Ζώα με υπερφορτωμένο γενετικό κώδικα

Το νερόσκυλο του ποταμού Νουζ είναι μια νωθρή ύπαρξη, σαν να το βαραίνει ένα αόρατο μεγάλο βάρος. Αυτή η διάστικτη καφέ σαλαμάνδρα, με μήκος όσο περίπου το ανθρώπινο χέρι, σπάνια απομακρύνεται από την κρυψώνα της κάτω από πέτρες ή κορμούς στα ποτάμια της Βόρειας Καρολίνας. «Κυνηγά» μένοντας ακίνητη στο βυθό του ποταμού, περιμένοντας κάποιο έντομο να περάσει μπροστά της και τότε αντανακλαστικά τρικλίζει μπροστά, ώστε να καταπιεί το αντικείμενο. Περνάει όλη της τη ζωή μέσα στο νερό, μια υπερμεγέθης προνύμφη που δεν ολοκληρώνει ποτέ τη μεταμόρφωσή της, με αδύναμα πόδια, πολύ μικρά για το σώμα της, δάχτυλα που ποτέ δεν ολοκληρώθηκε η ανάπτυξή τους, χωρίς άνω σιαγόνα και φουσκωτά βράγχια προνύμφης να προεξέχουν από το λαιμό της.

Το νερόσκυλο του ποταμού Νουζ αντισταθμίζει την ασθενή καρδιά και τους πνεύμονές του, αναπνέοντας με βράγχια. Παρότι το γονιδίωμά της περιέχει μεγάλη ποσότητα «άχρηστου DNA», αυτή η σαλαμάνδρα έχει βρει εξελικτικά τρόπους να επιβιώνει

Αν δει κανείς το ζώο από κοντά, άλλη μια παραξενιά γίνεται εμφανής: Τα κύτταρά του είναι 300 φορές μεγαλύτερα από εκείνα μιας σαύρας, ενός πουλιού, ή ενός θηλαστικού. Μπορεί να δει κανείς με τη βοήθεια ενός μεγεθυντικού φακού τα ερυθρά του αιμοσφαίρια να περνούν μέσα από τα αιμοφόρα αγγεία μέσα στα διαφανή βράγχιά του. Το νερόσκυλο του ποταμού Νουζ και άλλες σαλαμάνδρες αντιπροσωπεύουν ένα αίνιγμα που μόλις τώρα αρχίζουν να λύνουν οι επιστήμονες. Τα παράξενα χαρακτηριστικά του ζώου πηγάζουν από ένα κρυμμένο βάρος: Κάθε κύτταρό του περιέχει 38 φορές περισσότερο DNA απ’ ό,τι ένα ανθρώπινο κύτταρο. Το νερόσκυλο έχει το μεγαλύτερο γονιδίωμα από οποιοδήποτε άλλο τετράποδο ζώο στη Γη. Τα μόνα ζώα που μπορούν να συγκριθούν με αυτό είναι τα πνευμονόψαρα, που επίσης εμφανίζουν νωθρή συμπεριφορά.

Εκτός ορίων

Τα γονιδιώματα των θηλαστικών, των πουλιών, των ερπετών και των ψαριών κυμαίνονται σε ένα εύρος μισού έως έξι δισεκατομμυρίων χημικών δομικών στοιχείων του DNA, που ονομάζονται ζεύγη βάσεων (αδενίνη – θυμίνη, γουανίνη – κυτοσίνη). Τα ζεύγη βάσεων σχηματίζουν γονίδια (μακρές ακολουθίες ζευγών), που αποτελούν τον γενετικό κώδικα ενός ζώου. Αλλά τα γονιδιώματα των σαλαμανδρών ποικίλλουν εξαιρετικά, ξεκινώντας από τα 10 δισεκατομμύρια και φτάνοντας στα 120 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Οι σαλαμάνδρες δεν έχουν περισσότερα γονίδια απ’ ό,τι άλλα ζώα, αλλά το γονιδίωμά τους βρίθει από παρασιτικό DNA, που έχει πολλαπλασιαστεί εκτός ελέγχου. Καθετί στη ζωή τους κυριαρχείται από το τεράστιο γονιδίωμά τους, που τις εξώθησε στην πολύ αργή λωρίδα ύπαρξης. Προχωρούν νωθρά τη ζωή τους μέχρι και τα 100 χρόνια, με μισοανεπτυγμένο σώμα, απλοποιημένο εγκέφαλο και καρδιά τόσο λεπτή, όσο μια χαρτοσακούλα.

