Слизь так важна для жизни, что разные виды самостоятельно получали ее в ходе эволюции снова и снова
В мире животных слизь встречается удивительно часто. Земноводные, улитки и слизни являются одними из самых известных «мастеров» использования слизи, но даже самый одинокий микроорганизм может время от времени выделять вязкую субстанцию. У нашего собственного вида слизь вырабатывается во рту, носу, горле, легких, кишечнике, шейке матки и мочевыводящих путях, и все это для самых разных целей.
И все же происхождение слизи в эволюционном древе остается загадкой.
История слизи
Несмотря на большое сходство между слизями, многие формы развивались параллельно, а не классическим «ветвящимся», древовидным образом. Небольшое исследование показало, что среди желез и между млекопитающими многие гены слизи на самом деле не имеют общего предка. Это необычно, потому что большинство генов со сходными функциями происходят от общего предкового гена, который передается из поколения в поколение, поскольку он дает преимущества для выживания.
Даже у нашего вида гены, кодирующие белки слизи, принадлежат к нескольким семействам. Один секретирует гелеобразующие белки слизи, а другой продуцирует белки слизи, связанные с клеточной мембраной. Есть также «сиротские» гены, кодирующие выработку слизи, которые не подходят ни к чему другому. Каждая из этих отдельных линий, вероятно, развивалась независимо, и исследователи теперь думают, что выяснили, откуда они произошли.
Сравнивая гены, кодирующие слизь, известные как гены муцина, у 49 видов млекопитающих, команда ученых обнаружила, что немуциновые белки могут превращаться в слизистые муциновые белки, когда снова добавляются короткие повторяющиеся цепочки аминокислот (белковые строительные блоки). Среди всех исследованных генов муцина такие случайные повторы были замечены в 15 случаях.
Другими словами, некоторые гены млекопитающих, которые кодируют немуциновые белки, со временем становятся слизистыми. По словам авторов настоящего исследования, те белки, которые богаты пролином органической кислоты, скорее всего, станут липкими с поколениями. «Белок, который не является муцином, становится муцином, просто получая повторы. Это важный способ, которым эволюция создает слизь. Это эволюционный трюк, и теперь мы можем наблюдать, как это происходит снова и снова», — пишут авторы новой статьи.
Новый механизм эволюции?
Авторы случайно наткнулись на свое открытие при изучении слюны человека. Во время экспериментов они заметили, что один конкретный ген муцина у людей имел сходство с другим, обнаруженным у мышей. Однако, когда они попытались найти общего предка, им это не удалось. Ген муцина у мышей, по-видимому, развился независимо, хотя часть гена имеет общую структуру, наблюдаемую в генах, ответственных за человеческие слезы, которые не считаются слизью.
«Мы думаем, что каким-то образом этот слезный ген оказывается перепрофилированным. Он получает повторы, которые придают ему функцию муцина, и теперь он в изобилии экспрессируется в слюне мышей и крыс», — объясняют авторы.
Если эта догадка верна, то результаты исследования предлагают ученым новый генетический эволюционный механизм — формирование новой функции гена без обычного процесса дупликации гена.
Этот параллельный ряд мутаций в неродственных генах, приводящих к одной и той же функции, является примером конвергентной эволюции (где селективное давление формирует одну и ту же функцию из неродственных биологических источников, таких как крылья летучей мыши и птицы), происходящей на генетическом уровне.