Από την ανακάλυψη ενός τέτοιου φαινομένου όπως η οριζόντια μεταφορά γονιδίων, δηλαδή όχι από τους γονείς στους απογόνους, ολόκληρος ο ζωντανός κόσμος στον πλανήτη μας έχει αναπαρασταθεί ως ένα ενιαίο σύστημα πληροφοριών. Και σε αυτό το σύστημα καθίσταται δυνατό να δανειστεί κανείς μια επιτυχημένη εξελικτική εφεύρεση ενός είδους από ένα άλλο. Τι είναι η κάθετη και οριζόντια μεταφορά γονιδίων, ποιοι είναι οι μηχανισμοί αυτής της διαδικασίας και παραδείγματα στον οργανικό κόσμο - όλα αυτά είναι το άρθρο.
Γείτονα γονίδια
Όλοι γνωρίζουν ότι παίρνουμε τα γονίδιά μας από τους γονείς μας. Και είναι από τους γονείς τους. Αυτή είναι η κάθετη μεταφορά. Και αν ξαφνικά συμβεί μια μετάλλαξη που αποδειχθεί χρήσιμη για την επιβίωση ή την προσαρμογή και αποκτήσει βάση στο γονιδίωμα του πληθυσμού, τότε το είδος θα αποκτήσει πλεονεκτήματα στον αγώνα για ύπαρξη.
Ταυτόχρονα, ένα άτομο έχει τα δικά του γονίδια,οι αφίδες έχουν τις δικές τους και οι καρχαρίες έχουν τις δικές τους. Είναι σχεδόν αδύνατο να περάσουν μεταξύ των ειδών. Αλλά μερικές φορές συμβαίνει - πρόκειται για οριζόντια μεταφορά γονιδίων.
Αυτό κάνει η σύγχρονη γενετική μηχανική. Οι γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί είναι το αποτέλεσμα μιας τέτοιας μεταφοράς γονιδίων (για παράδειγμα, η φωτεινή αργοπορία στην παραπάνω φωτογραφία). Αλλά στη φύση, αυτό το φαινόμενο υπάρχει εδώ και πολύ καιρό.
Η καρδιά του θέματος
Κάθετη μεταφορά γονιδίου είναι το φαινόμενο της μεταφοράς κληρονομικού υλικού από γονικές μορφές σε θυγατρικούς οργανισμούς.
Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι μια φυσική κατάσταση μεταφοράς γονιδίων από έναν ενήλικο οργανισμό σε έναν άλλο. Ταυτόχρονα, δύο οργανισμοί υπάρχουν αντικειμενικά και μερικές φορές ανήκουν σε διαφορετικά βιολογικά είδη.
Ένα παράδειγμα οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων στα βακτήρια είναι η μεταφορά γονιδίων ανθεκτικότητας από ένα βακτηριακό στέλεχος σε ένα άλλο.
Απαραίτητες προϋποθέσεις
Για να κατανοήσουμε αυτό το φαινόμενο, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τις συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατή κατ' αρχήν μια τέτοια μεταφορά, δηλαδή:
- Είναι απαραίτητο να υπάρχει ενδιάμεσος για τη «μεταφορά» γονιδίων από το ένα κύτταρο στο άλλο, από τον έναν οργανισμό στον άλλο.
- Πρέπει να υπάρχει ένας μοριακός μηχανισμός που θα επιτρέπει την εισαγωγή ξένων γονιδίων στο σύνολο γονιδίων του ξενιστή.
Αυτές οι προϋποθέσεις μπορεί κάλλιστα να πληρούνται από ρετροϊούς και άλλα τρανσποζόνια (στοιχεία DNA). Και είναι ακριβώς τέτοιες μέθοδοι οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων που η γενετική μηχανική έχει υιοθετήσει σήμερα.
Αν καιΣήμερα, οι μηχανισμοί μιας τέτοιας μεταφοράς γονιδίων μελετώνται μόνο· εκτός από τους ιούς, μια τέτοια μεταφορά μπορεί να συμβεί και με τη βοήθεια ελεύθερων τμημάτων δεοξυριβονουκλεϊκών οξέων (transposoons), τα οποία εισέρχονται στο σώμα μέσω μιας απλής εισαγωγής ή με παρασιτικούς οργανισμούς. Το τελευταίο μπορεί να αλλάξει όχι μόνο τη γενετική συσκευή του ξενιστή, αλλά και την οικολογική του θέση στο σύστημα βιοκαινισμού.
