Один из самых грандиозных проектов последнего столетия заключался в определении Генома человека, который завершился середине 2000 годов. К удивлению ученых оказалось, что кодирующие различные белки нуклеотиды занимали всего 2% генома. Остальную часть назвали «Мусорная ДНК». Для того, чтобы понять для чего нужна «Мусорка» был начат проект ENCODE. К 2012 году были получены его результаты, согласно которым 80% генома человека биологически активны
Известный новозеландский молекулярный биолог Дэвид Пенни (Центр молекулярной экологии и эволюции Аллена Уилсона при Университете Месси в Новой Зеландии) однажды сказал:«Я бы весьма гордился работой в группе, которая разработала геном кишечной палочки. Однако я бы никогда не признался, что участвовал в проектировании генома человека. Ни в одном университете этот проект не смогли бы настолько испортить».
Долгое время «мусорная ДНК» считалась архивом, в котором эволюция хранит свои ошибки. Как считаютнекоторые ученые, работающих над проектом генома человека, «мусорная ДНК» – это архив, но не архив эволюции, а некоторые "космические программисты".
Так, профессор Сэм Чангсчитает:Наша гипотеза состоит в том, что некая высшая внеземная форма жизни была вовлечена в создание видового разнообразия с целью засева всеми полученными особями той или иной планеты. Земля – это только одна из планет, а люди – это только один из разработанных космической лабораторией видов. Возможно, что наши создатели выращивают нас так же, как мы выращиваем бактерии в чашках Петри, возможно у них для этого есть своя, непонятная нам причина. Мы не можем знать их мотивы – будь то научный эксперимент или способ подготовка новых планет для колонизации
Причиной для таких выводов было изучение ДНК человека с использованием новейших программных средств, которые помогли развеять многие из ранее существовавших подозрений в отношении «мусорной ДНК».
Компьютерные модели показали, что «эволюция» не могла допустить столько ошибок в генетическом коде. Ошибки в генах встречаются, это факт, но частота их появления известна. И эта частота не подходит для четырех миллиардов лет. «Эволюция» просто не успела создать и «упаковать» все виды мутаций и случайных генетических ошибок.
Другая версия кажется гораздо более логичной, для которой профессор Сэм Чанг приводит современные популярные программы в качестве примера. До 90% кода в этих программах избыточны. Впервые эти программы были созданы десятилетия назад и в них использовались не самые современные языки программирования, что заставляет логические устройства, использующие эти программы, выполнять лишнее количество циклов. И вместо того, чтобы бесконечно тестировать и отлаживать свой продукт программисты начали гонку с конкурентами, постоянно добавляя в продукт фрагменты не лучшего кода, многократно умножая ошибки и избыточные циклы.
Предполагается, что то же самое произошло с ДНК человека и с ДНК всех других видов, которые живут на Земле. По словам Сэма Чанга, где-то во вселенной существует своего рода «единый шаблон программирования», который обычно кодирует белки для всех возможных форм жизни. И когда «межзвездные программисты» находят ту или иную подходящую планету для жизни, чтобы сэкономить время, они не разрабатывают генокоды для флоры и фауны с нуля, а берут шаблон, редактируют и повторяют что-то там быстро.
Профессор Сэм Чанг говорит:
«Если мы будет описывать происходящее в меру своего понимания и с человеческой точки зрения, очевидно «внеземные программисты», скорее всего, работали над «одним общим большим кодом», который был выделен на разные проекты, причем каждый проект подразумевал создание форм жизни для какой-то отдельной планеты. И там, в рамках каждой ситуации принимались те или иные генетические решения. «Внеземные программисты» создали и протестировали какой-то код, в результате чего им не понравилась та или иная функция. Был добавлен исправляющий код, функцию изменили, снова протестировали – и снова улучшили. В результате вся наша ДНК представляет собой некий огромный, имеющий внеземное происхождение темплейт (шаблон, матрицу), который покрыт тысячами всевозможных патчей, гиперссылок и закладок. И даже удивительно, как вся эта невразумительная кодовая конструкция до сих пор не рассыпалась и хоть как-то работает».
В конце своего исследования профессор Чанг пишет:
«Таким образом, первый обнаруженный нами факт заключается в том, что полная «матричная программа» была написана определенно не на Земле: как показывает компьютерное моделирование “мусорная ДНК” кодирует вполне работоспособные белки, которые могут отлично работать при условии жизни клетки в совершенно другой, отличной от нашей среде. Теперь это проверенный и доказанный факт. Второй факт заключается в том, что существующий генов недостаточно для того, чтобы объяснить “эволюцию”. В «игре» должно было быть что-то еще и скорее всего “эволюция” – это совершенно не то, что мы думаем».
