Если ты не знаешь, что такое гены и какую роль они играют в эволюционном процессе, то доктор биологических наук, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Михаил Гельфанд расскажет, какие бывают мутации и для чего они нужны, что такое консервативный ген, зачем человеку нужна мусорная ДНК и почему самый жесткий эволюционный отбор происходит на уровне бактерий. Готов узнать все самое интересное? Ставь таймер!
Расшифровка видео
«900 секунд». Генетические механизмы
0:00
факты явление технологии события все это
0:04
можно объяснить за 900 секунд не верите
0:07
Сейчас мы попробуем вам это доказать
0:13
[музыка]
0:16
Михаил гильфат доктор биологических наук
0:20
член европейской академии
0:23
заведующий учебно-на научным центром
0:25
биоинформатика
0:26
[музыка]
0:29
генетика произвела переворот в учении об
0:32
эволюции Генетика на самом деле тоже
0:34
была такая наука про непонятные сущность
0:37
потому что является собственно носителем
0:39
наследственности люди не знали
0:42
конца сороковых годов когда стал ясно
0:45
что ДНК там были самые разные варианты
0:48
но описывать Как себя ведут эти сущности
1:20
Какова роль мутации в молекулярной
1:22
эволюции
1:24
они создают исходный материал для того
1:27
чтобы действовать естественный отбор
1:31
в классическом дарвинизме
Какова роль мутации в молекулярной эволюции?
1:34
там есть было сказано две основы Первое
1:39
это наследование с изменениями
1:42
это есть то что мы сейчас называем
1:44
мутациями Ну естественно отбор который
1:47
сортирует эти изменения на хорошие
1:49
плохие но еще нейтральные
1:52
про что удары тоже было написано и
1:55
мутации бывают самые разные
1:58
бывают точечные мутации которые изменили
2:00
там одну аминокислоту в белке и свойства
2:03
белка поменялись могут быть мутации в
2:07
регуляторной области Гена и они повлияли
2:09
на то как этот Ген работает При том что
2:13
белок остался тем же самым
2:16
могут быть мутации связанные с целыми
2:19
геномными перестройками по большому
2:21
счету тоже мутация когда фрагменты
2:23
перестроились в другом порядке опять
2:25
влияет на работу генов Откуда берутся
2:29
мутации в процессе эволюции там есть
2:32
более точно нам есть два механизма
2:33
первый это ошибки при копировании это
2:37
простая вещь
2:38
Чуть более тонкая вещь которую люди хуже
2:40
обычно понимают потому что школе про это
2:43
не рассказывали ни про что не
2:45
рассказывают это ошибки при попытке
2:48
починить потому что ДНК все время
2:52
подвергается воздействию каких-то
2:54
внешних факторов это могут быть какие-то
2:56
химические мутагены это может быть
2:58
Ультрафиолет
2:59
и она просто портится там не то что там
3:02
одна буква меняется на другую а там
3:04
просто химически боку меняется на
3:06
бессмыслицу Вы можете в тексте сделать
3:08
опечатку
3:10
это обычная ошибка при воспроизведении А
3:14
можно поставить кляксу
3:16
и вот эту кляксу при попытке исправить
3:19
эти химические модификации которые
3:22
должны были быть
3:34
стерли лишние перекладинку
3:37
и превратилась
3:44
как они связаны с механизмом
3:46
естественного отбора и что дают для
3:48
наших представлений об эволюции
3:51
на самом деле очень большая часть
3:53
изменений вообще ни на что не влияет
3:55
вот в классическом дарвинизме было
3:58
считалось что всякое изменение может
4:00
быть хорошим или плохим даром сквозь
4:02
писал о том что могут быть нейтральные
4:04
изменения на самом деле он про это же
4:06
понимал он очень много чего понимал Но
4:08
вот классическим генетикам это как-то
4:10
было не интересно они даже не могли это
4:12
изучать Потому что если это замена ни на
4:14
что не влияет то класть медными
4:15
классической генетики у него просто не
4:17
видите А дальше оказалось что есть очень
4:19
много изменений которые ни на что не
4:20
влияют
4:21
это кстати дает возможность строить
4:23
эволюционные деревья по сравнивая
4:25
последовательности Потому что если у вас
4:27
есть что-то что находится подбором то
4:30
там замены не накапливаются случайно
4:33
а построение филогенетических деревьев
4:36
основано на том что изменения
4:39
накапливаются более-менее равномерно по
4:41
