинів, то ж їх, здебільшого, об’єднують разом. Здавалось би, опсини присутні в усіх групах справжніх багатоклітинних тварин, то ж проблем з реконструкцією їх еволюції не повинно бути… Проте, усі спроби розробити струнку еволюційну модель зазнавали краху, оскільки результати одного дослідження, дуже часто, суперечили іншому, а іноді й самі собі, що створювало атмосферу штучності у цьому питанні. Основними причинами цього були недостатня і часто непропорційна кількість сиквенованих ґеномів у різних групах тварин, що уже саме собою вносило похибку у дослідження…

Філоґенетичне дерево опсинів Невралій. Джерело ілюстрації: Feuda et cet., 2012

Найновіші дослідження показали, що усі опсини Невралій цілком укладаються у класифікацію раніше розроблену для Білатерій. Таким чином, усі підродини опсинів Невралій мають спільне походження і є монофілетичною групою. Дуже цікавим виявився той факт, що усі вони мають велику схожість із опсиноподібними білками, що наявні у найпримітивніших багатоклітинних тварин – Плакозоїв (Placozoa Grell, 1971). Ба більше, вони ортологічні один іншому, а це означає, що їх виникнення пов’язане із видоутворенням – поступовою еволюцією, а не із дуплікацією ґенів. Далі виявилось, що і опсини Невралій і опсиноподібні білки Плакозоїв разом, споріднені із мелатоніновим рецептором, причому останній наявний і у Плакозоїв, і у Кишковопорожнинних. Загалом, виглядає так, що до родини опсинів входять також і опсиноподібні білки, навіть попри те, що у останніх відсутній ретинальний домен і вони нездатні вловлювати світло. У той же час, у Губок (Porifera Grant in Todd, 1836) немає ні опсинів, а ні мелатонінів, а світлочутливу функцію у них виконує невідомий криптохром.

Ото ж виникнення опсинів відбулось внаслідок дуплікації ґенів, що кодують їх сестринський білок мелатонін. Ці первісні опсини були схожими до опсиноподібних білків Плакозоїв, або як їх ще називають – плакопсинів. В результаті процесів видоутворення і спеціалізації вищих таксонів, плакопсини збереглись лише у Плакозоїв, а у предків справжніх багатоклітинних відбулись дві почергові дуплікації ґенів з утворенням спершу R-опсинів, а відтак С- та Go/RGR-опсинів. У часовому вимірі, Плакозої виникли приблизно 755-711 мільйоноліть тому, а з’ява перших Невралій датується 711-700 мільйоноліттями, то ж виникнення опсинів та їх світлочутливої функції зайняла приблизно 11 мільйонів років.

В усій цій моделі існує ще ціла низка нюансів, які потребують свого підтвердження або доведення, наприклад, наявність R-опсинів у Кишковопорожнинних, одначе, вона здатна пояснити і вирішити більшість зі складних питань в еволюції та виникненні світлочутливих рецепторів, а відтак зору і очей взагалі.

Інші статті за цією темою:

admin Written by:

Be First to Comment

Напишіть відгук

Ваша пошт@ не публікуватиметься. Обов’язкові поля позначені *

7 + 2 =