Страница 55 из 134
Х-сцепленное наследование признака
По характеру наследования поняли, что это заболевание, сцепленное с X-хромосомой, потому что здоровые женщины рожали больных сыновей (дочери рождались нормальными, потому что у них две Х-хромосомы, и в одной ген мутантный, но в другой — нормальный). На Х-хромосоме нашли мутантный ген, оказалось, что он кодирует МАОА. Мутация — единичная нуклеотидная замена, которая вела к обрыву синтеза белка и МАОА при этом была нефункциональна. Таким образом, замена одного нуклеотида (цитозина на Тимин в данном случае) приводила к изменению поведения.
Этот ген стали более активно исследовать. Такая мутация, как в этой семье, полностью инактивирующая фермент, больше нигде не была найдена, но были обнаружены мутации, снижающие активность МАОА. Исследовали группу людей с низкой и нормальной активностью МАОА и сравнили количество случаев асоциального поведения (нападение, нападение с целью нанесения повреждений, убийство, изнасилование, жестокость по отношению к животным). Когда просто так исследовали выборку, разницы не нашли. Но когда эту выборку разделили по условиям воспитания в детстве, оказалось, что разница в поведении людей, которые воспитывались в благоприятных условиях, практически отсутствует, а вот если условия были плохие, то разница становится существенной.
Для изучения связи моноаминоксидазы А с поведением провели серию экспериментов на мышах. У мышей «нокаутировали» (то есть инактивировали) ген МАОА. Такие мыши были очень агрессивны, они набрасывались на своих сородичей без всякого повода, то есть вели себя также как и люди с аналогичным генетическим дефектом. Эти исследования помогают понять, что именно в поведении детерминировано генетически и в какой мере, а что подвержено влиянию среды.
Другая серия исследований была посвящена тому, как формируется память и каким образом в этом процессе участвуют гены. На мышах была проведена серия экспериментов. Были исследованы глутаматные рецепторы. Они работают в зоне мозга, которая связана с ориентацией на местности. Нобелевский лауреат Сусуми Тонегава получил мышей, мутантных по рецептора глутамата, и исследовал их способность к запоминанию. В разных мышиных тестах мутанты не отличались от нормальных собратьев, но в тесте на запоминание положения предметов оказались "двоечниками". Мышей запускали в ванну с платформой, на которую можно было встать. Непрозрачная вода не позволяла узнать где платформа, пока мышь не наткнется на нее случайно. Обычно мыши, несколько раз побывав в ванне, запоминали, где находится платформа и сразу плыли к ней. Мутанты не могли запомнить даже после десятков повторений. Их "географический кретинизм" связан с мутацией в рецепторе. Изменив этот рецептор, удалось получить и мышей-"отличниц".
Дело в том, что существуют как минимум два типа глутаматных рецепторов. Один тип работает у молодых мышей и в ответный на сигнал дает сильный ионный ток через мембрану и, следовательно, сильный и дольше действующий потенциал. Но в определенном возрасте, по мере созревания, рецептор меняется, и вместо белка-рецептора, который давал сильный ионный ток, в мембранах уже находится рецептор, который дает слабый и менее продолжительный ток. Это связано с тем, что интенсивное обучение нужно проходить в молодости, а с возрастом животное становится более консервативным, повторяет то, что выучило в молодости. Исследователи ввели в геном мышей мутацию, в результате которой синтез "юношеского" белка усилился в несколько раз. Мутанты лучше запоминали и распознавали звуки, объекты и их положение в пространстве, быстрее справлялись с тестами. Тем самым, им как бы продлили сензитивный период. Может возникнуть вопрос, почему способность к обучению угасает с возрастом, то это уже отдельный эволюционный вопрос.
Каким же образом формируются навыки, то есть, новые синаптические связи? В серии экспериментов на мухах и улитках морских зайцах (аплизиях — их очень любят нейробиологи), были расшифрованы механизмы формирования кратковременной и долговременной памяти. За эти работы Эрик Кенделл получил Нобелевскую премию.
Допустим, улитке подали электрический ток на хвост. Ей нужно хвост отдернуть. Каким образом это происходит.
Молекулярно-генетические механизмы формировании условного рефлекса
Продолжительность реакции: 1 —минуты, 2 — часы, 3 — формирование новых синапсов
От обиженного хвоста поступил сигнал в виде серотонина. Серотонин связывается с рецептором на мембране сенсорного нейрона. Именно здесь происходит этап обработки информации и принятии решения. Рецептор взаимодействует с аденилатциклазой, которая синтезирует циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Последний взаимодействует с киназой (киназы — это белки, которые фосфорилируют другие белки). Киназа фосфорилирует кальциевые каналы в мембране, через них идет ток, мембрана деполяризуется, что является сигналом к выбросу нейромедиаторов в синаптическую щель. Нейромедиатор связывается с рецептором на постсинаптической мембране мотонейрона, и мотонейрон дает мышцам команду отдернуть хвост от неприятного раздражителя. Это — кратковременная память (работает 3–4 минуты).
Если раздражение продолжает поступать регулярно, то эта реакция — долгосрочная память (работает 12–24 часа). В этом случае продолжает синтезироваться цАМФ, то фрагмент киназы перемещается в ядро и активирует здесь ген, модифицирующий киназу — отщепляющий от нее кусочек таким образом, что она становится перманентно активной. То есть, циклический аденозинмонофосфат ей для активации становится не нужен. Это — долговременная память.
Если сигнал продолжает поступать и дальше, то включается следующий механизм. Большие количества фрагментов киназы активируют фактор транскрипции, запускающий работу группы генов, обеспечивающей синтез белков и образование нового синапса. Это — память на всю жизнь, именно она должна работать при обучении.
Эволюционная теория пола. биотехнологии. иммунология. передача сигналов в организме
Лекция № 24
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ПОЛА
С.А.Боринская
Теория полового отбора Дарвина вызывала споры, неоднократно высказывалось мнение, что она является самым слабым местом дарвиновского учения. После Дарвина проблемой пола занимались крупнейшие биологи, однако современные авторитеты продолжают говорить об отсутствии удовлетворительного объяснения того, почему возник и сохраняется пол. Например, в книге канадского ученого Белла, вышедшей в 1982 г., читаем: "Пол — главный вызов современной теории эволюции. Интуиция Дарвина и Менделя, которые осветили так много загадок, не смогла справится с центральной загадкой полового размножения. В чем функциональное значение пола, которое приводит к его сохранению в биологических популяциях? "
Путь к решению проблемы был предложен в середине 60-х гг. в новой концепции В.А. Геодакяна, дающей объяснение эволюционного смысла деления на два пола.
Существование двух полов чаще всего связывают с размножением. Верно ли это?
Древнейшим способом размножения является бесполое, осуществляющееся путем простого деления клетки. Оно широко распространено у одноклеточных организмов (бактерии, сине-зеленые водоросли, амебы, инфузории и др.). При бесполом размножении не нужно искать партнера. Однако при таком способе размножения изменчивость достигается только за счет мутаций. Значительное увеличение изменчивости за счет комбинирования признаков различных особей обеспечивает половой процесс (скрещивание). Процесс скрещивания лежит в основе половых способов размножения. Если брачным партнером особи может быть любая из остальных, такой способ полового размножения называется гермафродитным. К гермафродитам относятся черви, пиявки, усоногие ракообразные, многие моллюски, некоторые рыбы. Следующим шагом в эволюции размножения стало раздельнополое размножение, при котором популяция делится на два различающихся между собой по ряду признаков пола.