Эволюция зрительных пигментов

Молекулярный состав гемоглобинов помог выяснить путь эволюции важнейших компонентов крови. Но этими исследованиями не ограничиваются работы биохимиков, изучающих эволюцию. Чтобы полнее представить их достижения, приведем еще один пример.

Еще со времен Дарвина считалось, что все предки наземных сухопутных организмов обитали в воде.

Переход от жизни в воде к наземному образу не мог пройти незамеченным для молекул. Какие-то следы в их организации должны были остаться от древних времен, и они действительно остались.

Зрительные органы всех живых существ значительно отличаются. Глаз насекомых не имеет ничего общего с глазом позвоночных. Глаза моллюсков совершенно отличны и от тех и от других. В каждом из этих типов живых существ зрительный орган представляет уникальное изобретение. Их единственная общая черта — характер действия. Все они предназначены для того, чтобы видеть. Конструкция же в каждом случае своя, и оригинальная, — хоть патент выдавай на каждый глаз.

Не мудрено, что ученые искали в каждом типе глаз и свой зрительный пигмент, свою светочувствительную молекулу, изменяющуюся после попадания кванта света.

Предположения ученых поначалу казались правильными. В глазах наземных позвоночных был найден один пигмент— его обозначили символом А₁ в глазах древних рыб оказался другой пигмент — А₂.

Но стоило приглядеться к обоим пигментам пристальнее, как оказалось, что различия между ними пустяковые: всего-то в одной лишней двойной связи, и, следовательно, в потере двух атомов водорода. Формула витамина А₁ (это и есть основа зрительного пигмента) C ₂₀H₂₉OH, формула витамина А2 — C ₂₀H₂₇OH. Но глаза рыб и позвоночных устроены одинаково. Зато фасетный глаз насекомых совершенно отличен. Однако странное дело: молекула зрительного пигмента насекомых оказалась идентичной — там также нашли витамины А₁ и А₂. Те же молекулы обнаружили в глазе моллюсков.

На вид-то глаза разные, а по сути одинаковые: в разных домах распоряжаются сестры-близнецы — витамины из группы А.

Следовательно, родство позвоночных рыб и насекомых можно считать доказанным. Если только каждая из ветвей развития жизни не придумала самостоятельно одно и то же соединение.

Дальнейший анализ витаминов А₁ и А₂ привел к еще более интересным выводам. Было установлено, что пресноводные рыбы резко отличаются от морских. Если у первых найдены в глазах только молекулы витамина А₂, то в глазах морских рыб обнаружен только витамин А_1.

По мнению ученых, эволюция проходила так: сначала появились пресноводные рыбы (с витамином А₂). Затем они дали начало двум ветвям развития — часть рыб вышла на сушу и образовала амфибии, а затем наземных позвоночных; а часть освоила море и послужила началом для рыб соленых вод.

Однако еще с древних времен известно: есть рыбы (например, лосось и морская форель), которые большую часть жизни живут в соленых морях, но метать икру возвращаются в пресные. Есть рыбы, которые, напротив, живут в пресной воде, а мечут икру только в морской (таков пресноводный угорь). Но ведь мы говорили: пресноводные рыбы несут витамин А₂, морские — А₁. Какой же витамин присутствует в глазах «блуждающих» рыб? Результат неожидан. Пока рыбы живут в морской воде, в их глазах находят только А₁. Стоит им переместиться в пресные воды, и подавляющее количество молекул пигмента заменяется на А₂.

Эволюционная память самая старая. Миллионы лет прошли с тех пор, как первые пресноводные покинули привычную им среду и переместились в новое место, но остались гены, которые управляли их зрением в те далекие годы. Пока рыбы живут в морской воде, ничто не напоминает о их «пресном» прошлом. Надежно заблокированы старые гены. Вся информация о зрительных пигментах поступает от вновь образовавшихся генов. Но стоит им вернуться в родную стихию, как всплывут воспоминания и в короткое время все пигменты заменятся другими. Эволюция оставила следы, и они были обнаружены, как только ученые спустились до уровня молекул. Поистине удивительная наука эволюционная биохимия!