Несмотря на оригинальность гипотезы о «космических программистах», эволюционный подход имеет не меньшее право на жизнь. Об этом свидетельствует следующее доказательство. 28 сентября 1969 года возле деревушки Мерчисон в австралийском штате Виктория упал метеорит. С площади в 13 тыс. кв. км было собрано почти 110 кг «небесных камней», фрагментов массой от 680 г до 7 кг. Датировка показала, что его возраст больше, чем возраст Земли на 80 млн. лет (впрочем, определение возраста с точностью менее 1% от срока существования метеорита вызывает некоторые сомнения).
Удивительно, но в метеорите ученые обнаружили кроме традиционных для Земли аминокислот, также такие, которые не входят в состав земных белков: псевдолейцин, изовалин, а также диаминокислоты. Анализ изотопного состава углерода в метеорите показал, что он далек от характерного для Земли.
Нужно отметить, что все аминокислоты могут существовать в «правой» и «левой» форме и химическое взаимодействие одних с другими имеет совершенно различные характеристики. Даже свет преломляется в среде этих аминокислот в разную сторону. Все живые организмы на Земле вырабатывают аминокислоты, которые вращают плоскость поляризации света влево, поэтому их называют левыми (L). Аминокислоты, возникающие в природных процессах имеют и левые и правые (D) формы и разделить их крайне сложно.
В Мерчесонском метеорите были правые и левые аминокислоты, однако левых было в 2–3 раза больше. Если бы в начале возникновения жизни на Землю упал такой метеорит, то доминировать стали бы левые формы, и возникшая жизнь производила бы (как и случилось) аминокислоты типа L.
Косвенное подтверждение гипотеза панспермии получила со стороны генетики. В 2013 году Алексей Шаров и Ричард Гордон (RichardGordon) попробовали применить к геному живых организмов известный нам из электроники закон Мура.
Еще в конце 1960-х Гордон Мур заметил, что мощность компьютеров растет как снежный ком: каждые два года число транзисторов на кристалле микросхемы увеличивается вдвое. И если два года назад их было, допустим, 100, то сегодня уже 200, через два года станет 400 и так далее. Если бы мы даже не знали, когда это развитие стартовало, то, узнав число транзисторов на современной микросхеме и вспомнив закон Мура, можно легко подсчитать: число транзисторов на кристалле было нулевым в начале 1960-х – с того времени и началась современная электроника.
Таким же образом растет и сложность живых организмов, от бактерий к грибам, от рыб к млекопитающим. Вместе со сложностью организма, теоретически, должен расти и размер его генома – по крайней мере, его кодирующей части, несущей информацию для синтеза белков. И действительно, расчеты Гордона и Шарова показали, что длина этой полезной ДНК также растет экспоненциально. Правда, намного медленней, чем число транзисторов: удвоение здесь занимает около 376 млн лет.
Но когда затем ученые взяли геном «вершины эволюции» – млекопитающих – и стали двигаться в прошлое, сокращая его в два раза каждые 376 млн лет, то они пришли к нулю… только через 9,7 (±2,5) млрд лет! Именно тогда должно было начаться усложнение ДНК и совершенствование организмов. Эта цифра плохо укладывается в голове: наша жизнь получается в два раза древнее и нашей планеты, и самого Солнца. Шаров и Гордон полагают, что полученные ими цифры прямо указывают на внеземное происхождение жизни.
Таким образом, мусорная ДНК могла появиться не в результате действий «космических программистов,а в результате эволюции жизни до попадания на Землю в виде панспермии.
Вместе с тем, есть и ряд других гипотез о функциях «Как бы мусорной ДНК». Так, автор одной из работ [DanGror] оценил предельный размер значимой части генома на основе эволюционного подхода. Грор исходил из последствий распространения вредных мутаций: они накапливаются в каждом следующем поколении, в том числе в гаметах (половых клетках). Распределение таких изменений хаотично, однако в случае функционального участка это приведет к наследованию и наличию мутации в геноме потомков. В рамках исследования генетик вычислил количество потомков, которое должна производить одна пара, чтобы размер популяции сохранялся и соответствовал реальному. При этом построенная модель также учитывала смертность детей по причинам, связанным с генетическими заболеваниями.
