Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

Odkrycie sekretów genetyki związanych z ewolucją życia

Cechy genetyczne, które pozornie wydają się złożone, mogą w rzeczywistości łatwo ewoluować, a istotnym czynnikiem przyśpieszającym ten proces jest wymiana genetyczna między gatunkami. To przełomowe odkrycie może zrewolucjonizować nasze rozumienie życia na planecie.

Badania podstawowe

Dobór naturalny to proces, który z czasem prowadzi do zmian w charakterystyce gatunku. Niektóre osobniki dysponują genami, które lepiej przystosowują je do życia w określonym otoczeniu. Osobniki te przetrwają i będą się lepiej rozmnażać, a ich geny będą w związku z tym obecne u większej liczby osobników nowego pokolenia. „Doskonałym przykładem skutków gwałtownego występowania doboru naturalnego jest pojawienie się bakterii opornych na działanie antybiotyków”, zauważa Pascal-Antoine Christin, koordynator projektu ComplEvol i pracownik naukowy Uniwersytetu w Sheffield (Zjednoczone Królestwo). „Po zastosowaniu antybiotyków rozmnożyć zdołają się jedynie bakterie przenoszące gen oporności i to z nich powstaną nowe osobniki. Będzie to oznaczało gwałtowny wzrost częstotliwości występowania odpornych bakterii”. Naukowcy z jednej strony doskonale rozumieją, w jaki sposób działa dobór naturalny, z drugiej strony zdecydowanie mniej zrozumiałe dla nich są procesy decydujące o tym, które z bardzo złożonych cech wyłonią się w jego efekcie. Przykładowo niektóre cechy okazują się być korzystne tylko przy jednoczesnym występowaniu różnych elementów.

Wyjaśnienie ewolucji roślin

W trakcie trwania projektu ComplEvol Christin skupiał się na lepszym zrozumienie sposobu, w jaki ewoluował złożony proces przeprowadzany przez rośliny, zwany fotosyntezą C4. „Proces fotosyntezy C4 wyewoluował w roślinach jako mechanizm dostosowujący je do życia w atmosferze o niskiej zawartości CO2, która utrzymywała się na Ziemi przez ostatnie 30 milionów lat”, wyjaśnia naukowiec. „Jednakże cecha C4 okazuje się korzystna wyłącznie, gdy dojdzie do jednoczesnego działania kilku enzymów. W jaki sposób więc doszło do jej wytworzenia?”. Christin wraz z zespołem badał początki fotosyntezy C4 u traw z gatunku Alloteropsis semialata. „Skoncentrowaliśmy się na tym gatunku trawy między innymi dlatego, że mechanizm fotosyntezy C4 wyewoluował u niego stosunkowo niedawno”, dodaje Christin. „Wśród jego przedstawicieli nadal można znaleźć osobniki, które tej cechy nie wykazują. Udało się nam pobrać próbki z grup, w których występuje cecha C4, oraz z takich, w których jej brak, i przeprowadzić analizę porównawczą”. Christin zdołał wykazać, że fotosynteza C4 może pojawić się po zaledwie kilku modyfikacjach. „Osobniki zdolne do fotosyntezy C4 różnią się od osobników jej niewykazujących zaledwie kilkoma dodatkowymi genami i zmianami komórkowymi”, wyjaśnia. „Aby u gatunku zaczęła zachodzić fotosynteza C4, wystarczy zaledwie kilka zmian. Następnie do głosu dochodzi dobór naturalny, który ulepsza tę cechę i sprawia, że stopień jej skomplikowania i wydajności narasta postępowo”. Projekt wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych unaocznił też wagę wymiany genetycznej w ewolucji cech złożonych. Christin odkrył, że niektóre geny niezbędne do umożliwienia fotosyntezy C4 zostały „skradzione” innym gatunkom roślin, co znacznie przyspieszyło proces ewolucji.

Zrozumieć procesy ewolucyjne

Odkrycia poczynione podczas projektu mogą mieć ogromne znaczenie. Uprawy i trawy, które wykorzystują fotosyntezę C4, dominują w obszarach tropikalnych i subtropikalnych. Zaliczają się do nich kukurydza, trzcina cukrowa, sorgo czy proso. „Dowodzi to, że bardzo złożone cechy w rzeczywistości ewoluują bez większych trudności”, podkreśla Christin. „Stopień skomplikowania wynika w znacznym stopniu ze zmian, które nagromadzają się w wyniku powtórzonego występowania doboru naturalnego”. To fascynujące odkrycie stanie się początkiem nowych badań. „Aby zrozumieć znaczenie ekologiczne każdego z elementów procesu C4, chcemy skrzyżować ze sobą osobniki gatunku Alloteropsis semialata dysponujące tą cechą i jej pozbawione”, wyjaśnia badacz. „Ich potomstwo będzie miało tylko część genów rodzica z cechą C4. Dzięki temu zdołamy ocenić, jak poszczególne cechy wpływają na przetrwanie roślin w warunkach, w których brak innych elementów wywołujących wytworzenie zdolności do fotosyntezy C4”. Christin jest także zainteresowany określeniem stopnia, w jakim dochodzi do wymiany materiału genetycznego między gatunkami. „Czy taki mechanizm zachodzi dla wszystkich gatunków, czy tylko dla niektórych? Pytania te mają ogromne znaczenie dla naszego rozumienia ewolucji, ale są też istotne z punktu widzenia agronomii”, dodaje.

Słowa kluczowe

ComplEvol, genetyka, ewoluować, geny, antybiotyki, uprawy, fotosynteza, genetyczny, ewolucyjny

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania