Wyjaśnienie zagadki zrównoważonych systemów letalnych
Zrównoważone mechanizmy letalne stanowią jedną z zagadek ewolucji. Ta nietypowa konfiguracja genetyczna oznacza, że do swojego przetrwania organizm potrzebuje dwóch wersji chromosomu – A i B. Wyłącznie osobniki posiadające obie wersje są zdolne do przetrwania, aczkolwiek wszelkie potomstwo, które przypadkowo odziedziczy dwie kopie którejkolwiek wersji – jest skazane na śmierć. „Ta dziedziczna choroba powoduje wymieranie na ogromną skalę”, mówi Ben Wielstra(odnośnik otworzy się w nowym oknie), biolog ewolucyjny na Uniwersytecie w Lejdzie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i pracownik holenderskiego Centrum Różnorodności Biologicznej Naturalis. „Wydaje się sprzeczne z intuicją, że taki nieprzystosowawczy mechanizm mógłby kiedykolwiek powstać w procesie ewolucji”. Jednak zrównoważone systemy letalne istnieją zarówno u zwierząt, jak i u roślin. Zatem jaki jest ich cel? Wyjaśnieniem tej ewolucyjnej zagadki zajęli się uczeni skupieni wokół projektu BALANCED LETHALS, finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Wielstra i jego zespół prowadzili badania dotyczące zrównoważonego systemu letalnego na przykładzie traszek z rodzaju Triturus.
Od supergenu do „bloopergenu”
Dwie różne wersje chromosomów w zrównoważonym systemie letalnym są „supergenami”, ponieważ są dziedziczone, jak gdyby były pojedynczym genem. „Zrównoważony system letalny z definicji wiąże się z ogromnymi kosztami reprodukcyjnymi”, dodaje Wielstra. „Dlatego – pół żartem, pół serio – ukuliśmy termin »bloopergen«, który odnosi się do supergenu stojącego za zrównoważonym systemem letalnym”. Aby zgłębić zagadnienie „bloopergenów”, zespół przeprowadził pionierskie badanie nad ogromnym i złożonym genomem traszki. Przy pomocy modelowania ewolucyjnego uczeni poszukiwali scenariusza, który mógł doprowadzić do powstania takiego systemu, szczegółowo opisując jego architekturę genomową. „To pierwszy raz, kiedy udało się wyjaśnić narodziny zrównoważonego systemu letalnego”, podkreśla Wielstra.
Dlaczego dobór naturalny niekoniecznie nam sprzyja
Wyniki projektu BALANCED LETHALS wykazały, że w porównaniu z przodkami w każdej z wersji A i B brakuje unikalnego dużego fragmentu DNA obejmującego wiele genów, zaś ten brakujący fragment jest powielony w drugiej wersji. W konsekwencji do posiadania pełnego zestawu genów wymagane są obie wersje, co wyjaśnia, dlaczego wszyscy dorośli je posiadają. Potomstwo, które otrzyma którąkolwiek z tych wersji dwukrotnie, umiera wewnątrz jaja. Naukowcy doszli do wniosku, że odziedziczony chromosom musiał zostać przekazany – w całości – przodkowi Triturus z linii ewolucyjnej, która nie była blisko spokrewniona, zanim podzielił się on na wersje A i B. „Wprawdzie utrata chromosomu przodka musiała być anomalią, jednak po ugruntowaniu się zrównoważonego systemu letalnego jest on niezwykle stabilny”, wyjaśnia Wielstra. Podczas gdy dobór naturalny zwykle kojarzy się nam z wieloma eleganckimi zmianami adaptacyjnymi obserwowanymi w przyrodzie, wyniki sugerują, że nie zawsze tak jest. „Projekt BALANCED LETHALS dowodzi, że ewolucja poprzez mechanizm doboru naturalnego nie dba – nie jest w ogóle zdolna do dbania – o nas”, zaznacza Wielstra.
Wyjaśnienie ewolucji z zabójczym zwrotem akcji
Zespół wykorzystał zrównoważony system letalny do nauczania podstawowych zasad doboru naturalnego w sposób angażujący opinię publiczną. Było to możliwe dzięki publikacji kilku popularnonaukowych artykułów i prowadzeniu zajęć praktycznych w dedykowanym laboratorium na Uniwersytecie w Lejdzie. Obecnie naukowcy pracują nad stworzeniem genomu Triturus, co nie jest łatwym zadaniem, biorąc pod uwagę jego ogromne rozmiary. Ponadto zajmują się analizą ekspresji genów z myślą o znalezieniu genów odpowiedzialnych za śmierć. „Kolejny duży projekt badawczy, który chcę zrealizować, będzie dotyczył faktycznego działania zrównoważonego systemu letalnego, a więc tego, w jaki sposób zabija”, dodaje Wielstra. „To będzie naprawdę fascynujące”.
