Da bi pogledali kako se život razvijao, znanstvenici se obično okreću fosilnim zapisima, ali ovaj zapis je često nepotpun. Istraživači s Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), zajedno s međunarodnim timom suradnika, upotrijebili su još jedan alat - kromosome živih životinja - kako bi otkrili tragove o našoj prošlosti. Studija, objavljena u Nature Ecology and Evolution, otkriva rane događaje u evoluciji kralježnjaka, uključujući kako su čeljusti kralježnjaci nastali hibridizacijom između dviju vrsta primitivnih riba.
"Izvanredno je da, iako su se ti događaji dogodili prije gotovo pola milijarde godina, možemo ih shvatiti gledajući DNK danas," rekao je profesor Daniel Rokhsar, koji vodi OIST-ovu jedinicu za molekularnu genetiku.
Čitanje priča u našim genima
Kromosomi su malene strukture koje nose genetski materijal organizma. Obično dolaze u parovima, s tim da je po jedan set naslijeđen od svakog roditelja. Dok ljudi imaju 23 para, ovaj broj varira među vrstama.
Studija je pokazala da, čak i tijekom stotina milijuna godina, kromosomi mogu biti iznenađujuće stabilni. Iako je došlo do mutacija i preuređivanja, kromosomi modernih životinja imaju zapanjujuće sličnosti jedni s drugima.
"Možemo koristiti ove sličnosti kako bismo pratili našu evoluciju i zaključili biologiju iz daleke prošlosti," rekao je profesor Rokhsar, "Ako se grupa gena nosi zajedno na istim kromosomima u dvije vrlo različite životinje - recimo, puževa i morske zvijezde - tada su ti geni također vjerojatno bili zajedno na istom kromosomu u svom posljednjem zajedničkom pretku."
Dvojica bivših postdoktorskih znanstvenika OIST-a, profesor Oleg Simakov, sada na Sveučilištu u Beču, i dr. Ferdinand Marlétaz, sada na University College u Londonu, predvodili su studiju koja je uspoređivala kromosome amfioksa, malog morskog beskralježnjaka, onima drugih životinja, uključujući mekušce, sisare, ptice, žabe, ribe i lampuge.
Nakon nekoliko preuređivanja, zaključili su da kromosomi amfioksusa nalikuju kromosomima davno izumrlih ranih predaka kralježnjaka i potvrdili postojanje 17 drevnih kromosomskih jedinica. Istraživači su zatim pratili evoluciju ovih drevnih kromosoma kod živih kralježnjaka.
"Rekonstrukcija kromosoma predaka bila je ključ koji nam je omogućio da otključamo nekoliko zagonetki rane evolucije kralježnjaka", rekao je profesor Rokhsar.
Umnožavanje i nestanak
Zagonetke se usredotočuju na fenomen poznat kao "duplikacija genoma".1970-ih, genetičar Susumu Ohno sugerirao je da su genomi kralježnjaka udvostručeni, možda više puta, u odnosu na njihove pretke beskralježnjaka. Genomske studije potvrdile su i precizirale ovu sugestiju, ali još uvijek se raspravlja o tome koliko je udvostručenja bilo, kako i kada su se dogodila.
Dio izazova je to što se duplicirani genomi brzo mijenjaju, a te promjene mogu prikriti samo dupliciranje. Iako udvojeni genom počinje s suvišnim kopijama svakog gena, većina tih dodatnih kopija bit će inaktivirana mutacijom i na kraju izgubljena; sami udvostručeni kromosomi također mogu postati isprepleteni.
Koristeći 17 parova kromosoma predaka kao drevno sidro, istraživači su zaključili da postoje dva odvojena slučaja udvostručenja genoma.
Prvo umnožavanje dijele svi živi kralježnjaci - i čeljusti kralježnjaci, uključujući ljude, ptice, ribe i žabe, kao i lampuge bez čeljusti i njihove rođake. Istraživači su zaključili da se ovo najstarije umnožavanje dogodilo prije otprilike petsto milijuna godina, otprilike u isto vrijeme kada se pojavljuju najraniji fosili kralježnjaka.
Drugu duplikaciju dijele samo čeljusti kralježnjaci. Istraživači su otkrili da se, za razliku od prvog događaja, gubitak gena nakon drugog udvostručenja dogodio neravnomjerno u dva skupa kromosomskih kopija - iznenađujuća, ali informativna značajka.
"Ova vrsta neravnomjernog gubitka gena obilježje je duplikacije genoma koja slijedi hibridizaciju dviju vrsta", rekao je profesor Rokhsar.
Obično su hibridni potomci dviju različitih vrsta neplodni, dijelom zato što kromosomi dvaju roditelja nisu pravilno koordinirani. Ali vrlo povremeno, kod nekih riba, žaba i biljaka, hibridni se genom udvostruči kako bi se obnovilo kromosomsko uparivanje. Dobiveni potomci imaju dvostruko više kromosoma od svojih neusklađenih roditelja – i često su snažniji. Nova studija neočekivano je otkrila da se takvo hibridno udvostručenje dogodilo kod naših drevnih predaka.
"Prije više od 450 milijuna godina dvije različite vrste riba su se parile i, u tom procesu, iznjedrile novu hibridnu vrstu s dvostruko više kromosoma", rekao je profesor Rokhsar, "I ova nova vrsta postala bi predak sve žive životinje s čeljustima - uključujući nas!"