Φόντο
Ήταν η μεταφορά γονιδίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά μεταξύ διαφορετικών βακτηριακών στελεχών που περιγράφηκε για πρώτη φορά στην Ιαπωνία το 1959.
Ήδη από τα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι μοριακοί βιολόγοι απέδειξαν ότι η οριζόντια μεταφορά γονιδίων σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες εμπλέκεται στην εξελικτική ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη μας.
Το 2010, δημοσιεύθηκε μια μελέτη του καθηγητή Cedric Feschott, η οποία παρουσίαζε μια ανάλυση του γονιδιώματος των πιθήκων opossum και saimiri. Τους δάγκωσε ένα είδος ζωύφιου. Στο γονιδίωμα των θηλαστικών, έχει βρεθεί ένα transpozoon που έχει κατά 98% ταυτότητα με τα έντομα. Προς ενημέρωσή σας, αυτά τα σφάλματα δαγκώνουν όχι μόνο πιθήκους και οπόσουμ.
Από εδώ και στο εξής, η υπόθεση της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων μεταξύ διαφορετικών τομέων οργανισμών έχει γίνει ένα νέο παράδειγμα της βιολογίας.
Πολύχρωμα σφάλματα
Και αν η οριζόντια μεταφορά γονιδίων στα βακτήρια τα τελευταία 30 χρόνια δεν έχει εγείρει αμφιβολίες στους βιολόγους, τότε η πιθανότητα της σε πολυκύτταρους οργανισμούς έχει εγείρει πολλά ερωτήματα. Τότε ήταν που την προσοχή των βιολόγων τράβηξε η κοινή αφίδα, στην οποίαυπάρχουν άτομα με πράσινο και κόκκινο χρώμα του σώματος.
Μια ανάλυση των χρωστικών που δίνουν χρώμα στα κόκκινα άτομα αποκάλυψε την παρουσία καροτενοειδών - φυτικών χρωστικών. Από πού πήραν οι αφίδες γονίδια που είναι μοναδικά για τους φυτικούς οργανισμούς; Σήμερα, η αλληλούχιση του γονιδιώματος των εντόμων είναι μια αρκετά απλή υπόθεση για τους ερευνητές. Έτσι ανακαλύφθηκε ότι τα γονίδια των αφίδων που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση της κόκκινης χρωστικής είναι εντελώς πανομοιότυπα με εκείνα ορισμένων μυκήτων που παρασιτούν στο σώμα των αφίδων χωρίς να προκαλούν ορατή βλάβη.
Πιθανότατα, στην αυγή της εξέλιξης των αφίδων (περίπου 80 εκατομμύρια χρόνια πριν) υπήρξε μια αποτυχία στη γενετική μηχανή και τα γονίδια των μυκήτων ενσωματώθηκαν στο γονιδίωμα των εντόμων.
Εξέλιξη και βιοποικιλότητα
Όλες οι φυλογενετικές συστηματικές του οργανικού κόσμου βασίζονται στην έννοια της απόκλισης του Δαρβίνου. Η ουσία του είναι η εξής: μόλις συμβεί αναπαραγωγική απομόνωση μεταξύ πληθυσμών ενός είδους, μπορούμε να μιλήσουμε για τη διαδικασία της ειδογένεσης. Και ήδη δύο είδη συνεχίζουν να εξελίσσονται με βάση τη φυσική επιλογή και τις τυχαίες μεταλλάξεις.
Η ανακάλυψη της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων μεταξύ ειδών και μεγαλύτερων ταξινομικών κατηγοριών απέδειξε μόνο ότι σε μια τόσο σύντομη χωροχρονική περίοδο (4 δισεκατομμύρια χρόνια), η ζωντανή ύλη στον πλανήτη μας θα μπορούσε να μετατραπεί από μονοκύτταρες μορφές σε εξαιρετικά οργανωμένες πολυκύτταρες.
Έτσι, ολόκληρος ο βίος του πλανήτη γίνεται ένα ενιαίο εργαστήριο για τη δημιουργία νέων κληρονομικών χαρακτηριστικών, και είναι η οριζόντια κίνηση των γονιδίωνθα μπορούσε και συνεχίζει να επιταχύνει σημαντικά την εξελικτική διαδικασία.
Ας δανειστούμε μερικά γονίδια
Το 2015, ο γενετιστής Alistair Crisp από το Cambridge (Ηνωμένο Βασίλειο) μελέτησε το γονιδίωμα 12 ειδών φρουτόμυγες Drosophila, 4 ειδών στρογγυλών σκουληκιών και 10 ειδών πρωτευόντων (ένα εκ των οποίων είναι άνθρωπος). Ο επιστήμονας έψαχνε για «εξωγήινες» τομές DNA.