времени и тогда по количеству различий
4:43
между разными живыми существами можно
4:45
следить о степени их родства Ну и дальше
4:48
стали возникать какие-то более тонкие
4:49
эволюционные теории Да силу отбора
4:52
научились сравнивать с размером
4:54
популяции поскольку мы соревнуемся с
4:57
теми кто на нас похож то чем больше тех
4:59
кто на нас похож тем более жесткий отбор
5:01
на нас действует поэтому самый жесткий
5:04
отбор происходит на уровне бактерий
5:08
на самом деле потому что любое любая
5:11
эффективность бактерии она тут же
5:13
проигрывает там появились какие-то
5:15
тонкие методы анализа
5:19
положительного отбора и отрицательного
5:21
отбора то есть положительный отбор это
5:23
когда у вас появилось новшество оно
5:24
хорошее
5:25
а отрицательный отбор Когда появилось
5:27
новшество оно плохое но нейтральные
5:30
Когда ни на что не влияет
5:32
и оказалось что сравнивая
5:34
последовательности мы можем понять вот
5:37
конкретная замена была хорошей или
5:40
плохой
5:41
Да потому что вот разные режимы отбора
5:45
по-разному влияют на
5:47
на геномы на то что мы видим в
5:50
окрестности этой мутации
5:53
Говорят что несовершенство в работе
5:55
клетки могут помочь понять как работает
5:57
эволюция А чем
Как несовершенство работы клетки проливает свет на процесс эволюции?
5:59
клетка работает страшнее эффективно
6:03
что очень много из того что в клетке
6:06
делается это шум что есть специальные
6:08
механизмы чтобы вот свеже
6:10
синтезированную скажем РНК тут же
6:13
отправить деградацию то что на самом
6:15
деле При синтезе произошла какая-то
6:16
ошибка Да вот есть какие-то системы
6:18
контроля этих ошибок тут есть разные
6:20
аспекты есть Аспект такой чистый Ну или
6:25
экономический можно сказать что иногда
6:28
оказывается что терпеть какой-то уровень
6:30
шума дешевле чем устраивать большую
6:33
бюрократию которая будет следить чтобы
6:35
этого шума не было поэтому все время
6:37
какая-то фоновая фоновые лишние молекулы
6:40
в клетке делают
6:42
это как бы Такая страна
6:46
Ну вот экономическая
6:49
а с другой стороны есть чисто
6:51
эволюционный Аспект этого Потому что
6:54
даже если шум вреден Ну например Он
6:56
забирает ресурс сейчас что когда вы
6:58
производите что-то потом немедленно это
7:00
ломаете то такая получается немножко
7:02
Социалистическая экономика
7:05
и
7:07
дальше вопрос в том как устроен отбор
7:09
Потому что если отбор на эффективность
7:12
очень жесткий как у бактерий то шум не
7:15
очень большой
7:17
а если отбор не очень жесткий как у
7:22
многоклеточных которых просто мало
7:23
особей Да ну капли воды больше бактерии
7:27
чем людей там на земле
7:30
Ну в капли Может я маханул но в луже уж
7:32
точно больше соответственно плата из-за
7:37
маленькую популяцию становится не очень
7:40
эффективный отбор соответственно у более
7:43
сложных существенно больше шума во всех
7:46
молекулярных систем
7:48
на самых разных уровнях это могут быть
7:51
какие-то участки генома которые ничего
7:53
не кодируют и скорее всего ничего не
7:54
нужны это обломки каких-то старых
7:56
вирусов это могут быть
7:58
какие-то РНК которые синтезируются тут
8:01
же разрушают потому что они тоже ничего
8:03
не кодируют
8:05
и у нас это довольно много дальше
8:07
оказывается что этот шум является
8:09
источником всяких новых вещей
8:13
Потому что если у вас
8:15
скажем есть какое-то вот обломок вирус
8:18
который нафиг не нужен Но в нем был
8:20
регуляторный элемент который влиял на
8:21
работу соседних генов
8:23
есть теперь этот кусочек вируса
8:26
повторился и встроился в какое-то другое
8:29
время он повлиял на работу генов которые
8:31
находятся
8:32
и они начали работать немножко
8:34
по-другому немного включаться включаться
8:36
в других условиях
8:38
и очень большая часть эволюции
8:40
происходит не за счет изменения в Белках
8:42
за счет изменений в работе генов в каких
8:46
тканях каких В какое время они
8:48
включаются и выключаются оказывается что
8:50
вот эти вот бессмысленные ошметки они
8:52
являются источником
8:53
очень большой Вы можете
8:58
случайным образом
9:00
все время происходит
9:13
Что такое консервативный
Что такое консервативный ген?
