Małpa z głową

Mimo że tak bardzo różnimy się od szympansów, nasze geny są prawie identyczne. Odmiennych mamy zaledwie 1-2 proc. genów. Według Johna Maddoxa, autora książki "Co pozostaje jeszcze do odkrycia" ("What Remains To Be Discovered"), chcąc poznać sedno różnic między człowiekiem a szympansem, trzeba przeanalizować zapis informacji genetycznej obu gatunków. Wówczas być może uda się nam rozwikłać zagadkę człowieczeństwa. Cały genom człowieka zostanie poznany za dwa, trzy lata. Systematycznego rozszyfrowania genomu szympansa na razie nie przewiduje się, ale w wielu ośrodkach prowadzone są analizy porównawcze obu genomów.

Svante Paabo, genetyk molekularny z Instytutu Maxa Plancka w Monachium, tworzy centrum badania naczelnych w Lipsku. Niemiecki Human Genome Project przeznaczył na ten cel 1,1 mln USD. Lipski ośrodek skupi się na porównawczych badaniach molekularnych małp człekokształtnych. Niedawno na łamach "Science" Edwin McConkey z Uniwersytetu Boulder w Kolorado stwierdził kurtuazyjnie, iż w najbliższych latach większość badań nad genomem naczelnych będzie prowadzona właśnie w Lipsku. Konkurentem, a równocześnie współpracownikiem tego ośrodka jest Yarkes Regional Primate Research Center z Atlanty, instytut zajmujący się genetycznymi, neuroanatomicznymi i behawioralnymi badaniami porównawczymi szympansów i ludzi.
Różnice w genomie człowieka i małp człekokształtnych dotyczą nie tylko zawartości genów, lecz także ich lokalizacji w chromosomach. W jądrze każdej ludzkiej komórki znajdują się 23 pary chromosomów, a u małp człekokształtnych - 24. Co więcej, wydaje się, że 18 z nich jest niemal identycznych. Nasi wspólni przodkowie 6 mln lat temu mieli taki sam zestaw chromosomów. Później doszło m.in. do tzw. translokacji, czyli przemieszczenia fragmentów chromosomów. Niektóre cząstki zmieniły swe miejsce w obrębie tego samego chromosomu lub przeniosły się do innego. W ten sposób nasi protoplaści już po rozdzieleniu się na małpy człekokształtne i hominidy utracili jedną parę chromosomów. Nasze dziedzictwo genetyczne nie zostało jednak pozbawione w ten sposób znajdujących się w "zaginionym" chromosomie genów. Uległy one wyłącznie znacznemu przegrupowaniu - w efekcie znalazły się obok innych genów lub w obszarach, których funkcji nie znamy. Przemieszczenie genów ma istotne znaczenie dla sposobu odczytywania informacji genetycznej. Może więc być motorem zmiany ich funkcjonowania. Co więcej, niekiedy tym przegrupowaniom towarzyszyły pomyłki mogące prowadzić do mutacji genów.
Zespół naukowców z Baylor College of Medicine w Houston w USA pod kierownictwem Davida Nelsona i Elizabeth Nickerson wykrył subtelne różnice w genomie szympansa i człowieka, które mogą być następstwem zmiany lokalizacji fragmentów chromosomów. Uczeni badali rozmieszczenie niewielkiego obszaru genomu zawierającego gen AF4, kodujący pewien czynnik transkrypcyjny u obu gatunków (czynniki transkrypcyjne to białka łączące się z odpowiednimi obszarami DNA i regulujące włączanie lub wyłączanie transkrypcji, czyli przepisywania informacji genetycznej na RNA). Gen AF4 jest interesujący zwłaszcza dlatego, że - jak wykazano - mutacje w jego obrębie mają związek z występowaniem ostrych białaczek u ludzi. Małpy człekokształtne są bardziej odporne na takie schorzenia. Naukowcy z Houston wykryli ostatnio, że analizowany przez nich obszar genomu wraz z genem AF4 znajduje się w chromosomie czwartym zarówno u człowieka, jak i u małp człekokształtnych. U szympansa ten fragment DNA przeniósł się jednak w inne miejsce chromosomu i w dodatku został odwrócony. Ta zmiana spowodowała, że czynnik transkrypcyjny AF4 szympansa różni się od ludzkiego, a jego ekspresja (czyli pojawianie się RNA i samego białka) jest zupełnie inna. Dalsze prace badawcze wykażą, czy to rzeczywiście decyduje o większej odporności szympansów na białaczkę.
Poszukiwania różnic biochemicznych prowadzone m.in. przez grupę naukowców pod kierownictwem Ajita Varkiego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego wykazały, iż na powierzchni komórek ludzkich - w odróżnieniu od zwierzęcych - znajduje się zmieniona forma kwasu neuraminowego - brakuje w niej jednego atomu tlenu. Ta subtelna różnica powoduje, że ta cząsteczka ma w naszych komórkach inne właściwości niż u zwierząt. Kwas neuraminowy szympansów (Neu5Gc) i ludzi (Neu5Ac) jest niezbędny do przekazywania informacji między komórkami. Przypuszcza się, że odgrywa bardzo ważną rolę w komunikacji międzykomórkowej rozwijającego się mózgu. Pośrednio decydowałby więc o sposobie łączenia się neuronów i szybkości procesu kształtowania się mózgu. Zmieniona forma kwasu u ludzi mogłaby decydować o powolniejszym, bardziej precyzyjnym rozwoju połączeń komórkowych w tym organie. Ta hipoteza naprowadza nas zatem na trop odpowiedzi na pytanie: dlaczego brak atomu tlenu w pewnej cząsteczce mógł zadecydować o naszym przyszłym człowieczeństwie? Takich drobnych różnic było zapewne bardzo wiele, choć dziś stanowią tylko 1-2 proc. różnic w zestawieniu z szympansem.


