Ποια είναι η κινητήριος δύναμη της εξέλιξης;

Αυτό το θεμελιώδες ερώτημα απασχολεί τους επιστήμονες από την εποχή που ο Κάρολος Δαρβίνος έδωσε την πειστική απάντηση της φυσικής επιλογής.

Ωστόσο, το ερώτημα σχετικά με το τι κινεί την εξέλιξη δεν έχει απαντηθεί εξ ολοκλήρου και από καιρού εις καιρόν οι σύγχρονοι ερευνητές έρχονται να προσθέσουν νέες απαντήσεις.

Μία από τις εντυπωσιακότερες είδε το φως της δημοσιότητας την περασμένη εβδομάδα χάρη στις εργασίες ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρουζ των ΗΠΑ. Αφορά μάλιστα την εξέλιξη του ανθρωπίνου είδους η οποία, σύμφωνα με το σχετικό άρθρο στην επιθεώρηση Nature, μπορεί να αποδοθεί εν μέρει σε εναν ιδιότυπο εμφύλιο που μαίνεται ακόμη και σήμερα στο DNA μας. 

Πρωταγωνιστές και αντίπαλοι στον εμφύλιο αυτόν είναι τα μεταθετά στοιχεία (αλληλουχίες DNA οι οποίες έχουν την ικανότητα να μεταπηδούν από το ένα σημείο του γονιδιώματος στο άλλο) και γονίδια τα οποία ελέγχουν την κινητικότητα των μεταθετών στοιχείων.

Αρχαία συνάντηση

Τα μεταθετά στοιχεία, που πολύ παραστατικά στην αγγλική ονομάζονται jumping genes, έχουν μια ιστορία που χάνεται στα βάθη της εξέλιξης: θεωρούνται απομεινάρια αρχαίων ιών οι οποίοι μόλυναν πρώιμα είδη ζώων και εισήγαγαν το γενετικό υλικό τους σε αυτά πολύ προτού εξελιχθεί το ανθρώπινο είδος. Τώρα πια τα μεταθετά στοιχεία που έχουν ενσωματωθεί στο ανθρώπινο γενετικό υλικό πολλαπλασιάζονται μέσα στο γονιδίωμα του ατόμου που τα φιλοξενεί. Ανάλογα με τη θέση στην οποία θα «προσγειωθεί» ένα μεταθετό στοιχείο που πολλαπλασιάζεται, οι συνέπειες της μετάθεσης θα είναι ωφέλιμες, ουδέτερες ή καταστρεπτικές. Καθώς όμως οι μεγαλύτερες πιθανότητες είναι η μετάθεση να επιφέρει καταστρεπτικά αποτελέσματα, η φυσική επιλογή έχει ευνοήσει την εξέλιξη μηχανισμών οι οποίοι εμποδίζουν τη μετάθεση.

Ατακτες αλληλουχίες και οι ακοίμητοι «φρουροί»

Το πρώτο πράγμα που έκαναν οι αμερικανοί επιστήμονες ήταν να αναζητήσουν πρωτεΐνες οι οποίες καταστέλλουν τη μετακίνηση συγκεκριμένων μεταθετών στοιχείων. Πρόκειται μάλιστα για την πρώτη φορά που εντοπίστηκαν αυτοί οι καταστολείς και βρέθηκε ότι ανήκουν σε μια μεγάλη οικογένεια πρωτεϊνών που έχουν την ικανότητα να προσδένονται πάνω στο DNA (KRAB zinc finger proteins). Πρόκειται για τη μεγαλύτερη οικογένεια πρωτεϊνών που υπάρχει στα θηλαστικά και σχετίζεται με τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων.

Η επόμενη αναζήτηση των ερευνητών αφορούσε την εξέλιξη των γονιδίων που κωδικωποιούν για τις κατασταλτικές πρωτεΐνες, όπως αυτή προκύπτει από τη συγκριτική μελέτη των γονιδιωμάτων των θηλαστικών. Διαπίστωσαν ότι από τις 400 συνολικά πρωτεΐνες της οικογένειας KRAB, οι 170 εξελίχθηκαν μετά τον διαχωρισμό των πρωτευόντων από τα υπόλοιπα θηλαστικά.