9:17
Ну так можно смотреть много разных
9:19
определений
9:20
но первое определение консервативные
9:23
Гены то же самое что универсальное это
9:24
тот кто ей Ген который есть почти у всех
9:28
но тут сразу надо договариваться что
9:30
вопрос о том Какую группу организмов мы
9:31
имеем в виду Да там Ген консервативный у
9:34
всех позвоночных может вполне
9:36
отсутствовать у там морских ежей или
9:38
таракана другое определение что этот Ген
9:41
который очень медленно меняется
9:44
это означает обычно что функционально
9:46
очень важен
9:48
взаимодействует много еще с чем и
9:52
соответственно изменения почти любое
9:54
изменение в таком гении
9:57
будет фатальным и поэтому изменение
10:01
накапливаются очень
10:03
тут имеет смысл говорить не только про
10:05
гены сколько про белки на самом деле
10:07
потому что реально клетки функционируют
10:10
в основном белки
10:12
изменения в генах они просто влияют и
10:20
Ну дальше соответственно есть более
10:22
консервативные белки менее
10:24
консервативные белки это фактически
10:25
скорость накопления изменений в этих
10:27
Белках мы сравниваем какой-то белок
10:30
человека и кишечной палочки
10:33
то какие-то из них будут все равно очень
10:36
похожи А какие-то будут почти что
10:38
неузнаваемы на самом деле что это был
10:39
исходно Это был один и тот же белок у
10:42
предков организма
10:44
и это как раз вот это вот представление
10:46
скажем там разной степени
10:48
консервативности Она довольно тесно
10:49
связана на
10:51
идею о нейтральной эволюции где о том
10:54
что заметная часть изменения нейтральна
10:56
соответственно в не очень важном белке
11:00
там много нейтральных замен потому что
11:03
они на что не повлияют сам белок не
11:04
очень важный мало с кем взаимодействует
11:07
Да у него там много аминокислот которые
11:08
может быть любая если белок очень много
11:11
с кем взаимодействует то в нем
11:14
нейтральных изменений будет мало
11:16
соответственно почти все изменения будут
11:18
плохими отборах будут отборах будет
11:21
отбраковывать соответственно изменения
11:23
будут накапливаться увидим
11:28
какой сравнивая
11:30
группа белков из человека из лягушки
11:34
какие-то похожи совсем какие-то похожи
11:36
чуть-чуть
11:40
третий Аспект одного белка есть более
11:43
консервативные местоимение
11:45
консервативное место
11:46
ну скажем функциональный сайт это то где
11:49
это какая-нибудь реакция катализируется
11:51
И вообще трогать нельзя потому что он
11:53
перестанет работать
11:55
и у нас получаются очень консервативные
11:57
позиции когда мы берем один и тот же
11:59
белок из разных организмов
12:02
и последовательности этих белков пишем
12:04
друг под другом то мы видим такие совсем
12:07
консервативные колонки Это обычно что-то
12:09
очень важно
12:10
а видим колонки которых В общем
12:12
изменения происходят
12:14
Но если нейтрально существенно чаще чем
12:17
в других местах Наверное это не очень
12:19
важные места в этом белке и вот все
12:21
вместе такой довольно хороший механизм
12:23
опять-таки тело не функциональных
12:25
предсказаний потому что мы будем
12:28
консервативную позицию функционально
12:30
важная и мы таким способом можем
12:32
предсказывать функциональные центры в
12:34
Белках Даже если мы экспериментальные
12:36
белки еще не изучали
12:38
биологи утверждают что существуют
12:40
мусорная ДНК частицы организма в которые
12:44
не кодируют последовательности белков А
Зачем человеку нужна мусорная ДНК?
