Εξέλιξη

Περίπου 25.000 γονίδια, το 1 έως 2% του γονιδιώματός μας δηλαδή, κωδικοποιούν όλες τις απαιτούμενες για την κατασκευή ενός ανθρώπινου όντος πρωτεΐνες. Το υπόλοιπο 98 με 99% αντιστοιχεί σε πολυνουκλεοτιδικές αλληλουχίες οι οποίες δεν κωδικοποιούν άμεσα πρωτεΐνες, αποτελεί δηλαδή περιττό DNA. Σε οργανισμούς όμως που ζουν σε ιδιαίτερα εχθρικά ενδιαιτήματα και, κατά συνέπεια, πρέπει να λειτουργούν εξαιρετικά αποτελεσματικά για να επιβιώσουν, η εξέλιξη έχει «ελαφρύνει» σημαντικά το γονιδίωμά τους, ώστε να περιλαμβάνει μόνο τις απαραίτητες για τη δημιουργία και την ανάπτυξη της ζωής γενετικές πληροφορίες.

Πρόσφατα εμφανίστηκε ένας νέος πρωταθλητής στην ειδική αυτή κατηγορία «ελαφρέων βαρών». Πρόκειται για ένα είδος βακτηρίου του ωκεανού, το Pelagibacter ubique (ή SAR11), ένα από τα μικρότερα γνωστά αυτοδιπλασιαζόμενα κύτταρα, με μόλις 1.354 γονίδια. «Το SAR11 δεν έχει σχεδόν καθόλου περιττό DNA», δηλώνει ο Stephen J. Giovannoni, επί κεφαλής μικροβιολόγος της συνεργασίας ερευνητικών ομάδων μεταξύ του Πολιτειακού Πανεπιστημίου τού Όρεγκον και της εταιρείας Diversa. Διαθέτοντας τα απολύτως απαραίτητα για τη ζωή, η γονιδιακή αλληλουχία του βακτηρίου δεν έχει σχεδόν τίποτα από το φορτίο το οποίο συσσώρευσαν τα περισσότερα γονιδιώματα με το πέρασμα των χρόνων: δεν υπάρχουν καθόλου επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, γονίδια ιών, εσόνια ή μη κωδικοποιούσες αλληλουχίες (πολλοί οργανισμοί ―όπως τα παράσιτα― έχουν μικρότερου μήκους γονιδιώματα, αλλά βασίζονται σε άλλους οργανισμούς για την εκπλήρωση των βασικών λειτουργιών τους).

Οι εξελικτικοί βιολόγοι πιστεύουν ότι το «κόστος» διατήρησης περιττού DNA αποσβένεται κατά την αξιοποίηση δυνητικά χρήσιμων γονιδίων, όταν ο οργανισμός χρειάζεται να προσαρμοστεί σε μεταβολές του περιβάλλοντος. Το P. ubique «θυσίασε» προφανώς ένα μεγάλο μέρος της ικανότητάς του να εξελίσσεται προκειμένου να εξοικονομήσει ενέργεια. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι το γονιδίωμά του ισοδυναμεί με έναν οικονομικό, όσον αφορά την κατανάλωση καυσίμων, «Σκαραβαίο» τής Volkswagen, ενώ το ανθρώπινο DNA θυμίζει περισσότερο ένα πανίσχυρο «Hummer» το οποίο σέρνει από πίσω του ένα τροχόσπιτο και ένα μεγάλο σκάφος καταναλώνοντας τεράστιες ποσότητες βενζίνης.

Ταυτοποιημένο αρχικά το 1990, το SAR11 θεωρείται σήμερα το πιο πολυάριθμο βακτήριο στη Γη (περίπου 1028 κύτταρα). Κατοικεί σε όλους τους ωκεανούς και απαντάται σε όλα τα βάθη σχεδόν της υδάτινης στήλης. Για την ακρίβεια, αν μαζέψουμε όλα τα μικρά αυτά πλασματάκια και τα ζυγίσουμε, το βάρος τους θα ξεπερνάει εκείνο του συνόλου των ψαριών όλων των ωκεανών του πλανήτη μας.

Το SAR11 τρέφεται με το διαλυμένο μέσα στο θαλασσινό νερό νεκρό οργανικό υλικό το οποίο κάνει τους ωκεανούς να θυμίζουν, σύμφωνα με τον Giovannoni, «μια πολύ αραιωμένη σούπα». Έχοντας πάντοτε οργανικό άνθρακα στη διάθεσή του, ο μικροσκοπικός κάτοικος του ωκεανού δεν χρειάζεται να αναπτύξει ειδικά βιοσυνθετικά μονοπάτια και μεταβολικά συστήματα για να επιβιώνει έναντι αυξομειώσεων της διαθέσιμης τροφής. Στην πραγματικότητα, το «ελάχιστο» γονιδίωμα του P. ubique σχετίζεται με τον οικονομικό τρόπο ζωής του. Όσο μικρότερη αλληλουχία DNA αντιγράφεται πριν από έναν αυτοδιπλασιασμό τόσο λιγότερη δουλειά έχει το κύτταρο.

Το πρότυπο ελάττωσης γονιδίων ενισχύει την υπόθεση ότι μια πιο «λιτή» οργάνωση του γονιδιώματος εξυπηρετεί την ταχύτερη ή πιο αποτελεσματική αντιγραφή του γονιδιώματος ενός οργανισμού που απαντά σε εξαιρετικά μεγάλους πληθυσμούς. «Η ικανότητα της φυσικής επιλογής να διακρίνει μικρές διαφορές στην αρμοστικότητα επηρεάζεται κατά πολύ από το μέγεθος του πληθυσμού», λέει ο Stephen J. Freeland, εξελικτικός βιολόγος του Πανεπιστημίου τού Μέριλαντ στη Βαλτιμόρη.

Σε μικρότερες ομάδες, μια τυχαία γενετική παρέκκλιση μπορεί να καθορίσει τη μοίρα των γονιδίων. Με τόσο πολλά όμως αντίγραφα του βακτηρίου στον ωκεανό, η φυσική επιλογή μπορεί να διακρίνει λεπτές μεταβολές στην αρμοστικότητα. Ουσιαστικά, σε τούτο το τεράστιο σταθερό περιβάλλον ζουν τόσο πολλά μικρά πλάσματα ώστε, τελικά, δεν μπαίνουν στον κόπο να μεταφέρουν αλληλουχίες που δεν συμβάλλουν στην προσαρμοστικότητα μαζί με τα υψηλώς προσαρμοστικά γονίδια. Κατά τη διάρκεια, λοιπόν, 1 δισεκατομμυρίου ετών, ή ίσως και περισσότερο, η φυσική επιλογή μείωσε στο ελάχιστο το μέγεθος του γονιδιώματος του P. ubique, διασφαλίζοντας ότι δεν θα δαπανάται ενέργεια για την αντιγραφή αλληλουχιών DNA με μη προσαρμοστική αξία.

«Παρότι η φυσική επιλογή αφορά την επιβίωση του πιο προσαρμοσμένου, η έννοια του πιο προσαρμοσμένου αλλάζει ανάλογα με τις συνθήκες», καταλήγει ο Freeland. Και το απανταχού παρόν SAR11 αποτελεί ένα ακόμα παράδειγμα του φαινομένου αυτού.

Επιστημονικά Νέα - Ιανουάριος, 2006