Η παραπάνω αναζήτηση επέτρεψε στους ερευνητές να «διαβάσουν» την εξελικτική ιστορία των πρωτευόντων θηλαστικών, όπως αυτή γράφεται στις διαφορές που αθροίζονται στο DNA στην πορεία του εξελικτικού χρόνου. Σύμφωνα με το άρθρο τους, από τον κοινό μας πρόγονο ως την εξέλιξη του ανθρώπου στο γονιδίωμα των πρωτευόντων έλαβαν χώρα επαναλαμβανόμενα επεισόδια κατά τα οποία μια μετάλλαξη επέτρεπε σε ένα μεταθετό στοιχείο να διαφύγει τον έλεγχο των «φρουρών» του και να αρχίσει να μεταφέρεται σε διάφορα σημεία του γονιδιώματος ως τη στιγμή που ένα άλλο γεγονός θα ερχόταν να το σταματήσει. Ποιο γεγονός; Η περαιτέρω εξέλιξη του καταστολέα του, ώστε να επανακτήσει την αποτελεσματικότητά του. Με άλλα λόγια, η αύξηση του αριθμού των κατασταλτικών πρωτεϊνών που παρατηρείται κατά τη διάρκεια της εξέλιξης των πρωτευόντων θηλαστικών μπορεί να θεωρηθεί απόκριση στα συμβάντα αυξημένης κινητικότητας των μεταθετών στοιχείων.

Τότε και τώρα

Ο μηχανισμός μέσω του οποίου διενεργείται η καταστολή της μετακίνησης των μεταθετών στοιχείων περιλαμβάνει αρχικά την πρόσδεση της πρωτεΐνης KRAB στο DNA και την προσέλκυση μιας σειράς άλλων πρωτεϊνών οι οποίες δημιουργούν ένα σύμπλοκο μόριο. Η δυναμική των μορίων αυτών είναι τέτοια που επηρεάζει και τα γονίδια της ευρύτερης περιοχής. Ετσι, οι ερευνητές υποθέτουν ότι κατά τη διάρκεια της εξέλιξης οι καταστολείς όχι μόνο έχουν υιοθετηθεί για τη ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων που βρίσκονταν εκατέρωθεν των μεταθετών στοιχείων, αλλά και ότι όταν τα μεταθετά στοιχεία έχαναν την ικανότητά τους να μετατίθενται χάρη στη συγκέντρωση μεταλλάξεων, οι καταστολείς παρέμεναν στη θέση τους έχοντας ως ρόλο τη ρύθμιση της λειτουργίας των γειτονικών γονιδίων.

Με δεδομένο ότι τα μεταθετά στοιχεία εκτιμάται ότι αποτελούν το 50% του ανθρωπίνου γονιδιώματος, αντιλαμβάνεται κανείς ότι έχουν παίξει σημαντικότατο ρόλο στην εξέλιξή μας.

Τι συμβαίνει όμως σήμερα; Ε, λοιπόν, χάρη σε έναν ευφυή πειραματισμό, οι ερευνητές μπόρεσαν να καταδείξουν ότι ο εμφύλιος πόλεμος συνεχίζεται μέσα στο DNA καθενός από εμάς. Με τι αποτέλεσμα; Κανείς δεν μπορεί να απαντήσει και ούτε καν χρειάζεται. Γιατί έτσι είναι η εξέλιξη. Δρα ανεξέλεγκτα!

Οι άλλες 4 εξελικτικές δυνάμεις
Πώς εξηγείται η ποικιλομορφία των ζωντανών οργανισμών

Οι επιστήμονες αναγνωρίζουν τουλάχιστον τέσσερις δυνάμεις που συνέβαλαν και συμβάλλουν στην εξέλιξη των ειδών. Σε αυτές τις τέσσερις έρχεται να προστεθεί ο εμφύλιος στο DNA.

Η φυσική επιλογή:Ο σημαντικότερος παράγοντας εξέλιξης των ειδών. Περιγράφει τη διαδικασία μέσω της οποίας τα καλύτερα προσαρμοσμένα στις δεδομένες συνθήκες διαβίωσής τους άτομα αφήνουν περισσότερους απογόνους. Με τη σειρά τους οι απόγονοι αυτοί μεταφέρουν στους δικούς τους απογόνους τα γονίδια στα οποία οφειλόταν η πλεονεκτική θέση των γονέων τους.

Η γενετική παρέκκλιση:Η τυχαία επιλογή των αλληλόμορφων που επιβιώνουν. Προκύπτει από το γεγονός ότι διαθέτουμε δύο αντίγραφα των γονιδίων μας, ένα μητρικής και ένα πατρικής προέλευσης. Δεν έχουμε ωστόσο τον έλεγχο της τύχης τους, ούτε σε ό,τι αφορά την έκφρασή τους ούτε και την κληροδότησή τους στους απογόνους μας.

Η γονιδιακή ροή:Η μεταφορά γονιδίων από έναν πληθυσμό σε έναν άλλον. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η μεταφορά γύρης προς περιοχές που δεν είχε φτάσει στο παρελθόν.

Οι μεταλλάξεις:Οι τυχαίες αλλαγές στη σειρά γραμμάτων του DNA που προκύπτουν κατά τη διαδικασία του διπλασιασμού του και οι οποίες μπορεί να αλλάξουν τη φυσιολογία και τη μορφολογία του, αλλά και να κληροδοτηθούν στους απογόνους εφόσον αυτές συμβαίνουν στο DNA των γενετικών κυττάρων ενός οργανισμού.