О молоке и яйцах. 1.

shkrobius — 13.04.2014 По опыту прошлого года я понял, что спрашивать, откуда взялась яичная скорлупа или, скажем, молоко, лучше не надо: это воспринимается исключительно как изощренная вылазка классового врага и подрыв единственно верного учения. Крепкая вера в науку не должна омрачаться пустыми умствованиями.

Очень жаль – потому что и то и другое представляет интересную загадку, и сам я лишь пару недель осознал (запивая молоком яичницу, представьте себе), насколько одно тесно связано с другим. Над таким вопросом интересно подумать самому более, чем услышать чужой ответ. Да и ответ можно найти, только поняв самому в каком направлении следует думать. Теорий возникновения лактации за сотню будет, и большинство из них не стоят выеденного яйца.

Я подумал так: в какой-то момент произошел переход от земноводных, откладывающих яйца в воде, к амниотам, которые жизненный цикл проводят на суше; это колоссальное преимущество. Для этого необходимо предохранить яйца от высыхания.

В самом общем виде такая задача может решаться двумя способами. Один способ - физический барьер для потери воды. Второй - создание искусственной среды для яйца. Один способ ведет к куриному яйцу, другое к неведомой зверушке: курице, носящей яйца в наполненной водою сумке. Проблема в том, что эволюция не знает про то, что и как "надо". Рациональная необходимость скорлупы ее происхождение, увы, никак не проясняет; она только указывает, в чем было бы преимущество, если оно каким-то образом возникло. Однако, можно вообразить сл. сценарий. В начале были сумчатые куры, в чьих сумках созревали нежные яйца - это простейшее решение земноводной проблемы. Яйца сумчатых кур имели проницаемые оболочки, и это создало интересную возможность: через нее можно было доставлять для растущего эмбриона кислород, питательные вещества и кальций, необходимый для развития скелета. Такая жидкость заодно содержала бы антибактериальные агенты, чтобы яйца не тухли.

Что мы получаем, соединив эти компоненты вместе? Правильно - получаем молоко. Вероятно, молоко возникло не для питания живорожденных детенышей, а для питания проницаемых яиц сумчатыми курами. Должно быть, мы потомки этих давно вымерших сумчатых кур.

Тут меня осенило, что и нашенские куры должны происходить от тех сумчатых кур, т.к. только в сумке мог постепенно возникнуть процесс кальцификации на поверхности яйца. Можно даже представить себе, как это произошло: сбой механизма доставки кальция внутрь яйца. Скорлупа - странная штука: она пассивный барьер для диффузии пара воды, но она и барьер для газообмена; эмбриону же необходим кислород. Эта та же проблема, что в устьицах растений. Размеры молекул кислорода и воды почти одинаковы, их газообмен одинаков. Физически невозможна доставка кислорода внутрь яйца, которая не приводила бы к потерям воды. Мало того, чтобы шел перенос кислорода, необходим градиент (т.к. система полностью пассивная), т.е. чтобы туда заходил кислород, эмбрион должен поддерживать гипоксию внутри, замедляя метаболизм. Невозможно выработать такую систему с нуля, она должна возникнуть как естественный и постепенный процесс. Созревание яйца в сумке сумчатой курицы - такой естественный процесс. Две стратегии, вероятно, возникли как одна и лишь потом разделились.

Про яйца - как-нибудь в сл. раз, а с молоком, я, возможно, догадался верно. Оказалось, за последние лет пять яичное происхождение молока - мейнстрим. Вот пара обзоров на эту тему
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/biology/Milk%20%26%20Eggs/Oftendal%20Milk%201.pdf
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/biology/Milk%20%26%20Eggs/Oftendal%20Milk%202.pdf
Первый обзор короче, второй дает больше деталей.

...Lactation represents an important element of the life history strategies of all mammals. Milk originated as a glandular skin secretion in synapsids (the lineage ancestral to mammals), perhaps as early as the Pennsylvanian period, that is, approximately 310 million years ago (mya). Early synapsids laid eggs with parchment-like shells intolerant of desiccation and apparently dependent on glandular skin secretions for moisture. Mammary glands probably evolved from apocrine-like glands that combined multiple modes of secretion and developed in association with hair follicles. Comparative analyses of the evolutionary origin of milk constituents support a scenario in which these secretions evolved into a nutrient-rich milk long before mammals arose. A variety of antimicrobial and secretory constituents were co-opted into novel roles related to nutrition of the young. Secretory calcium-binding phosphoproteins may originally have had a role in calcium delivery to eggs; however, by evolving into large, complex casein micelles, they took on an important role in transport of amino acids, calcium and phosphorus. Several proteins involved in immunity, including an ancestral butyrophilin and xanthine oxidoreductase, were incorporated into a novel membrane-bound lipid droplet (the milk fat globule) that became a primary mode of energy transfer. An ancestral c-lysozyme lost its lytic functions in favor of a role as a-lactalbumin, which modifies a galactosyltransferase to recognize glucose as an acceptor, leading to the synthesis of novel milk sugars, of which free oligosaccharides may have predated free lactose. An ancestral lipocalin and an ancestral whey acidic protein four-disulphide core protein apparently lost their original transport and antimicrobial functions when they became the whey proteins beta-lactoglobulin and whey acidic protein, which with alpha-lactalbumin provide limiting sulfur amino acids to the young. By the late Triassic period (ca 210 mya), mammaliaforms(mammalian ancestors) were endothermic (requiring fluid to replace incubatory water losses of eggs), very small in size (making large eggs impossible), and had rapid growth and limited tooth replacement (indicating delayed onset of feeding and reliance on milk). Thus, milk had already supplanted egg yolk as the primary nutrient source, and by the Jurassic period (ca 170 mya) vitellogenin genes were being lost. All primary milk constituents evolved before the appearance of mammals, and some constituents may have origins that predate the split of the synapsids from sauropsids (the lineage leading to ‘reptiles’ and birds). Thus, the modern dairy industry is built upon a very old foundation, the cornerstones of which were laid even before dinosaurs ruled the earth in the Jurassic and Cretaceous periods.

Автор проходит через основные молочные белки и дает сценарии их возникновения в описанной выше ситуации. Более всего меня поразил пример лактозы - сахар, который встречается только в молоке (у утконосов и кенгуру это олигосахариды лактозы). Он получается из галактозы переносом глюкозы белком альфа-лактоглобулином. Этот белок похож на лизоцим, который разрушает бактериальные олигосахариды в нашей слюне и яичном белке. Датировка этого расхождения дает 310 Mya - задолго до млекопитания. Предлагается, что прото-молоко содержало лизоцимы как антибактериальные агенты, один из которых начал выполнять функцию гликотрансферазы, чтобы синтезировать необычные олигосахариды, путающие патогены

Milk oligosaccharides have antimicrobial or probiotic effects, for example by leading pathogens to ‘mistake’ free oligosaccharides for the oligosaccharide chains of the glycocaylx on apical cell membranes, and thus to fail to bind to these surfaces. Such an effect might benefit the mammary gland, an egg surface, or the digestive tract of a hatchling even before the evolution of the lactase enzymatic mechanism.

Дело пошло дальше, и сама лактоза стала использоваться для питания. Подобная трансформация произошла с другими компонентами молока; например, казеины были сначала переносчиками кальция через оболочку яиц в сумчатых курах. Интересно, что автор категорически отвергает идею, что кальцинированные яйца возникли в этих курах. Но там дело совсем темное, т.к. механизмы кальцификации очень плохо поняты.

Сколько раз я слышал дурацкий вопрос: что было в начале - курица или яйцо? Дурацкий-то он дурацкий, но это не означает, что на него не стоит отвечать.

Так вот. В начале было яйцо. И плавало оно в молоке. В сумчатой курице.

Сохранено