Человек не с Земли - Ellis Silver
7
ДНК
7.1 Введение
А
Почти каждая клетка в каждом живом организме на Земле содержит ДНК. Но ДНК, вероятно, не является уникальной для Земли. Она почти наверняка существует где-то еще в нашей галактике, и она может быть даже универсальной.
ДНК по сути является сценарием – универсальным рецептом жизни. Она состоит из генов (участков ДНК, которые выполняют определенную роль) и некодирующих участков. Гены – это те части, которые нас здесь больше всего интересуют.
Если вы хотите, чтобы у вашей формы жизни было четыре ноги, например, вы даете ей ген 4-ноги (*не его настоящее название). Если вы хотите, чтобы у нее был мех, вы даете ей ген меха и так далее. Конечно, все намного сложнее: существует множество генов для меха. Они определяют такие вещи, как его тип, плотность и цвет; растет ли он непрерывно (как волосы на наших головах) или выпадает и заменяется (как волосы на наших телах и конечностях); и так далее.
Мы разделяем многие из наших генов с каждым живым существом, потому что они необходимы для жизни. Это гены для таких вещей, как базовая клеточная функция и рост, дыхание, преобразование сахаров в энергию и тысячи других функций. Вот почему мы разделяем около 15 процентов нашей ДНК с травой и 50 процентов с бананами. [7-01] Эволюция любит сохранять гены, которые работают, поэтому они все еще есть у нас сегодня, и они выполняют те же функции — хотя большинство из них теперь делают это совершенно другим способом.
По мере того, как мы продвигаемся вверх по эволюционному дереву, число общих генов увеличивается. Мы становимся все более похожими на существ, находящихся ближе к вершине. Но, как мы только что увидели, некоторые из этих генов можно проследить и по всему дереву, вплоть до одноклеточных организмов. Мы рассмотрим конкретные проценты позже.
Наш полный набор генетического материала называется нашим геномом, и он огромен . Геном человека содержит более 3 миллиардов пар оснований. [7-02] Если распечатать его на обычной бумаге для принтера шрифтом обычного размера, он заполнит миллион страниц. Если распечатать его на обеих сторонах бумаги, получится стопка высотой 82 фута (25 метров).
Мы разделяем 99 процентов нашей ДНК друг с другом. Разница в 1 процент (10 000 печатных страниц) объясняет все различия между вами и любым другим человеком на планете, включая все различные расы. [7-03] Все различные расы биологически совместимы и могут скрещиваться друг с другом.
7.2 Что такое ДНК?
ДНК — это сокращение от дезоксирибонуклеиновая кислота. Вы можете найти ее в ядре почти каждой клетки в каждом живом организме. Каждая клетка содержит копию всего генома этого организма. Вы также можете найти ее в некоторых клеточных органеллах, таких как митохондрии. Некоторые организмы, такие как бактерии, не имеют ядер или органелл. Их ДНК находится в их цитоплазме. [7-04]
КОММЕНТАРИЙ: ДНК присутствует в каждой клетке, имеющей ядро. Подавляющее большинство клеток в нашем организме имеют ядра. Но есть несколько, которые их не имеют, включая наши красные кровяные клетки.
ДНК образует две длинные нити молекул, скрученные в двойную спираль, причем обе нити несут одну и ту же информацию. Большинство организмов имеют несколько наборов нитей, известных как хромосомы. Они контролируют все в этом организме, включая то, что он собой представляет, как он выглядит, его рост и развитие, его повседневное функционирование и его воспроизводство.
Каждая хромосома содержит несколько генов и некодирующих секций. Простые вещи, такие как бактерии, имеют только одну хромосому, тогда как у нас их 46, состоящих из 23 пар. У обезьян 48 хромосом в 24 парах.
Как мы уже видели, ген — это участок ДНК, который определяет определенное свойство или функцию, например пол организма, рост, цвет кожи, цвет волос и т. д. [7-05] Некоторые свойства и функции более сложны и распределены по нескольким генам. Эти гены могут находиться на отдельных хромосомах, поэтому найти их и определить их назначение непросто.
У каждого из нас около 20 000 генов. Это гораздо меньше, чем ожидалось. Когда биологи впервые начали искать, они думали, что их будет не менее 100 000, а некоторые думали, что их может быть около 2 миллионов.
Около 10 процентов генов каждого организма считаются необходимыми для выживания. В нашем случае это около 2000 генов. Они контролируют такие вещи, как базовая функция клеток, развитие мозга, кровообращение, дыхание, пищеварение и размножение.
Большая часть ДНК организма некодирующая. [7-06] В нашем случае 98,8 процента некодирующие, и только 1,2 процента состоят из генов. Некодирующая часть раньше называлась «мусорной ДНК», поскольку считалось, что она вообще ничего не делает. Но теперь было обнаружено, что по крайней мере 80 процентов ее имеют цель. Это включает защиту генов от мутаций и нарушений, выполнение функций переключателей для определения того, где и когда гены экспрессируются, регулирование экспрессии генов (т. е. в какой степени они экспрессируются), контроль потока информации от ДНК к информационной РНК (мРНК) и несколько других второстепенных функций.
Так что вместо того, чтобы нуждаться в 100 000 генов (или даже 2 миллионах), мы можем обойтись всего 20 000 и использовать некодирующие части для изменения их активности и силы. Мы могли бы получить тот же результат, имея гораздо больше генов, каждый из которых имел бы фиксированные функции, но имея их меньше, мы имеем меньше возможностей для ошибок. На самом деле это довольно умно. Это почти как если бы кто-то намеренно спроектировал это таким образом.
7.3 Откуда взялась ДНК?
Вы, вероятно, знакомы с загадкой, которая спрашивает, что было раньше, курица или яйцо? (Это яйцо, между прочим.) Но теперь мы должны спросить: что было раньше, ДНК или живые организмы. И ответ на этот вопрос — РНК — вероятно. [7-07]
РНК (рибонуклеиновая кислота) имеет гораздо более простую структуру, чем ДНК, поэтому ее легче построить. Например, она имеет только одну нить по сравнению с двойной нитью ДНК. Большинство ученых считают, что формы жизни на основе РНК эволюционировали первыми, и эти организмы затем создали первую ДНК. В конечном итоге они перешли на хранение своей генетической информации в своей ДНК, потому что она была более стабильной.
Что бы ни появилось первым, РНК или ДНК (или, возможно, и то,