В среднем человек в течение жизни приобретает 10-8–2,5×10-8 мутаций на каждый нуклеотид, иными словами, потомкам передаются десятки таких изменений. По разным оценкам, вредными из них являются от четырех до 76 процентов, а поддержание популяции предполагает рождение у пары двух детей. Согласно расчетам ученого, при условии полностью функционального генома даже при минимальном количестве мутаций все должны были бы производить 24 потомка, выживали бы из которых только двое. В соответствии с 80-процентным показателем значимых участков женщинам требовалось бы рожать по 15 детей. На практике значение составляет 3,6 ребенка, значит, рабочая часть ограничена 25 процентами.
По мнению Грора, реальный показатель, вероятно, меньше: 10–15 процентов. Вместе с тем распространенность вредных мутаций, по-видимому, также не столь велика, как предполагается. В противном случае функциональные последовательности должны встречаться еще реже.По мнениюDanGraurпо большей мере лишь четверть генома человека является функциональной.
Еще одно мнение, что «Мусорная часть ДНК» – ценное эволюционное приобретение. Что это значит? Или наш геном в отличие от геномов более примитивных организмов ленится выгребать накапливающийся «мусор», или это совсем не мусор, а некое ценное эволюционное приобретение, которое дало когда-то человеку определенные преимущества, и поэтому геном от такого «мусора» не спешит избавиться. В науке есть разные предположения на этот счёт. Например, что эти нуклеотидные последовательности ДНК являются резервуаром эволюции, складом «запчастей». Если с каким-либо геном что-то не в порядке, клетка использует фрагменты некодирующейДНК для «ремонта» поврежденного.
Одной из основных частей в геноме человека, занимающей около 50% всего текста ДНК, являются повторные элементы, которые не кодируют никакие белки, но при этом многократно встречаются. Они напоминают бессмысленные фразы, повторяющиеся в разных вариантах в тексте, но от этого смысл в них всё равно не возникает.
Заключение
В заключение можно отметить, что ДНК это незастывшая, а динамическая структура, чем-то напоминающая атом. Каждый участок так называемой «избыточной» части, как и всей ДНК, выполняет свою функцию, но, в случае необходимости, может решать такие задачи, которые в сферу его деятельности как бы не входит: одни обеспечивают процесс её репликации, другие – упаковку в хромосомы, третьи – прикрепление к определенным структурам в ядре, четвёртые – регулируют процесс активности генов и т. д. То есть список, скорее всего, может быть достаточно длинным, как книга с огромным количеством страниц, где каждое, слово, предложение имеет многозначный смысл, при чтении которых каждый расшифровывает то, что способен воспринять и понять.
На сегодняшний день уже признает то, что мусорная часть генома, на самом деле не является таковым, но основательно, пока что, доказать и объяснит не может. По мнению учёного Уэйта Гиббса, "генетический мусор" во многом напоминает космическую "темную материю": подавляющее большинство ученых сходится в том, что и тот, и другая, безусловно, должны играть очень важную роль в природе, будь то ее макро- или микрокосмическая (молекулярная) ипостась. Но в чем именно заключается их роль – пока никому не ясно.
Источники:
- Панчин А.Сколько мусора в нашей ДНК? Журнал «Популярная механика», №1, 2016.
- ДНК всех земных видов имеет внеземное происхождение. Миресен. – 2020. https://druzzya.mirtesen.ru/blog/43630970171/DNK-vseh-zemnyih-vidov-imeet-vnezemnoe-proishozhdenie
- Мы внеземного происхождения. NakedScience/ – 2017. URL: https://naked-science.ru/article/nakedscience/my-vnezemnogo-proishozhdeniya
- Мусорная» ДНК играет важнейшую роль в поддержании целостности генома.Портал «Научная Россия» URL: https://scientificrussia.ru/articles/musornaya-dnk-igraet-vazhnejshuyu-rol-v-podderzhanii-tselostnosti-genoma
- Dan GrorAn Upper Limit on the Functional Fraction of the Human Genome. – Genome Biology and Evolution, Oxford Academic. Volume 11, Issue 11, November 2019, Page 3158, https://doi.org/10.1093/gbe/evz231 URL: https://academic.oup.com/gbe/article/9/7/1880/3952726
- Айгиллгирллийя. МусорнаячастьДНК – ценноеэволюционноеприобретение. АЙФААР. – 2015. URL: https://ayfaar.ru/articles/musornaya_chast_dnk__cennoe_evolyucionnoe_priobretenie
Опубликовано в рубрике 
Метки: 
