ДНК-рекордсмены: как соотносятся между собой геном человека и червяка
У кого геном больше? Как известно, одни существа имеют более сложное строение, чем другие, а раз все записано в ДНК, то и это тоже должно быть отражено в ее коде. Получается, человек с его развитой речью обязан быть сложнее маленького круглого червяка. Однако если сравнить нас с червяком по количеству генов, получится примерно то же самое: 20 тысяч генов Caenorhabditis elegans против 20-25 тысяч Homo sapiens.
Еще более обидными для "венца земных созданий" и "царя природы" являются сравнения с рисом и кукурузой - 50 тысяч генов по отношению к человеческим 25.
Впрочем, может, мы не то считаем? Гены - это "коробочки", в которые упакованы нуклеотиды - "буквы" генома. Может, посчитать их? У человека 3,2 миллиарда пар нуклеотидов. А вот японский вороний глаз (Paris japonica) - красивое растение с белыми цветами - имеет в своем геноме 150 миллиардов пар оснований. Получается, что человек должен быть устроен в 50 раз проще какого-то цветка.
А двоякодышащая рыба протоптер (двоякодышащая - обладающая как жаберным, так и легочным дыханием), получается, в 40 раз сложнее, чем человек. Может, все рыбы почему-то сложнее, чем люди? Нет. Ядовитая рыба фугу, из которой японцы готовят деликатес, имеет геном в восемь раз меньше, чем у человека, и в 330 раз меньше, чем у двоякодышащей рыбы протоптер.
Остается посчитать хромосомы - но это еще сильнее запутывает картину. Как может человек по количеству хромосом быть равным ясеню, а шимпанзе - таракану?
С этими парадоксами эволюционные биологи и генетики столкнулись давным-давно. Они были вынуждены признать, что размер генома, в чем бы мы его ни пытались посчитать, поразительно не связан со сложностью устройства организмов. Этот парадокс назвали "загадкой значений С", где С - это количество ДНК в клетке (C-value paradoх, точный перевод - "парадокс величины генома"). И все-таки какие-то корреляции между видами и царствами существуют.
Ясно, например, что эукариоты (живые организмы, клетки которых содержат ядро) имеют в среднем геномы больше, чем прокариоты (живые организмы, клетки которых не содержат ядро). Позвоночные животные имеют в среднем геномы больше, чем беспозвоночные. Однако тут есть исключения, которые никто пока не смог объяснить.
Были предположения, что размер генома связан с продолжительностью жизненного цикла организма. Некоторые ученые утверждали на примере растений, что многолетние виды имеют более крупные геномы, чем однолетние, причем обычно с разницей в несколько раз. А самые маленькие геномы принадлежат растениям-эфемерам, которые проходят полный цикл от рождения до смерти в течение нескольких недель. Этот вопрос сейчас активно обсуждается в научных кругах. Н. И. Вавилова Российской академии наук, профессор Техасского агромеханического университета и Геттингенского университета Константин Крутовский: "Размер генома не связан с продолжительностью жизненного цикла организма! Например, есть виды внутри одного рода, которые имеют одинаковый размер генома, но могут различаться по продолжительности жизни в десятки, если не сотни раз. В целом есть связь размера генома с эволюционной продвинутостью и сложностью организации, но со множеством исключений. В основном размер генома связан с плоидностью (копийностью) генома (причем полиплоиды встречаются и у растений, и у животных) и количеством высокоповторяющейся ДНК (простые и сложные повторы, транспозоны и другие мобильные элементы)".
Есть также ученые, которые придерживаются другой точки зрения на этот вопрос. В. Ломоносова:
"Есть впечатление, что размер генома хотя и влияет на некоторые показатели организма, не решает ничего однозначно. Иначе "парадокс величины генома" и не был бы парадоксом. Рост и развитие организма связаны с делением клеток. Каждому делению клетки предшествует удвоение ДНК - копирование всех ее "букв" - нуклеотидов. Поэтому логика проста: чем больше у клетки ДНК (независимо от ее содержания), тем медленнее будет делиться такая клетка и происходить рост организма, состоящего из таких клеток.
Однозначно сказать, что растения с большим геномом будут многолетними, а с маленьким - однолетними, нельзя. Есть ощущение, что в ходе эволюции разные группы растений решили эту проблему по-разному. Кому-то оказалось проще, имея большой геном, пойти у него на поводу и медленно расти, достигая способности размножаться лишь через много лет. Однако другие растения с большим количеством ДНК, кажется, предпочли сформировать небольшой по размерам организм и поскорее перейти к размножению, чтобы уложиться в один сезон. Например, у огромного и разнообразного семейства Бобовых древесные виды имеют сравнительно небольшие геномы. Самое большое количество ДНК среди известных нам Бобовых имеют однолетние (например горох и бобы) и многолетние (типа мышиного горошка) травы. Кстати, медленно растущее многолетнее корневище (или клубень, луковица) и небольшая цветущая надземная часть, которая отмирает осенью, - пожалуй, наиболее экономное решение. Таковы растения с самыми крупными геномами - вороний глаз (парис) японский, рябчик и другие".