Αποτελέσματα έρευνας επιβεβαίωσαν την παρουσία 145 περιοχών στα γονιδιώματα που είναι αποτέλεσμα οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων σε ευκαρυώτες.
Μερικά από αυτά τα γονίδια εμπλέκονται στο μεταβολισμό των πρωτεϊνών και των λιπιδίων, τα άλλα - στις ανοσολογικές αποκρίσεις. Το πιο σημαντικό, ήταν δυνατό να εντοπιστούν πιθανοί δότες αυτών των γονιδίων. Αποδείχτηκε ότι ήταν πρωτιστές (οι πιο απλοί ευκαρυώτες), βακτήρια (προκαρυώτες) και μύκητες.
Τι γίνεται με εμάς
Είναι ήδη αξιόπιστα γνωστό ότι μέσω της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων στους ανθρώπους εμφανίστηκαν τα γονίδια που ευθύνονται για τους τύπους αίματος AB0.
Τα περισσότερα στοιχεία για μια τέτοια μεταφορά γονιδίων στα πρωτεύοντα είναι πολύ αρχαίας προέλευσης, που χρονολογούνται από έναν κοινό πρόγονο με άλλα χορδοειδή.
Σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες, ο σχηματισμός του πλακούντα στους ανθρώπους είναι επίσης υπεύθυνος για το γονίδιο του ιού, το οποίο συλλήφθηκε κάπου στην αυγή του σχηματισμού των πλακούντων ζώων.
Τα αποτελέσματα της αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος έδειξαν ότι περιέχει περίπου το 8% τεμαχίων ιικών γονιδιωμάτων, τα οποία ονομάζονται «γονίδια ύπνου».
Η Εποχή των Μεταλλαγμένων
Εδώ φτάνουμετο θέμα των ιστοριών τρόμου με τις οποίες τρομάζουν οι πράσινοι ακτιβιστές. Τι θα συμβεί αν αυτά τα «κοιμισμένα» γονίδια ενεργοποιηθούν; Ή μήπως ένα τσιμπούρι δαγκώνει ένα άτομο και τραβάει κάποιο είδος φρίκης στο γονιδίωμά του; Ή μήπως τρώμε γενετικά τροποποιημένη σόγια και γινόμαστε μεταλλαγμένοι; Αλλά στο κάτω-κάτω, εδώ και 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η βιοποικιλότητα στον πλανήτη έχει αυξηθεί και εσύ κι εγώ είμαστε ακόμα λίγο σαν τις φάλαινες, όπως οι αφίδες είναι σαν τα μανιτάρια. Γιατί είναι αυτό;
Πρώτον, ο μηχανισμός της οριζόντιας μεταφοράς υπάρχει στη φύση όσο υπάρχει η ίδια η ζωή. Και στο παράδειγμα των αφίδων, είναι απολύτως σαφές ότι μια τέτοια μεταφορά γονιδίων στόχευε ακριβώς στην αύξηση της προσαρμοστικότητας των οργανισμών στις περιβαλλοντικές συνθήκες (τα κόκκινα είναι λιγότερο ορατά σε ορισμένα μέρη των φυτών). Και οι γενετικοί μηχανικοί με αυτή την έννοια δεν βρήκαν κάτι νέο. Οι ντομάτες με γονίδια ψαριών της Αρκτικής έχουν αυξημένη ανοχή στο κρύο, γεγονός που τους επιτρέπει να καλλιεργούνται σε βόρειες περιοχές.
Δεύτερον, παρά τη δυνατότητα γενετικής μεταφοράς, δεν έχουμε ακόμη παρατηρήσει την ενοποίηση (ομοιομορφία) του γονιδιώματος όλων των ζωντανών οργανισμών στον πλανήτη. Η σταθερότητα του βιολογικού συστήματος, που είναι το κύτταρο και ο οργανισμός, είναι αρκετά υψηλή ώστε να περιορίσει την αναποτελεσματική μεταφορά γονιδίων. Αλλά ταυτόχρονα, αυτή η μεταφορά είναι το εργαλείο της βιολογικής εξέλιξης, που οδηγεί στη βιοποικιλότητα. Έτσι, δεν θα αργήσει να μοιάσουν οι αρκούδες με χαρταετούς και οι σκύλοι σαν χαμαιλέοντες.
