ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Cite this article as:

Shegolev S. J. Current views of evolution: on the role of horizontal gene transfer. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2013, vol. 21, iss. 4, pp. 34-51. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2013-21-4-34-51

Language: 
Russian

Current views of evolution: on the role of horizontal gene transfer

Autors: 
Shegolev Sergej Jurevich, Russian Academy of Sciences' Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms
Abstract: 

This article is an extended summary of a lecture given to undergraduate and postgraduate students of Saratov State University’s Faculty of Nonlinear Processes at the School-cum-Conference «Nonlinear Days for the Young in Saratov – 2012». The article presents a brief review of the literature re?ecting the foundations of the modern theory of biological evolution. Among the vast diversity of papers reporting various approaches to the problem (including a number of seminal studies on the self-organization of open systems) and analyzing experimental (sometimes quite contradictory) data, preference is given to studies by Russian and foreign authors that are believed by the lecturer to be of the most interest to microbiologists. Special emphasis is placed on the role of interspecies (horizontal) exchange of genetic information; the signi?cance of such exchange for the evolution, emergence, and functioning of a wide range of endo- and ectosymbiotic plant-microbe systems; and genetic engineering.

Key words: 
DOI: 
10.18500/0869-6632-2013-21-4-34-51
References: 

1. Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. 2-е изд., доп. СПб.: Наука, 2001. 2. Климонтович Ю.Л. Введение в физику открытых систем // Сорос. обр. журн. 1996, No 8. С. 109. 3. Woese C.R. Interpreting the universal phylogenetic tree // PNAS. 2000. Vol. 97, No 15. P. 8392. 4. URL: http://www.zo.utexas.edu/faculty/antisense/downloadfilestol.html. 5. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. Изд. 3. Синергетика: от прошлого к будущему. М.: URSS. 2010. 6. Розанов А.Ю. Когда появилась жизнь на Земле? // Вестник РАН. 2010. Т. 80, No 5–6. С. 533. 7. Hoover R.B. Fossils of cyanobacteria in CI1 carbonaceous meteorites: implications to life on comets, Europa and Enceladus // J. Cosmol. 2011. Vol. 13. P. 3811. 8. Sharov A.A. Genetic gradualism and the extraterrestrial origin of life // J. Cosmol. 2010. Vol. 5. P. 833. 9. Joseph R., Wickramasinghe N.C. Genetics indicates extra-terrestrial origins for life: the first gene. Did life begin following the big bang? // J. Cosmol. 2011. Vol. 16. 29. P. 6832. 10. Спирин А.С. Когда, где и в каких условиях мог возникнуть и эволюционировать мир РНК? // Палеонтол. журн. 2007, No 5. С. 11–19. 11. Снытников В.Н. Абиогенный синтез пребиотического вещества для биосферы Земли как стадия самоорганизации на астрофизической и палеонтологической шкале времени // Палеонтол. журн. 2007, No 5. С. 3. 12. URL: http://myxo.css.msu.edu/index.html. 13. Lenski R.E., Travisano M. Dynamics of adaptation and diversification: a 10000-generation experiment with bacterial populations // PNAS. 1994. Vol. 91, No 15. P. 6808. 14. Blount Z.D., Borland C.Z., Lenski R.E. Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli // PNAS. 2008. Vol. 105, No 23. P. 7899. 15. Barrick J.E., Yu D.S., Yoon S.H., Jeong H., Oh T.K., Schneider D., Lenski R.E., Kim J.F. Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli // Nature. 2009. Vol. 461. P. 1243. 16. Докинз Р. Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции. М.: Астрель: CORPUS. 2012. 17. Четвериков С.С. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики // Журн. эксперим. биол. 1926. Т. 2. Вып. 1. С. 3; Вып. 4. С. 237. 18. Марков А. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. М.: Астрель: CORPUS, 2010. 19. Behe M.J. Darwin’s black box. The biochemical challenge to Evolution. N.Y.: Simon & Shuster, 1998. 20. Behe M.J. Experimental evolution, loss-of-function mutations and the «first rule of adaptive evolution» // Quart. Rev. Biol. 2010. Vol. 85. No 4. P. 419. 21. Заварзин Г.А. Недарвиновская область эволюции // Вестник РАН. 2000. Т. 70, No 5. С. 403. 