Σε αντάλλαγμα γι΄ αυτό το φορτίο, οι σαλαμάνδρες έχουν αποκτήσει τουλάχιστον μία εκπληκτική ικανότητα: Την αναγέννηση. Μπορούν να αναγεννήσουν όχι μόνο ένα άκρο που αποκόπηκε, αλλά μέχρι και το ένα τέταρτο του εγκεφάλου τους, αν τους αφαιρεθεί, ικανότητα χρήσιμη για την επιβίωση. Οι σαλαμάνδρες οφείλουν αυτήν την ικανότητα στο DNA τους, αλλά όχι όπως θα φανταζόταν κανείς. Το DNA αποκαλείται συχνά σχέδιο για τη ζωή. Περιέχει τις πληροφορίες που προσδιορίζουν τη δομή και τη λειτουργία κάθε κυττάρου σε κάθε βιολογικό είδος. Αλλά οι πρόσφατες ανακαλύψεις για τις σαλαμάνδρες τροποποιούν αυτήν την αντίληψη του καλοκουρδισμένου γονιδιώματος. Αποκαλύπτουν ότι το DNA επηρεάζει το ζώο που το φέρει με τρόπους που δεν έχουν καθόλου να κάνουν με το πληροφοριακό του περιεχόμενο. Το DNA μπορεί να παραμορφώσει τα σώματα και τα όργανα, όπως ένας παραμορφωτικός φακός. Ενα είδος μπορεί να αντέξει την αύξηση του DNA του μέχρι ένα όριο, πριν αρχίσει να εμφανίζει τις παρενέργειες.

Επιβίωση

Θα μπορούσε να αναρωτηθεί κανείς γιατί οι σαλαμάνδρες δεν έχουν οδηγηθεί στην εξαφάνιση εξαιτίας του γενετικού βάρους που φέρουν. Η ίδια η επιβίωσή τους στον γεωλογικό χρόνο δείχνει ότι η απλοϊκή ερμηνεία της φυσικής επιλογής ως «επιβίωσης του πιο ικανού» δεν ανταποκρίνεται πάντα στην πραγματικότητα. Η προσαρμογή ενός είδους στο περιβάλλον μπορεί να γίνει και με διαφορετικούς τρόπους, που δεν χαρακτηρίζονται από μεγάλη «ικανότητα».

Όταν ανακαλύφθηκε το DNA, που τα γονίδιά του αποτελούν τη συνταγή, ώστε ο οργανισμός να παράγει τις πρωτεΐνες και άλλα μόρια που χρειάζεται, οι ερευνητές αρχικά θεώρησαν ότι τα ανώτερα είδη, με σύνθετα σώματα, θα είχαν περισσότερα γονίδια, άρα και μεγαλύτερο γονιδίωμα. Ήδη, όμως, από το 1951, διαπίστωσαν ότι άλλα ζώα, όπως το πνευμονόψαρο και μια γιγαντιαία σαλαμάνδρα, η amphiuma, είχαν δεκάδες φορές περισσότερο DNA στα κύτταρά τους συγκριτικά με τον άνθρωπο, τα πουλιά και τα ερπετά.

Ενώ στα περισσότερα είδη το DNA τυλίγεται σε δομές σαν λουκάνικα, που ονομάζονται χρωμοσώματα, στα είδη με μεγάλο γονιδίωμα, μοιάζει περισσότερο με μπαλόνι. Επιπλέον DNA βρίσκεται διάχυτο σε όλο το μήκος του χρωμοσώματος. Στη δεκαετία του 1980 οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι στα κύτταρα και άλλων ειδών, από τις μύγες έως τους ανθρώπους, υπάρχει «παρασιτικό» DNA, μικρά τμήματα DNA, που ονομάζονται μεταθετόνια (transposons), που μοιάζουν λίγο με ιούς, καθώς περιέχουν αρκετά γονίδια που επιτρέπουν στο «παράσιτο» να κάνει αντίγραφα του εαυτού του, τα οποία στη συνέχεια εισάγονται στο γονιδίωμα, ορισμένες φορές σε τυχαίο σημείο του.

Το 2011 η εξελικτική βιολόγος Ρέιτσελ Μίλερ διαπίστωσε ότι στις σαλαμάνδρες ο γενετικός κώδικας βρίθει από μεταθετόνια και μερικά απ’ αυτά είναι κοινά σε διαφορετικά είδη σαλαμάνδρας, πράγμα που δείχνει, όπως υπολογίστηκε, ότι ο πολλαπλασιασμός τους πρέπει να βγήκε εκτός ελέγχου στον κοινό πρόγονο όλων των σαλαμανδρών, πριν από 200 εκατομμύρια χρόνια. Στα περισσότερα είδη τα μεταθετόνια εκκαθαρίζονται λόγω μεταλλάξεων, αλλά στις σαλαμάνδρες ο ρυθμός αποβολής τους είναι πολλές φορές μικρότερος. Ετσι υπάρχει μια σταδιακή συσσώρευση των μεταθετονίων.

Υπερανεπτυγμένα μωρά

Το γιγαντιαίο γονιδίωμα κάνει τις σαλαμάνδρες να μοιάζουν με υπερανεπτυγμένα μωρά. Από τα 766 γνωστά είδη σαλαμάνδρας, πάνω από 39 έχουν χάσει την ικανότητα να μεταμορφώνονται από υδρόβιες προνύμφες σε κανονικά ενήλικα άτομα που μπορούν να ζήσουν και στην ξηρά. Αυτά τα είδη έχουν μεγαλύτερο γονιδίωμα από εκείνα που ολοκληρώνουν τη μεταμόρφωσή τους. Κάποιες από αυτές τις σαλαμάνδρες έχουν υποανεπτυγμένα και λιγότερα δάχτυλα στα άκρα τους, ή δεν έχουν καθόλου πίσω πόδια. Τα οστά στο κρανίο τους δεν έχουν ενοποιηθεί, όπως στα μωρά, και ο σκελετός των ποδιών τους δεν έχει σκληρύνει σε οστό. Ο εγκέφαλός τους μοιάζει με των προνυμφών και είναι πολύ πιο απλός από των βατράχων, που είναι επίσης αμφίβια. Γενικά λείπουν απ’ αυτόν τα χαρακτηριστικά στοιχεία που εμφανίζονται στις τελευταίες φάσεις ωρίμανσης. Επιπλέον, οι σαλαμάνδρες με πολύ μεγάλο γονιδίωμα αναγεννούν τμήματα του σώματός τους πιο αργά από τις άλλες.

Το 2018 ανακαλύφθηκε ότι τα μεταθετόνια δεν βρίσκονται μόνο μεταξύ των γονιδίων, αλλά και μέσα στα γονίδια, σε περιοχές που ονομάζονται εσώνια (introns). Οταν ένα γονίδιο ενεργοποιηθεί, ολόκληρη η ακολουθία DNA που το απαρτίζει, μαζί και τα εσώνια αντιγράφονται σε μια αλυσίδα RNA. Στη συνέχεια τα εσώνια πρέπει να αποκοπούν, πριν η αλυσίδα RNA χρησιμοποιηθεί ως καλούπι για το σχηματισμό πρωτεϊνών. Τα εσώνια των σαλαμανδρών είναι πολύ μεγαλύτερα από των ανθρώπων, καθώς περιέχουν πολλά μεταθετόνια. Ετσι όλες οι απαιτούμενες βιολογικές διεργασίες γίνονται πολύ πιο αργά και γι΄ αυτό οι σαλαμάνδρες δεν σταματούν να μεγαλώνουν ποτέ.

Ίσως πριν από 200 εκατομμύρια χρόνια, ο πρόγονος όλων των σαλαμανδρών να προσαρμόστηκε από τις πιέσεις του περιβάλλοντος σε έναν αργό τρόπο ζωής, ο οποίος δεν βλαπτόταν από τη συσσώρευση μεταθετονίων. Η παραπέρα συσσώρευσή τους ώθησε τις σαλαμάνδρες ακόμη περισσότερο προς την κατεύθυνση που ο νωθρός τρόπος ζωής είναι ευνοϊκός για το είδος. Με κάποιον τρόπο και κάποιες συγκυρίες, οι σαλαμάνδρες επέζησαν από πυρκαγιές, πλημμύρες, αστεροειδείς που εξάλειψαν άλλα είδη – με τρίχωμα, φτερά ή λέπια – που φαίνονταν πιο ικανά.

Επιμέλεια: Σταύρος Ξενικουδάκης
Πηγή: «Scientific American»
Ριζοσπάστης