Свыше 500 млн лет назад некое беспозвоночное существо, жившее на дне океана, испытало два последовательных удвоения количества ДНК. Эта «ошибка», говорит новое исследование, и стало залогом эволюции человека и многих других животных.

Эти удвоения ДНК помогли системам клеточной связи, поэтому сегодня клетки нашего тела работают с информацией лучше самых умных смартфонов. В то же время нарушения связи, восходящие к тем же самым удвоениям ДНК, случившимся в кембрийском периоде, приводят к диабету, раку и неврологическим расстройствам.

«Организмы, которые размножаются половым способом, как правило, несут по два экземпляра всего своего генома — по одному от каждого из родителей, — поясняет соавтор исследования Кэрол Макинтош из Университета Данди (Великобритания). — 500 с лишним миллионов лет назад произошёл какой-то сбой, и некий организм унаследовал в два раза больше генов. В следующем поколении это случилось снова, и количество экземпляров каждого гена опять удвоилось».

Удвоения не были стабильными, и большинство «дублей» быстро исчезло — задолго до появления человека. Но некоторые, как выяснили г-жа Макинтош и её коллеги, остались.

Исследовательская группа занималась изучением сети из нескольких сотен белков, которые, находясь внутри человеческих клеток, координируют их ответ на факторы роста и инсулин. Главные из этих белков входят в семейство 14-3-3.

Специалисты составили карту белков, классифицировали их и подвергли биохимическому анализу. Так и выяснилось, что они восходят к генетическим удвоениям, случившимся в кембрии.

Первый их носитель неизвестен, но генетики выяснили, что из современных существ к его непосредственному предку более всего близок ланцетник Branchiostoma lanceolatum. Тем самым это беспозвоночное можно назвать очень далёким родственником всех позвоночных.

Унаследованные белки, вероятно, приобрели способность сбиваться в «артель», которая умеет читать «инструкции» более разнообразных факторов роста — в отличие от одного-единственного белка. Похожим образом работают системы мультиплексного сигнала, позволяя смартфону принимать несколько сообщений.

Но работа в команде имеет свои минусы. По мнению исследователей, если важная функция выполняется одним белком (как в организме Branchiostoma lanceolatum), его потеря или неудачная мутация заканчивается смертью, а не болезнью. Если же трудится группа белков и один из них теряется или мутирует, особь выживает, но дело может кончиться подорванным здоровьем. Отсюда понятно, почему диабет и рак настолько распространены в человеческой популяции. Например, при диабете второго типа мышечные клетки теряют способность поглощать сахар в ответ на инсулин, а раковые клетки приступают к поглощению питательных веществ, не дожидаясь инструкций.

Учёных теперь интересуют такие семейства белков, крах которых приводит к меланоме и неврологическим расстройствам.