Supergeni koji ubrzavaju evoluciju pronađeni u ribljoj DNK

Skrivena u ribljoj DNK nalaze se moćna genetska uvrtanja koja mogu objasniti jednu od najvećih misterija prirode: kako se nove vrste formiraju tako brzo.

U jezeru Malavi, stotine vrsta riba ciklida evoluirale su neverovatnom brzinom i naučnici sad misle da je tajna u „prevrnutim“ delovima DNK – takozvanim hromozomskim inverzijama. Ove inverzije grupišu korisne kombinacije gena, stvarajući „supergene“ koji pomažu ribama da se brzo prilagode različitim okruženjima, od dubokih voda do peščanih obala.

Preporučujemo

Istraživači su otkrili snažan genetski mehanizam koji može pomoći da se objasni kako se neke vrste razvijaju iznenađujućom brzinom. Neki delovi DNK - „prevrnuti“ segmenti - izgleda pomažu ribama da se brzo prilagode novim okruženjima i da se podele u potpuno nove vrste. Ove genetske odlike funkcionišu kao evolucioni akceleratori, čuvajući korisne osobine i ubrzavajući promenu.

Jedno od najvećih pitanja u biologiji jeste kako je Zemlja postala dom tako širokom spektru biljaka i životinja. Ciklidi u jezeru Malavi, u Istočnoj Africi, daju upečatljiv primer. U ovom jednom jezeru, više od 800 vrsta je nastalo od zajedničkog pretka za mnogo manje vremena nego što je ljudima i šimpanzama trebalo da se raziđu.

Još izvanrednije, čitava ova diverzifikacija se dogodila unutar istog tela vode. Neki ciklidi su evoluirali u predatore, dok su se drugi specijalizovali da jedu alge, filtriraju pesak ili konzumiraju plankton. Svaka vrsta je kreirala sopstvenu ekološku ulogu uprkos tome što žive jedna pored druge.

Naučnici sa Univerziteta u Kembridžu i Univerziteta u Antverpenu pokušali su da razumeju kako je ovaj brzi nalet evolucije bio moguć.

Otkriće prevrnutih DNK segmenata

Istraživači su analizirali DNK više od 1.300 ciklida. Tražili su genetske odlike koje bi mogle objasniti neobično brz tempo evolucije. „Otkrili smo da su, kod nekih vrsta, veliki delovi DNK na pet hromozoma prevrnuti – tip mutacije nazvan hromozomska inverzija“, kažu oni.

U normalnim uslovima, reprodukcija uključuje rekombinaciju, proces kad se DNK oba roditelja meša. Međutim, unutar ovih prevrnutih regiona, mešanje je blokirano. Kao rezultat toga, grupe gena ostaju povezane i prenose se netaknute. Tako se čuvaju kombinacije osobina koje su već korisne, omogućavajući evoluciji da napreduje efikasnije.

„To je kao kutija alata gde su svi najkorisniji alati vezani zajedno, čuvajući korisne genetske kombinacije koje pomažu ribama da se prilagode različitim okruženjima“, kažu istraživači.

„Supergeni“ i brza adaptacija

Ove povezane grupe gena se često nazivaju „supergeni“. Kod ciklida, izgleda da igraju veliku ulogu u oblikovanju razlika između vrsta. Iako se različite vrste mogu i dalje ukrštati, ove inverzije ograničavaju koliko se njihova DNK meša, pomažući u održavanju različitih osobina.

Ovo je posebno važno u oblastima gde se vrste preklapaju, kao što su otvorene peščane oblasti jezera gde nema jasnih fizičkih granica koje razdvajaju staništa.

Mnogi geni u okviru ovih supergena utiču na osobine bitne za opstanak i reprodukciju, uključujući vid, sluh i ponašanje. Na primer, ribe koje žive duboko u vodi (do 200 metara) moraju da se izbore sa slabim svetlom, visokim pritiskom i drugačijim izvorima hrane u poređenju sa ribama blizu površine. Njihovi supergeni pomažu u očuvanju specifičnih adaptacija potrebnih za te uslove.

„Kada se različite vrste ciklida ukrštaju, čitave inverzije mogu se prenositi između njih – donoseći osobine ključne za preživljavanje, kao što su adaptacije na specifična okruženja, ubrzavajući proces evolucije“, kažu naučnici.

Šira uloga u evoluciji

Hromozomske inverzije čine više od očuvanja korisnih osobina. Takođe mogu funkcionisati kao polni hromozomi, utičući na to da li će se jedinka razviti kao muška ili ženska. Pošto određivanje pola ima ulogu u formiranju vrste, ovo dodaje još jedan sloj razumevanju evolucije.

„Iako se naša studija fokusirala na ciklide, hromozomske inverzije nisu specifične za njih“, kažu naučnici. „Prisutne se i kod mnogih drugih životinja – uključujući ljude – i sve više se smatraju ključnim faktorom u evoluciji i biodiverzitetu“.

Istraživači veruju da bi ovi nalazi mogli pomoći u odgovoru na dugotrajno pitanje kako se život tako brzo diverzifikuje pod pravim uslovima. „Dugo proučavamo proces specijacije. Sad, razumevajući kako se ovi supergeni razvijaju i šire, približavamo se odgovoru na jedno od velikih pitanja nauke: kako život na Zemlji postaje tako bogat i raznolik?“.

(Telegraf Nauka/Science Daily)