ŚFiNiA

monitor/konto_usuniete

Jak to na podstawie tych samych obserwacji można dojść do różnych wniosków.
Michał Ostrowki w swoim świetnym artykule o "homologiach"
creationism.org.pl/homologia
dochodzi do wniosku, że fakt, iż takie same geny u róznych organizmów
(ortologii) są odpowiedzialne za różne cechy tych organizmów (mimo
podobieństw anatomicznych mają inne funkcje) świadczy przeciwko wnioskom o
ich wspólnym pochodzeniu. homologii. Badacze, autorzy komentowanych badań,
dochodzą-bez cienia uzasadnienia- do wręcz przeciwnych wniosków. W dalszym
ciągu zapewniają, że są to dowody na homologie (a co za tym idzie na
ewolucję) i nawet ukuli na tą okazję nowy termin: "głebokie homologie"
(który ma chyba ozdzwierciedlać głęboką tajemnicę, w jaki sposób
te "ortologiczne" geny u różnych organizmów zaczęły pełnić tak odmienne
funkcje).

Edward Marcotte zajmuje się poszukiwaniem leków, które mogą przyczynić
się do wyleczenia nowotworu poprzez zahamowanie wzrostu naczyń
krwionośnych. Ostatnio wraz ze współpracownikami z Uniwersytetu w
Teksasie w Austin znalazł kilka dobrych celów - 5 genów ludzkich,
które są kluczowe dla wzrostu naczyń krwionośnych.
Obecnie uczeni polują na leki, które mogą zablokować działanie tych
genów. Dziwne jest jednak to, że doktor Marcotte nie odkrył tych
nowych genów ani w ludzkim genomie, ani u myszy laboratoryjnych, ani
nawet u muszek owocowych. Razem ze swoim zespołem znalazł je w
drożdżach.
- Na pierwszy rzut oka to jest po prostu szalone - powiedział
Marcotte. W końcu te jednokomórkowe grzyby nie tworzą naczyń
krwionośnych. Nie wytwarzają nawet krwi. Okazuje się, że w drożdżach
te 5 genów pracuje ze sobą w celu wykonania kompletnie niezwiązanego z
tematem badań zadania: naprawiania ścian komórkowych.
Jeszcze bardziej szalone - Marcotte i jego współpracownicy odkryli
setki innych genów wywołujących zaburzenia u ludzi dzięki badaniom
daleko spokrewnionych gatunków. Na przykład udało im się znaleźć geny
związane z głuchotą w roślinach, a te z rakiem piersi - u nicieni.
Naukowcy przedstawili swoje wyniki w sprawozdaniu dla Narodowej
Akademii Nauki.
Uczeni korzystają z pewnych szczególnych cech naszej historii
ewolucyjnej. Już u naszych odległych przodków przypominających ameby,
formowały się klastry genów w celu współpracy przy budowie ścian
komórkowych, a także innych bardzo podstawowych zadań, niezbędnych do
życia. Ponad miliard lat później wiele z tych genów dalej współpracuje
ze sobą w tych samych klastrach, ale nad różnymi zadaniami w różnych
organizmach.
Badania tego typu oferują nowy zwrot w postrzeganiu oryginalnych
poglądów Charlesa Darwina na ewolucję. Badacze anatomii w połowie XIX
wieku byli zafascynowani podstawowymi podobieństwami cech u różnych
gatunków - na przykład faktem, że skrzydło nietoperza składa się z
takich samych części co ludzka ręka. Darwin argumentował, że tego typu
podobieństwo - zwane homologią - jest kwestią genealogii. Nietoperze i
ludzie mają wspólnych przodków, dlatego też odziedziczyli kończyny z
pięcioma palcami.
Około 150 lat badań wyczerpująco potwierdziło poglądy Darwina. Na
przykład paleontolodzy odkryciem pośrednich skamielin spowodowali, że
w centrum zainteresowania znalazły się zagadkowe homologie. Przykładem
jest powiązanie pomiędzy nozdrzami u wielorybów i delfinów oraz u
ludzi. Skamieniałości pokazują jak nozdrza praojców wielorybów
przesuwały się z koniuszka pyska na czubek głowy.
W latach 50 XX wieku badania nad homologiami weszły w nową fazę.
Naukowcy zaczęli odkrywać podobieństwa w strukturze protein. Dla
przykładu różne gatunki zwierząt mają różne formy hemoglobiny. Każda
forma jest przystosowana do szczególnego rodzaju życia, ale wszystkie
pochodzą z jednej praojcowskiej molekuły.
