Разобрались в маскировке глаз и системе распознавания
Главнейшие способности всего живого в вовсе не дружелюбном мире - умение правильно распознать своих и чужих и непроницаемо замаскироваться, чтобы не оказаться сожранным шайкой ворогов.
Они у всех живых созданий, даже и у примитивных и простейших, имеются, но устроены далеко не просто, а сложно.
Об этом повествуют в своих пересказах специализирующиеся на открытиях науки издания.
Деятели науки, к примеру, смогли изучить, как удивительным образом маскируют от хищников некоторые личинки морских и пресноводных ракообразных свои глаза.
Потому что именно глаза, эти выделяющиеся на в общем-то прозрачном, как вода, их теле темные точки, способны выдать их хищникам.
Но, как повествует в своем пересказе публикации исследований ученых в Science «Наука и жизнь», личинки ракообразных в ходе эволюции здорово научились маскировать свои глаза, сооружая перед ними особо рода защитные пленки, которые позволяют им добиваться не только слияния цвета их глаз с водой, но и через эти глаза не терять способности видеть.
Навести маскировку с защитной пленкой личинкам ракообразных помогают сгруппированные наносферы из молекул изоксантоптерина, и каждая такая сфера сложена из изоксантоптериновых пластин, и эти пластины соединены между собой таким образом, чтобы они отражали свет.
При этом те сферы имеют крошечные отверстия - чтобы глаза личинок все-таки имели способность видеть, и благодаря такому устройству до светочувствительных клеток личинок ракообразных свет доходит под определенным углом, а «остальные лучи, которые доходят до наносфер под другими углами, отражаются обратно из глаза наружу».
Диаметр маскировочных сфер у разных личинок ракообразных колеблется от 250 до 400 нм (то есть - это совсем крошечные устройства), но они делают цвет глаз личинок буквально идентичным той воде, в которой они живут.
Например, глаза личинки пресноводной Macrobrachium rosenbergii обычно желтовато-зеленоватого цвета, но под влиянием конкретных условий среды проживания личинки наносферы обладают способностью перегруппироваться и после нескольких часов пребывания личинки на ярком свету ее глаза становятся серебряно-желтыми и зелеными - после темени ночи.
Такую способность приобрели личинки ракообразных в ходе эволюции.
Ну, а «Элементы» в пересказе публикации в PNAS повествуют про исследования деятелей науки о функционировании и устройстве важнейшей системы в структуре живых созданий - распознавания «свой-чужой», которая сложна даже у эволюционно примитивных существ.
Функционирование системы «свой-чужой» позволяет организму узнавать и уничтожать вторгшиеся патогены, но при этом не трогать «собственные клетки и ткани».
Штатовские исследователи, согласно пересказу, изучили «генный локус гидрактинии Hydractinia symbiolongicarpus, на котором расположены два известных гена, участвующих в работе системы распознавания», и в целом-то расширили знания деятелей науки «об иммунитете низших животных и эволюции иммунной системы».
Потому что «оказалось, что в этом локусе находятся несколько десятков генов, которые кодируют иммуноглобулиноподобные белки и, вероятно, имеют сходные с этими двумя генами функции», и проведенные учеными исследования показывают «что» на самом-то деле «даже у примитивных многоклеточных иммунная система устроена чрезвычайно сложно».
В пересказе весьма квалифицированно излагаются конкретика и перипетии «аллораспознавания», дается анализ роли в данном процессе генов Alr1 и Alr2, а также представление о сложности процесса изучения системы «свой-чужой» даже и у гидрактинии.
«Вблизи гена Alr1 располагаются несколько Alr1-подобных последовательностей, а рядом с геном Alr2 были выявлены две копии Alr2, ставших псевдогенами — «поломанными» генами, утратившими исходную функциональность. Вполне возможно, что в локусе ARC есть еще немало копий генов Alr, но, чтобы их идентифицировать, нужно сначала отсеквенировать последовательность ARC гидрактинии. Авторы обсуждаемой работы так и поступили.