Różnice w genomie szympansa i człowieka mogą być następstwem zmiany lokalizacji fragmentów chromosomów

Molekuły umieszczone na powierzchni komórek - podobnie jak kwas neuraminowy - często odgrywają rolę tzw. receptorów dla licznych patogenów, czyli wirusów, bakterii lub pierwotniaków wywołujących choroby. Są wrotami, które umożliwiają przechodzenie przez błony komórkowe. Wniknięcie patogenu do jednej komórki umożliwia szybkie przejście do innych części organizmu. Szympansy są bardziej odporne na działanie wielu patogenów niż ludzie. Zmiana w strukturze kwasu neuraminowego w trakcie naszej ewolucji mogła się przyczynić do większej podatności na ataki wielu czynników chorobotwórczych. Naukowcy z San Diego postanowili więc przebadać gen enzymu hydroksylazy, która dołącza atom tlenu do kwasu neuraminowego szympansów. Okazało się, że u ludzi brakuje niewielkiego odcinka tego genu. Ta drobna, lecz niezwykle ważna różnica między zwierzętami a człowiekiem, pojawiła się u naszych przodków w trakcie ewolucji już po odłączeniu się szympansów od ludzkiego pnia ewolucyjnego.
Niedługo będziemy się mogli przekonać, jak istotne jest to, że brakuje nam funkcjonalnej hydroksylazy. Ekipa naukowców z Tokio pod kierownictwem Yasunori Kozutsumiego przygotowuje się do stworzenia myszy transgenicznych pozbawionych tego genu. W komórkach gryzoni będzie się znajdować zbliżona do ludzkiej forma kwasu neuraminowego. Czy oprócz zmian w podatności na pewne choroby wywoła to zmiany w zachowaniu tych zwierząt? Kwas neuraminowy jest przecież niezbędny do komunikacji między komórkami w rozwijającym się mózgu. Jego ludzka postać może więc wywołać u myszy dialog międzykomórkowy typowy dla człowieka. Zapewne transgeniczne myszy nie będą mogły mówić, ale może naukowcom uda się wykryć subtelniejsze sygnały podobieństw w przekazywaniu informacji między komórkami odróżniającymi nas od zwierząt.
Genetycy i embriolodzy prawdopodobnie niedługo zdecydują się przeprowadzić bulwersujący eksperyment z mową, którą można uznać za najbardziej ludzką cechę. Szympans nie mówi, gdyż - pomijając właściwości intelektualne - uniemożliwia to budowa jego krtani. Poznanie genów odpowiedzialnych za kształtowanie krtani ludzkiej w trakcie rozwoju płodu pozwoli zapewne w przyszłości na przeszczepienie jednego lub kilku istotnych ludzkich genów do zarodka tej małpy. Taki transgeniczny szympans może zdobyć zdolność mowy. Warto się głębiej zastanowić nad skutkami takiego przedsięwzięcia. Po pierwsze, jak zareagujemy na szympansa, który będzie mógł nam powiedzieć "chcę banana", "jestem głodny" czy "dzień dobry"? Szympansy są w stanie odróżnić dziewięć cyfr, używają prostych narzędzi, potrafią wyrazić uczucia strachu, radości czy zdziwienia poprzez grymasy twarzy. Mają więc wystarczające zdolności myślenia abstrakcyjnego, by te krótkie zdania miały sens i nie były - jak dzieje się w wypadku papug - wyuczonymi formułkami. Czy mówiący szympans będzie dla nas człowiekiem czy tylko półczłowiekiem? Jedno jest pewne: nie będzie to już małpa.
Dzięki transgenicznym szympansom nie tylko poznamy granice człowieczeństwa. Jeśli zaczną mówić, a mogą nabyć zupełnie innych cech, będziemy mogli obserwować, jak ten czynnik wpływa na ich życie społeczne i rozwój gatunku. W ten sposób opracujemy model naszej ewolucji. Będziemy mogli się cofnąć o miliony lat - do czasów, kiedy nasi przodkowie zdobywali możliwość porozumiewania się za pomocą mowy. Ten aspekt badań stanie się bardziej frapujący niż pogawędka z szympansem w jakimś telewizyjnym programie typu talk-show na temat jego życia wewnętrznego.