Kiedy naukowcy zaczęli sekwencjonować DNA, byli w stanie znaleźć
homologie także między genami. Z pokolenia na pokolenia, geny były
czasem kopiowane przypadkowo. Każda kopia kontynuuje zbieranie
unikalnych mutacji. Ale ich sekwencja pozostaje wystarczająco podobna,
aby ujawnić ich wspólne pochodzenie.
Cecha taka jak posiadanie ręki jest zakodowana w wielu genach, które
współpracują ze sobą w celu jej zbudowania. Niektóre geny produkują
proteiny, które fizycznie łączą się ze sobą, żeby wykonać określone
zadanie. W innych przypadkach, proteina zakodowana przez jeden gen
jest potrzeba do aktywowania innych genów.
Okazuje się, że klastry tych genów - czasem zwane modułami - mają
tendencje do współpracy ze sobą przez ponad miliony lat. Ale w ciągu
tego czasu zmieniają powiązania ze sobą. Odpowiadają na nowe sygnały i
pomagają budować nowe cechy.
We wpływowym artykule z 1997 roku, Sean Carroll z Universytetu
Wisconsin, Neil Shubin z Uniwersytetu Chicago oraz Cliff Tabin z
Harvard Medical School wymyślili termin na te zapożyczone moduły:
"głęboka homologia".
Od tego czasu, naukowcy uzyskali dużo bardziej szczegółowy wgląd w
wiele przykładów głębokiej homologii. Dla przykładu ostatnio Dr
Carroll i jego współpracownicy odkryli, jak plamki na skrzydle muchy
ewoluowały poprzez mieszanie się modułów. Mała mucha z gatunku
Drosophila guttifera obnosi się z wyróżniającym się wzorem 16 plamek
na jej skrzydłach. Carroll z zespołem odkryli, że moduł genów, który
odpowiada za lokalizację plamek, to ten sam moduł, który jest
odpowiedzialny za rozkład żył i receptorów w skrzydłach wielu gatunków
much. Ten moduł został zapożyczony później także przez Drosophila
guttifera, żeby rozmieszczać również plamki.
Nasze oczy są także produktem głębokiej homologii. Tak zwane
fotoreceptory u meduz wydają się bardzo różne od naszych oczu, ale oba
używają tego samego modułu genów dla zbudowania cząsteczek
wyłapujących światło.
Naukowcy odkrywają także, że nasz system nerwowy dzieli nawet głębszą
homologię z organizmami jednokomórkowymi. Neurony porozumiewają się
między sobą poprzez tworzenie połączeń zwanych synapsami. Neurony
używają sieci genów żeby zbudować rodzaj rusztowania do podtrzymywania
synaps. W lutym Alexandre Alie wraz z Michaelem Manuel z Narodowego
Centrum Badań Naukowych we Francji ogłosili znalezienie 13 spośród
tych budujących rusztowanie genów u jednokomórkowych krewnych zwierząt
znanych jako wiciowce kołnierzykowe.
Nikt nie jest pewny do czego wiciowce kołnierzykowe używają tych genów
budujących neurony. Jedna rzecz, która jest pewna to to, że nie służą
im one do budowy neuronów.
Aż do teraz, naukowcy po prostu potykali się o przykłady głębokiej
homologii. Marcotte zastanawiał się, czy było możliwym przyspieszenie
tempa odkryć.
Dowód na głęboką homologię, uzasadniał, może już czekać żeby zostać
znalezionym w literaturze naukowej - zwłaszcza w setkach tysięcy badań
przeprowadzonych na temat tego jak różne geny działają u rożnych
gatunków.
Naukowcy zidentyfikowali tysiące genów, których mutacja może powodować
rozwój chorób w ludzkim organizmie. Inni badacze systematycznie
mutowali każdy z 6 600 genów w drożdżach i obserwowali jak zmutowane
drożdże odżywiają się w różnych warunkach. Jeśli Marcotte może
zanalizować tego typu dane, uzasadniał, być może odnajdzie moduły
odpowiedzialne za różne zadania u daleko spokrewnionych gatunków.
Marcotte i jego współpracownicy zgromadzili bazę z danymi o 1,923
powiązaniach pomiędzy genami a chorobami u ludzi. Dodali ponad 100,000
dodatkowych powiązań pomiędzy genami a cechami u gatunków takich jak
m.in. myszy, drożdże i nicienie.