Локус ARC, как показало секвенирование, имеет длину не меньше 11,8 миллионов пар оснований. Поиск Alr-подобных генов, основанный на поиске последовательностей, похожих на гены Alr1 и Alr2, позволил идентифицировать 41 ген.
Точнее, в предсказание кроме генов как таковых попали предполагаемые гены и псевдогены. К числу генов, в предсказании которых не было сомнений, было отнесено 18 генов, включая давно известные Alr1 и Alr2, — меньше половины от потенциального числа, но все равно немало. Согласно предсказаниям, выполненным по последовательностям генов, новооткрытые гены Alr кодируют трансмембранные белки, в состав которых входит как минимум один иммуноглобулиновый домен, подобный тем, что были выявлены в Alr1 и Alr2.
К числу предполагаемых генов были отнесены гены, которые явно не входят в число псевдогенов, однако какие-то особенности не позволяли отнести их к «несомненным» генам, таковых нашлось 11.
Наконец, двенадцать Alr-подобных генов были отнесены к псевдогенам. Система определения своего и чужого у гидроидного полипа оказалась куда более сложной, чем было принято считать.
С одного и того же гена иногда можно продуцировать белковые продукты с разной аминокислотной последовательностью, чаще всего это достигается при помощи альтернативного сплайсинга.
Ранее были описаны некоторые варианты сплайсинга гена Alr1, а теперь ученым удалось охарактеризовать сплайсинговые изоформы и других генов Alr.
Примечательно, что в некоторых случаях альтернативный сплайсинг вызывал изменение доменной архитектуры белкового продукта, общей для всех белков Alr!
Например, у ряда сплайсинговых изоформ гена Alr6 и некоторых других генов Alr отсутствует трансмембранная спираль, которая удерживает белок в мембране, поэтому есть вероятность, что этот белок является секретируемым.
В ряде случаев из-за альтернативного сплайсинга сильно меняются последовательности цитоплазматического и внеклеточного участков белка.
Делать глубокие выводы из этих результатов, вероятно, пока рано, однако наличие сплайсинговых изоформ белков Alr с измененной доменной архитектурой идет в согласии со следующим результатом, который удалось получить, анализируя последовательности генов Alr.
Когда ученые анализируют последовательности предположительно родственных генов и белков, они почти всегда строят множественное выравнивание, смысл которого — совмещение совпадающих или схожих участков последовательностей с целью оценки их сходства. В последовательностях белков Alr прослеживается одна и та же консервативная доменная архитектура, поэтому ученые предположили, что все их разнообразие является результатом дупликации генов. Иными словами, предковый ген Alr в ходе эволюции удвоился, затем продукты этого удвоения подверглись дальнейшим дупликациям, и всякий раз общая архитектура белкового продукта на уровне кодирующей его последовательности гена сохранялась. Однако когда ученые попытались построить множественное выравнивание белков Alr, их ждало разочарование: выравнивание построить не удалось по причине слишком многочисленных различий между последовательностями. Вероятно, после ответвления от последовательности-предка гены Alr накопили так много мутаций, что алгоритм построения множественного выравнивания не смог уловить их сходство. По этой причине исследователям ничего не оставалось, как сравнивать последовательности белков Alr по двое, путем построения парных выравниваний.
Оказалось, что средняя идентичность двух белков Alr составляет примерно от 15% до 33%, и лишь в двух попарных выравниваниях идентичность двух аминокислотных последовательностей Alr превысила порог 50% — не самый впечатляющий показатель для родственных белков.
Остается лишь заключить, что эволюция белков семейства Alr сопровождалась активным изменением их последовательностей,- разъясняют открывшуюся ученым сложную картину «Элементы».
Однако деятели науки пока не смогли дать ответ на, безусловно, главный вопрос про то, «родственна ли система различения своего и чужого у низших беспозвоночных» и у человека.
В этой связи «Элементы» уповают на результаты будущих исследований иммунной системы у других беспозвоночных.
Эволюция научного поиска ученых по системе распознавания «свой-чужой» в данный момент вышла пока в эту точку.