12:47
зачем человеку ДНК которая ничего не
12:50
делает
12:56
потому что есть мусора
12:58
вот мусор это то что уже ни на что не
13:01
пригодно совсем да это вот все окна
13:03
помойку объедки какие-то там свиней
13:05
можно кормить
13:07
а хлам это какие-то такие обломки
13:10
чего-то что вообще говоря может можно
13:12
приспособить потом совершенно в других
13:14
целях
13:16
и Да есть ДНК которая Над нашим геноме
13:19
есть по-видим довольно большие участки
13:21
которые ни на что не влияют
13:24
Но более точно мы не знаем На что они
13:26
влияют Может они влияют просто на
13:28
упаковку этой ДНК в ядре
13:29
и тогда на самом деле влияет очень много
13:31
на что
13:33
у нас нет хорошего способа проверки
13:36
а на самом деле вот есть функцию
13:39
какого-то участка или нет
13:41
Экспериментальный проверки
13:44
а эволюционно оказывается что вот разные
13:46
фрагменты этого мусора
13:49
перекомбинируясь
13:51
делают что-то новое и за счет этого
13:54
возрастает скажем сложность
13:58
наше время почти стекло что еще нужно
14:05
не обидно что эволюционная биологию
14:07
практически
14:10
потому что с одной стороны это самое
14:12
интересное что в биологии есть
14:15
там
14:16
это то что позволяет биологию выстроить
14:19
в каком-то там разумном логическом
14:21
порядке
14:23
там куча просто чудесных маленьких
14:25
историй которые там можно рассказывать
14:28
любым детям просто интересно
14:31
там есть масса вещей которые можно
14:34
делать руками там на школьном уровне
14:36
получать какие-то вполне содержательные
14:39
результаты я это делал со школьниками
14:41
после этого публиковать
14:44
вот а и то что вместо всей чудесной
14:49
красоты в лучшем случае Значит каким-то
14:53
пожелтевшим бумажкам значит зачитывается
14:56
какой-то унылой бубучем случае
14:59
то даже еще пытается в школу биологию
15:02
школьную пытается вмешиваться
15:05
разного рода религиозные деятели
15:08
вот этому ужасно Это
15:11
биология вообще самое интересное что
15:13
сейчас происходит и биология то что
15:16
сильнее всего влияет на жизнь людей
15:18
потому что большинство решений которые
15:20
мы принимаем это на самом деле решение в
15:22
том или ином смысле биологические если
15:24
вас не дай Бог лечат и доктор вам
15:27
объясняет Как и от чего он вас лечит Ну
15:30
там внутри сидит биология биологическая
15:33
поломка если надо вакцинироваться то
15:37
понимать почему надо вакцинироваться для
15:40
этого надо понимать как работает
15:41
иммунная система и как эволюционирует
15:44
вирусы
15:45
Да там Если вы обдумываете бояться вам
15:48
генно-модифицированный минеральной воды
15:51
или не бояться генно-модифицированной
15:53
минеральной воды
15:56
хорошо понимаешь что такое генная
15:58
модификация тоже биология просто
16:00
биологическое
16:02
экспериментальное биологическая
16:04
процедура
16:05
Да если вы
16:07
обдумываете не полечиться ли вам
16:09
гомеопатией
16:11
большой кусок химии потому что слова
16:13
кадров это всё но все-таки тоже
16:16
некоторые биология сидит
16:19
нету таких биологических систем на
16:21
которые бы было показано что это влияет
16:24
большинство решений которые мы принимаем
16:26
повседневной жизни они на самом деле
16:27
очень сильно завязаны
16:30
наше непонимание биологии если понимать
16:34
то было бы лучше есть Что добавить пиши
16:37
в комментариях
16:38
[музыка]