Про закон Вавилова

Закон гомологических рядов, сформулированный в 1920 году советским генетиком Н.И. Вавиловым, отражает одну из основ биологии. Рассмотрим, что же это за основа и почему этот закон сохраняет важность и в мире современной генетики?

Начнем с формулировки, предложенной самим Вавиловым: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родов и видов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости».

Что поделать, научный язык того времени находился в процессе становления и был рассчитан на узких специалистов. Но не будем разбирать терминологию и стиль начала 20-го века.

В более общих словах это означает, что у близких биологических видов можно ожидать появление сходных наследственных признаков. Действительно, достаточно близкие (а иногда и не очень близкие) биологические виды имеют сходные системы и структуры организма, которые когда-то возникли у их общего предка. Такие структуры называют гомологичными, то есть, имеющими общее происхождение. Классический пример гомологии биологических структур из школьного учебника - сходство строения скелета человеческой руки, плавника кита и, к примеру, крыла летучей мыши: несмотря на многочисленные отличия, сходство их строения хорошо прослеживается.

Общее происхождение гомологичных биологических систем определяется сходством генетических механизмов, контролирующих их развитие. То есть, развитие руки у человека, крыла птицы и плавника дельфина контролируют примерно одни и те же гены. Конечно, эти гены изменялись в процессе эволюции - поэтому крыло и отличается от плавника - но тем не менее, соответствующие гены у птицы и у дельфина обладают сходством как на уровне ДНК, так и на уровне выполняемых ими функций. Это и есть та самая основа биологии, отраженная в законе гомологических рядов.

Соответственно, можно ожидать, что нарушения таких механизмов у разных видов будут вызывать похожие фенотипические эффекты! Например, хотя центральная нервная система собаки и отличается во многих аспектах от человеческой, тем не менее, они имеют общие закономерности функционирования, заложенные миллионы лет назад еще у нашего далекого общего предка! Соответственно, можно ожидать, что нарушение этих общих закономерностей приведет к похожим последствиям как у человека, так и у собаки.

У людей известно редкое генетическое заболевание - болезнь Лафоры (по имени первооткрывателя - Гонсало Родригеса Лафоры, испанского невропатолога). Это заболевание сопровождается эпилептоидными приступами и вызывается мутациями в гене NHLRC1. Этот ген возник в незапамятные времена и в разных вариантах существует у многих организмов, не только у млекопитающих, но и у птиц, лягушек и ящериц. Такой ген есть и у собаки.

Закон Вавилова подсказывает, что нарушение гена NHLRC1 у собаки должно привести к заболеванию, сходному с болезнью Лафоры у человека. И действительно, у собак с характерными клиническими проявлениями была обнаружена мутация именно в этом гене.

В этом состоит практическая предсказательная сила закона Вавилова. Допустим, мы установили связь некоторого признака с мутацией к конкретном гене у человека. Если у собак мы наблюдаем явно похожий признак, то, прежде всего, имеет смысл проверить, не содержит ли мутаций соответствующий ген у собаки. То есть, вместо того, чтобы искать причину наобум, мы можем сократить круг поисков до одного или нескольких генов-кандидатов! Этот подход широко используется генетиками.

Важно понимать, что мутации в гене NHLRC1, связанные с болезнью Лафоры у собак и у человека, не одинаковы и не достались нам от общего предка! Эти мутации возникли независимо, уже после того, как линии, приведшие к появлению человека и собаки, разошлись в эволюции.

Даже механизм возникновения мутаций у человека и собаки разный: у человека это обычные генетические “опечатки”, а у собаки - патологическое умножение короткой последовательности ДНК в этом гене.

И “опечатки”, и размножившийся повтор нарушают работоспособность гена NHLRC1. А поскольку этот ген выполняет одинаковые функции у собаки и у человека, его нарушения вызывают одинаковые последствия - болезнь Лафоры.

Таким образом, в начале XX века Вавилов заметил, что у достаточно близких видов организмов могут возникать мутации, имеющие похожие фенотипические проявления. В те времена представления о генах были весьма умозрительными, отсюда и специфические формулировки, которые использовались в те времена. Однако в сущности закон Вавилова намного опередил свое время и фактически лег в основу современной молекулярной эволюционной науки!

Источник: vk.com

Комментарии: