Πώς τα πουλιά απόκτησαν τα φτερά τους;
Μία έρευνα του 2016 χρησιμοποιεί τα βακτήρια για να δείξει ότι τα γονίδια μπορεί να προσφέρουν ένα «πρότυπο» που επιτρέπει σε οργανισμούς να εξελιχθούν με νέα χαρακτηριστικά από υπάρχοντα γονίδια.
Η εξέλιξη των σημαντικότερων νέων χαρακτηριστικών - όπως τα φτερά, τα κέρατα ή τα άκρα - είναι από καιρό γνωστό ότι παίζουν σημαντικό ρόλο επιτρέποντας σε οργανισμούς να αξιοποιήσουν τις νέες ευκαιρίες στο περιβάλλον τους.
Τι είναι ακόμα προς συζήτηση, όμως, είναι πώς αυτές οι σημαντικές αλλαγές προκύπτουν από γενετική άποψη.
Η έρευνα από μια διεθνή ομάδα εξελικτικών βιολόγων, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, έχει χρησιμοποιήσει τα βακτήρια για να δείξουν ότι η απόκτηση διπλών αντιτύπων των γονιδίων μπορεί να προσφέρει ένα «πρότυπο» που επιτρέπει σε οργανισμούς να αναπτύξουν νέα χαρακτηριστικά από περιττά αντίτυπα υπαρχόντων γονιδίων.
Ο διπλασιασμός γονιδίων έχει προταθεί και έχει δείξει ότι παίζουν βασικό ρόλο στην καινοτομία από το 1970, αλλά τα νέα ευρήματα προσθέτουν σημαντικά εμπειρικά στοιχεία που να υποστηρίζουν αυτή τη θεωρία.
Η μελέτη, στην οποία συμμετείχαν σε συνεργασία με ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό PLoS Genetics .
Ο καθηγητής Craig MacLean, στο Τμήμα Ζωολογίας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, δήλωσε: «Η εμφάνιση νέων χαρακτηριστικών, όπως τα φτερά, έχει διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη της βιολογικής ποικιλότητας. Ωστόσο, είναι συνήθως δύσκολο να κατανοήσουμε τις πραγματικές γενετικές αλλαγές που οδηγούν αυτές τις εξελικτικές καινοτομίες».
«Χρησιμοποιώντας ένα απλό βακτηριακό σύστημα ως πρότυπο, όπου τα βακτήρια εξελίσσονται έχοντας τη δυνατότητα να τρώνε νέες πηγές τροφής, ξεπεράσαμε αυτό το εμπόδιο».
Οι ερευνητές επέτρεψαν σε βακτήρια από 380 πληθυσμούς της Pseudomonas aeruginosa να εξελίξουν τα νέα χαρακτηριστικά με μεταβολές όπως την ικανότητα να αποδομούν νέα σάκχαρα. Αυτό τους έδωσε την ευκαιρία να παρακολουθήσουν την εξέλιξη που συμβαίνει σε πραγματικό χρόνο.
Μετά από 30 ημέρες εξέλιξης, η αλληλουχία των γονιδιωμάτων των βακτηρίων είχε εξελιχθεί με νέες μεταβολές ή γνωρίσματα. Βρήκαν ότι οι μεταλλάξεις που επηρεάζονται κυρίως από γονίδια εμπλέκονται σε αντιγραφή και μεταβολισμό και ότι η καινοτομία έτεινε να εξελιχθεί μέσω μεταλλάξεων σε προϋπάρχοντα διπλά γονίδια στο γονιδίωμα P. aeruginosa.
Διττός δρόμος οδηγεί στην καινοτομία, διότι ο γενετικός πλεονασμός επιτρέπει στα βακτήρια να εξελιχθούν με νέες μεταβολικές λειτουργίες, χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο τις υφιστάμενες λειτουργίες. Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι οι προηγούμενες εκδηλώσεις επικάλυψης μπορεί να είναι σημαντικές για τις μελλοντικές καινοτομίες.
Ο καθηγητής MacLean πρόσθεσε: «Το κλειδί στη μελέτη μας είναι ότι τα περιττά αντίγραφα γονιδίων παρέχουν στα βακτήρια ένα πρότυπο για την εξέλιξη με νέα χαρακτηριστικά χωρίς αυτό να θυσιάζει τα υπάρχοντα χαρακτηριστικά. Με άλλα λόγια, περιττά γονίδια επιτρέπουν στα βακτήρια να έχουν την πίτα ολόκληρη και τον σκύλο χορτάτο».
«Σε ανώτερους οργανισμούς όπως τα ζώα και τα φυτά, τα διπλά γονίδια προκύπτουν από αυθόρμητες επαναλήψεις των υφιστάμενων γονιδίων. Σε αντίθεση, τα βακτήρια έχουν την τάση να αποκτήσουν διπλά γονίδια από γειτονικά βακτηριακά κύτταρα μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων, η οποία είναι το βακτηριακό ισοδύναμο του σεξ.
Τα ευρήματα αυτά παρέχουν σημαντικά εμπειρικά στοιχεία που υποστηρίζουν το ρόλο της επικάλυψης των γονιδίων στην εξελικτική καινοτομία, και προτείνουν ότι μπορεί να είναι δυνατόν να προβλεφθεί η δυνατότητα των παθογόνων βακτηρίων να εξελίσσονται κλινικά με σημαντικά χαρακτηριστικά, όπως η λοιμογόνος δύναμη και η αντοχή στα αντιβιοτικά.
Γεωδίφης
Πηγή- Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης