ComenteazăPentru a supraviețui în apele Arcticii și în cele de pe lângă Antarctica, viața marină a dezvoltat sisteme de protecție împotriva înghețului mortal. O adaptare comună este abilitatea de a produce proteine antiîngheț, care previn creșterea cristalelor în sânge, țesuturi și celule.
Este o soluție care a evoluat în mod repetat și independent, regăsindu-se atât la pești, cât și la plante, mucegaiuri și bacterii.
Doi pești cu aceeași genă
Nu este surprinzător, prin urmare, că heringul și smeltul, pești care se găsesc în mod normal în nordul oceanelor Atlantic și Pacific, au ambii astfel de proteine.
Dar este foarte ciudat ca ambii pești să aibă aceeași genă care să producă proteinele antiîngheț în cauză, cu atât mai mult cu cât strămoșii celor două specii s-au separat pe scara evolutivă în urmă cu mai bine de 250 de milioane de ani, iar gena este absentă din toate celelalte specii înrudite cu ei, scrie Quanta Magazine.
Un studiu publicat în martie în „Trend în Genetics” (Trenduri în Genetică – n.r.) are o explicație neortodoxă: gena a devenit parte a genomului prezent la smelt printr-un transfer orizontal de la hering.
Transferul orizontal reprezintă transferul de material genetic de la un organism la altul care are loc fără să se recurgă la reproducere sau la intervenţia omului.
Fără hibridizare
Nu a venit prin hibridizare, deoarece heringul și smeltul nu se pot împerechea, după cum au arătat mai multe tentative eșuate. Gena a ajuns în genomul acestuia din urmă în afara canalelor sexuale normale.
Laurie Graham, biolog molecular la Queens University din Ontario și autorul principal al lucrării, spune că știe că face o afirmație îndrăzneață vorbind despre transferul direct al genei de la un pește la altul. Acest tip de mișcare orizontală a ADN-ului nici măcar nu a fost imaginat până de curând că se poate întâmpla la vreun animal, darămite la vertebrate.
Cu toate acestea, cu cât ea și colegii săi studiază mai mult smeltul, cu atât mai clare devin dovezile, potrivit publicației.
Două decenii de scepticism
A fost nevoie de aproape două decenii pentru ca Laurie Graham să convingă scepticii că gena pentru producția de proteine antiîngheț aflată la smelt provine de la hering.
Smeltul nu este nici pe departe unic. Studii recente pe mai multe animale – alți pești, reptile, păsări și mamifere – arată aceeași concluzie: moștenirea laterală a ADN-ului, cândva crezută a se întâmpla doar la microbi, apare pe întreg arborele vieții.
Sarah Schaack, genetician evoluționist la Reed College în Portland, Oregon, crede că aceste cazuri de transfer orizontal îi surprind chiar și pe oamenii de știință, „deoarece înțelepciunea convențională spunea că acest lucru este puțin posibil la eucariote”.
Diferența dintre eucariote, bacterii și arhee
Eucariotele sunt organismele care au celule complexe cu un nucleu în care se află materialul genetic. Acestea includ protozoarele, ciupercile, plantele și animalele.
Alături de eucariote, în arborele vieții se mai află bacteriile și arheele (Archaea – n.r.). Acestea din urmă sunt organisme unicelulare, fără nucleu și care nu au organite despărțite de membrane. Anterior au fost clasificate drept bacterii.
Dar descoperirea legată de smelt și celelalte exemple indică faptul că transferurile orizontale joacă un rol influent în evoluție.
În 2001, una dintre lucrările majore care descriau genomul uman secvențiat a avut o propunere nemaivăzută: gene de la bacterii ajungeau la alte specii de animale. Acestea au fost rapid respinse, deoarece liniile de specii dintre bacterii și oameni din arborele vieții arătau că genele respective s-au pierdut.
Chiar și după ce lucrarea a fost publicată în anul 2008 în revista PLOS ONE, oamenii s-au îndoit de concluzii.
Bariere genetice mari
Neîncrederea vine din faptul că barierele pentru transferul orizontal de gene la eucariote par insurmontabile. Acesta transferuri sunt ușoare și comune la bacterii. Dacă un fragment de ADN trece de peretele celulei nu există mari piedici pentru integrarea lui în genom.
Dar eucariotele își țin materialul genetic după încă o barieră, adică nucleul. În majoritate, ADN-ul este condensat în cromozomi, iar acest lucru limitează oportunitățile pentru spargerea genomului. Și chiar dacă acest lucru se întâmplă, nu garantează că materialul este și transmis, pentru că e nevoie să ajungă și în sămânță/sâmbure/spermă.
Acest lucru i-a făcut pe oamenii de știință să fie neîncrezători.
Material similar în aceeași ordine
Dar Graham și colegii săi au cercetat mai mult. Prin clonarea unor bucăți mari din genomul smeltului în bacterii, aceștia au descoperit că peștele are doar o genă producătoare de proteine antiîngheț.
Când s-au uitat la zonele corespunzătoare din genomul altor pești, aceștia nu au găsit urme ale vreunei gene de acest tip, nici măcar una defunctă.
Acest lucru a sugerat că gena este „venită” de curând.
În fine, în 2019, genomul heringului a fost publicat, ceea ce a permis echipei să examineze zona din jurul genei răspunzătoare de proteinele în cauză. În zonă se găsesc părți mobile de ADN care se pot copia și lipi în genom.
Heringul are multe astfel de copii, dar acestea sunt absente în alți pești. Cu o singură excepție: trei dintre aceste copii flanchează gena corespondentă din smelt, în aceeași ordine găsită și la hering.
Graham spune că secvența este o dovadă definitivă.
Deși nimeni nu știe cât de des apar astfel de transferuri între celulele vertebratelor, Clément Gilbert, biolog evoluționist la Universitatea Paris-Saclay din Franța, și colegii săi au descoperit 907 transferuri în 307 genomuri vertebrate.
Ce este remarcabil este că aceste transferuri au loc în mod special între pești: 94% la pești și mai puțin de 3% la păsări și mamifere.
Șarpele cu ADN de coral
Un alt caz este cel a șarpelui măsliniu de mare (Aipysurus laevis). David Adelson, care studiază evoluția genomului la Universitatea din Adelaide, Australia, a fost abordat de un student al său – James Galbraith.
Acesta asista un coleg la adnotarea genomului șarpelui. Galbraith a găsit că o serie de secvențe nu se regăseau nicăieri la reptile. Așa că cei doi au săpat mai adânc.
În final, aceștia au descoperit șapte transferuri orizontale de material genetic în genomul șarpelui. Este greu de spus exact ce specii au fost donatoarele, dar Adelson spune că potrivirile lor au fost găsite la pești și, într-un caz, la corali.
Gilbert spune că abilitatea vertebratelor de a produce mari cantități de anticorpi a ajuns în genom în urmă cu 400 de milioane de ani printr-un astfel de transfer de material genetic.