22. Заварзин Г.А. Составляет ли эволюция смысл биологии? // Вестник РАН. 2006. Т. 76, No 6. С. 522. 23. Галимов Э.М. Феномен жизни: между равновесием и нелинейностью. Происхождение и принципы эволюции. М.: Едиториал УРСС, 2006. 24. Чайковский Ю.В. Наука о развитии жизни. Опыт теории эволюции. М.: Tоварищество научных изданий КМК, 2006. 25. Чайковский Ю.В. Активный связный мир. Опыт теории эволюции жизни. М.: Tоварищество научных изданий КМК. 2008. 26. Мейен С.В. Проблема направленности эволюции. Итоги науки и техники. Зоология позвоночных. Том 7. М.: ВИНИТИ, 1975. С. 66. 27. Тахтаджян А.Л. Грани эволюции. Статьи по теории эволюции, 1943–2006 гг. СПб.: Наука, 2007. 28. Тахтаджян А.Л. Дарвин и современная теория эволюции. Чарлз Дарвин. Происхождение видов путем естественного отбора. 2-е изд., доп. СПб.: Наука, 2001. С. 517. 29. Ochiai K., Yamanaka T., Kimura K., Sawada O. Inheritance of drug resistance (and its transfer) between Shigella strains and between Shigella and E. coli strains (in Japanese) // Hihon Iji Shimpor. 1959. Vol. 1861. P. 34. 30. Syvanen M. Cross-species gene transfer; implications for a new theory of evolution // J. Theor. Biol. 1985. Vol. 112. P. 333. 31. Шестаков С.В. О ранних этапах биологической эволюции с позиций геномики // Палеонтол. журн. 2003, No 6. С. 50-57. 32. Chilton M.-D., Drummond M.H., Merlo D.J., Sciaky D., Montoya A.L., Gordon M.P., Nester E.W. Stable incorporation of plasmid DNA into higher plant cells: the molecular basis of crown gall tumorigenesis // Cell. 1977. Vol. 11. P. 263. 33. Чумаков М.И., Моисеева Е.М. Технологии агробактериальной трансформации растений in planta // Биотехнология. 2012, No 1. С. 8. 34. Dubey G., Ben-Yehuda S. Intercellular nanotubes mediate bacterial communication // Cell. 2011. Vol. 144, No 4. P. 590. 35. Doolittle W.F. Uprooting the tree of life // Scientific American. 2000, No 2. P. 90. 36. Марков А.В., Куликов А.М. Происхождение эвкариот: выводы из анализа белковых гомологий в трех надцарствах живой природы // Палеонтол. журн. 2005, No 4. С. 3. 37. Doolittle W.F. Phylogenetic classification and the universal tree // Science. 1999. Vol. 284, No 5423. P. 2124. 38. Dagan T., Artzy-Randrup Y., Martin W. Modular networks and cumulative impact of lateral transfer in prokaryote genome evolution // PNAS. 2008. Vol. 105, No 29. P. 10039. 39. Браун Т.А. Геномы. / Пер. с англ. М.- Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2011. 40. Treangen T.J., Rocha E.P.C. Horizontal transfer, not duplication, drives the expansion of protein families in prokaryotes // PLoS Genetics. 2011.Vol.7,No 1.e1001284.P. 1. 41. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2009. 42. Kaneko T., Minamisawa K., Isawa T., Nakatsukasa H., Mitsui H., Kawaharada Y., Nakamura Y., Watanabe A., Kawashima K., Ono A., Shimizu Y., Takahashi C., Minami C., Fujishiro T., Kohara M., Katoh M., Nakazaki N., Nakayama S., Yamada M., Tabata S., Sato S. Complete genomic structure of the cultivated rice endophyte Azospirillum sp. B510 // DNA Res. 2010. Vol. 17, No 1 P. 37. 43. Wisniewski-Dye F., Borziak K., Khalsa-Moyers G., Alexandre G., Sukharnikov L.O., Wuichet K., Hurst G.B., McDonald W.H., Robertson J.S., Barbe V., Calteau A., Rouy Z., Mangenot S., Prigent-Combaret C., Normand P., Boyer M., Siguier P., Dessaux Y., Elmerich C., Condemine G., Krishnen G., Kennedy I., Paterson A.H., Gonzalez V., Mavingui P., Zhulin I.B. Azospirillum genomes reveal transition of bacteria from aquatic to terrestrial environments // PLoS Genetics. 2011. Vol. 7, No 12. e1002430. P. 1. 44. Katsy E.I. Plasmid plasticity in plant-associated bacteria of the genus Azospirillum // In: Bacteria in agrobiology: plant growth responses / Ed. D.K. Maheshwari. Berlin: Springer, 2011. P. 139. 45. Марков А. Эволюция человека. В 2 кн. Кн. I. Обезьяны, кости и гены. М.: Астрель: CORPUS, 2012. 46. Марков А. Эволюция человека. В 2 кн. Кн. II. Обезьяны, нейроны и душа. М.: Астрель: CORPUS, 2012. 47. Докинз Р. Расширенный фенотип: длинная рука гена. М.: Астрель: CORPUS, 2011. 48. Добжанский Ф. Генетика и происхождение видов. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2010.

Short text (in English):