Następnie naukowcy szukali powiązanych genów, którym odpowiadają różne
cechy u różnych gatunków. Na przykład odkryli że 5 genów uważanych za
pomocne w budowie naczyń krwionośnych było blisko powiązanych z 5
genami które drożdże używają do naprawy swoich ścian komórkowych.
Odkrycie tych wspólnych genów pozwoliło następnie Marcotte i jego
współpracownikom dokonać nowych odkryć. Ich baza danych obejmowała 67
genów, które naprawiają ściany komórkowe u drożdży. Jeśli drożdże i
ludzie odziedziczyli starożytny moduł genowy, to możliwym jest, że
używamy powiązanych wersji innych genów drożdży bo budowy naczyń
krwionośnych.
Naukowcy przestudiowali pozostałe 62 geny budujące ściany komórkowe.
Żeby to zrobić, znaleźli ich odpowiedniki u żab i obserwowali jak
każdy z nich zachowuje się w rozwijającym się żabim zarodku. Badacze
odkryli, że 5 spośród dodatkowych genów drożdży także produkuje
proteiny znajdywane w rozwijających się naczyniach krwionośnych. Żeby
sprawdzić jak ważne są te proteiny dla budowy naczyń krwionośnych,
naukowcy usuwali, jeden po drugim, geny przenoszące instrukcje dla
każdej z protein i obserwowali, jak żabi zarodek się rozwinął.
"Skończyliśmy z dramatyczną stratą naczyń krwionośnych" powiedział
John Wallingford z Universitetu w Texasie, biolog rozwoju oraz
współautor badania. Marcotte zastanawiał się czy ludzie mogą dzielić
moduły także z dużo bardziej odległymi organizmami: roślinami. Wraz z
zespołem rozszerzyli swoją bazę danych o 22,921 powiązań pomiędzy
genami a cechami, które naukowcy znaleźli w rzodkiewniku pospolitym
(Arabidopsis thaliana).
Ku ich zaskoczeniu, odkryli 48 modułów wspólnych dla roślin i ludzi. -
Wywołało to dość dużo zamieszania - powiedział Marcotte.
Naukowcy wybrali jeden szczególnie dziwny moduł wspólny dla rośli i
ludzi w celu dalszych jego badań. U ludzi te geny były powiązane z
rzadką chorobą genetyczną - zespołem Waardenburga. Jest on spowodowany
zaburzeniami w grupach komórek w zarodkach zwanych komórkami
grzebienia nerwowego. Normalnie komórki grzebienia nerwowego
przemieszczają się przez embrion i formułują pas biegnący wzdłuż
kręgosłupa. Tworzą się z nich później komórki nerwowe, komórki
produkujące pigmenty oraz pewne kości czaszki. Zespół Waarenburga
charakteryzuje się migracją melanocytów oraz niedosłuchem
czuciowo-nerwowym. Inne cechy to głuchota, szeroko rozstawione oczy,
jasnego pasma włosów i plamy bielacze na skórze.
Naukowcy odkryli, że dwa geny związane z tym zespołem pasują do genów
rzodkiewnika pospolitego odpowiedzialnych za wyczuwanie grawitacji.
Jeśli ten gen zniszczy się przez mutację, roślina nie może rosnąć
pionowo.
Marcotte ze współpracownikami odkryli jeszcze 3 geny roślinne
odpowiedzialne za wyczuwanie grawitacji w ich bazie. Postanowili
sprawdzić czy któryś z nich odgrywa rolę także przy zespole
Waardenburga.
Naukowcy odkryli, że jeden z nich staje się aktywny w komórkach
grzebienia nerwowego zarodka żaby. Kiedy go zablokowali, zarodek
zdeformował się.
Caroll (który zajmuje się także pisaniem artykułów do kolumny naukowej
The New York Times) postrzega to badanie jako logiczny postęp
wynikający z wcześniejszych badań. - Cieszy nas, że głęboka homologia
zostaje ukierunkowana na takie tory - powiedział.
- To jest bardzo efektywny sposób znalezienia ludzkich genów
odpowiedzialnych za powstawanie chorób - powiedział David Platchetzski
z Uniwerstytetu California, Davis, który nie był zaangażowany w
badania. - Dzięki temu nauka może się rozwijać znacznie szybciej.
Carl Zimmer/The New York Times
Tłum. Katarzyna Ziomek