Recepta na człowieka

 

Jak prosta bakteria mogła dać początek stworzeniu tak skomplikowanemu jak człowiek? Jeśli bowiem życie zapoczątkowały jednokomórkowe twory, skąd pochodzą te tysiące nowych genów, których one nie miały?
Odpowiedzi napływają z laboratoriów biologów eksperymentalnych. Twierdzą oni, że do powstania tak różnorodnych form życia przyczyniły się mechanizmy trudne do wyobrażenia za czasów Karola Darwina, choć doskonale pasujące do jego teorii ewolucji. Okazuje się, że w komórkach dochodzi do duplikowania fragmentów materiału genetycznego, a nawet do podwojenia genów. "Podwajanie genów materiałem dla ewolucji?" - artykuł pod tym tytułem opublikowano w tygodniku "Science". To podwajanie genów miałoby być mechanizmem umożliwiającym m.in. powstanie człowieka.
Darwin nie wiedział o istnieniu genów, więc nie mógł ich uwzględnić w swej teorii ewolucji. Sądził, że nowe cechy organizmów powstają w wyniku przypadkowych mutacji, a utrwalają się, gdy dają organizmom większe szanse przetrwania. Dziś wiadomo, że większość przypadkowych, drobnych mutacji w DNA jest szkodliwa. Wystarczy przejrzeć listę chorób genetycznych lub spis odkrywanych genów. "Wyizolowano gen raka nerki... raka sutka... gen otyłości". W każdym z tych wypadków powinno być napisane: "odkryto gen, którego mutacja wywołuje chorobę...", gdyż prawidłowy gen jej nie powoduje.
Oprócz mutacji polegających na drobnych zmianach w DNA w komórkach zdarzają się mutacje poważniejsze. Często sprzyjają im niekorzystne warunki. Zmienność tę zauważyli biolodzy z uniwersytetu w Chicago, a ich doświadczenia powtórzyli naukowcy z Harwardzkiej Szkoły Zdrowia Publicznego. Do eksperymentów użyli bakterii. Pozbawiali je pożywienia i odkryli, iż w genach wygłodzonych komórek dochodzi do dużych zmian. Wskutek cięcia i ponownego łączenia fragmentów DNA powstają ge-nomy o innej architekturze i możliwościach.
W podobny sposób bakterie bronią się przed antybiotykami. Szybka selekcja komórek o zmienionym wyposażeniu genetycznym pozwala im nie reagować na te leki. Ten cenny posag przekazują też innym. Także bakteriom innego gatunku. Bakterie trawienne po kilku spotkaniach z antybiotykami dzielą się opornością na te leki na przykład z bakteriami wywołującymi zapalenia płuc. Te szybkie zmiany - twierdzą naukowcy - mogą być ważniejszymi wydarzeniami w tworzeniu nowych gatunków niż powolne, drobne mutacje. Matt Ridley, autor książki "Genom, autobiografia gatunków", sugeruje, że kiedyś wymiana genów była czymś normalnym. Geny, które przetrwały w nas, mogą więc pochodzić z wielu różnych stworzeń.
Jak więc współczesna biologia tłumaczy powstawanie nowych grup systematycznych? Amerykański genetyk Susumo Ohno 30 lat temu ogłosił teorię, że rewolucje w świecie żywym - na przykład pojawienie się kręgowców - mogły się zdarzyć tylko przez podwojenie wszystkich genów. Genom jakiegoś bezkręgowca został w pewnym momencie wzbogacony o bliźniaczą kopię. Zamiast pojedynczego zestawu chromosomów powstały dwa komplety. Dodatkowe geny stały się swego rodzaju surowcem dla ewolucji. Mogły wypełniać nowe zadania. Pierwsza kopia, nie zmieniona, wykonywała zaś dotychczasowe funkcje, zapewniając organizmowi bezpieczne trwanie.
Przez lata brakowało do-wodów pozwalających przy-jąć lub odrzucić koncepcję
prof. Ohno. Dopiero ostatnio nowe narzędzia do sekwencjonowania genomów ułatwiły poszukiwania podwojonych genów, dodatkowych kopii chromosomów i bliźniaczych genomów. Jürg Spring z uniwersytetu w Bazylei stwierdził, że kręgowce mają cztery kopie genu odpowiedzialnego za produkcję białka tworzącego powierzchniową otoczkę komórek, zaś muszka owocowa - jedną. Zespół Petera Hollanda z uniwersytetu w Reading znalazł dowody podwojenia wszystkich genów bezkręgowców z gatunku Amphioxus w rybach kręgowych. Jest to zgodne z przewidywaniami prof. Ohno, który twierdził, że w historii życia na Ziemi zdarzyły się co najmniej dwie rundy podwajania genomów - jedna uczyniła możliwym powstanie kręgowców, druga zaś doprowadziła do ich ogromnego zróżnicowania.
Prof. Kenneth Wolfe z uniwersytetu w Dublinie bada, skąd brały się nowe geny na różnych etapach ewolucji. Przeszukał dostępne sekwencje ludzkiego genomu, tropiąc grupy genów istniejących przynajmniej w dwóch chromosomach. Znalazł 80 par takich genów. Jest to więcej, niż można by się spodziewać, gdyby powtórzenia zdarzały się tylko przypadkowo - twierdzi prof. Wolfe. Najliczniejsza grupa par - w chromosomie 2 i 12 - jest identyczna na długości 34 mln zasad. Podwojenie genomu jest najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem tej zgodności.
Duplikacje ludzkich genów pojawiły się 330-500 mln lat temu. Co działo się poźniej z naszymi genami, nie wiadomo. Informacje o ludzkich przodkach nie sięgają dalej w przeszłość niż na 10 mln lat. Pięć milionów lat temu mieliśmy jeszcze wspólnego przodka z szympansem. Dziś z tym ostatnim łączy nas 98 proc. genów. Mamy też 50 proc. genów wspólnych z robakiem C. elegans, a 300 z bakteriami. W każdej komórce znajduje się więc zapis ewolucji. Musimy tylko zrozumieć, jak powstał.