Σε διάστημα μερικών εκατομμυρίων ετών, η αράχνη Dysdera tilosensis – ένα είδος ενδημικό των Καναρίων Νήσων – μείωσε το μέγεθος του γονιδιώματός της στο μισό κατά τη διαδικασία αποικισμού και προσαρμογής στο φυσικό της περιβάλλον.
Εκτός από μικρότερο, το «νέο» γονιδίωμα είναι πιο συμπαγές και περιέχει μεγαλύτερη γενετική ποικιλότητα από εκείνο άλλων παρόμοιων ηπειρωτικών αραχνών. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Molecular Biology and Evolution, αποκαλύπτει για πρώτη φορά πώς ένα ζωικό είδος κατάφερε να μειώσει το γονιδίωμά του σχεδόν στο μισό κατά τον αποικισμό ωκεάνιων νησιών.
Η μελέτη αυτή έρχεται σε αντίθεση με την πιο παραδοσιακή εξελικτική άποψη για τα είδη που αποικίζουν νησιά, των οποίων τα γονιδιώματα θεωρείται ότι είναι μεγαλύτερα και συχνά περιέχουν περισσότερα επαναλαμβανόμενα στοιχεία, και διευρύνει την επιστημονική συζήτηση γύρω από ένα από τα μεγάλα αινίγματα της εξελικτικής βιολογίας: πώς και γιατί μεταβάλλεται το μέγεθος του γονιδιώματος κατά την εξέλιξη των ζωντανών οργανισμών;
Επικεφαλής της μελέτης είναι ο Julio Rozas και η Sara Guirao, ειδικοί από τη Σχολή Βιολογίας και το Ινστιτούτο Έρευνας για τη Βιοποικιλότητα (IRBio) του Πανεπιστημίου της Βαρκελώνης. Το άρθρο, του οποίου πρώτος συγγραφέας είναι ο Vadim Pisarenco (UB-IRBio), περιλαμβάνει επίσης ερευνητικές ομάδες από το Πανεπιστήμιο της Λα Λαγκούνα, το Ισπανικό Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας (CSIC) και το Πανεπιστήμιο του Νεσατέλ (Ελβετία).
Η έρευνα αυτή προσφέρει μια απροσδόκητη οπτική για την ερμηνεία ενός φαινομένου που προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες: το μέγεθος του γονιδιώματος – δηλαδή ο συνολικός αριθμός ζευγών βάσεων DNA που κωδικοποιούν τη γενετική πληροφορία ενός οργανισμού – διαφέρει σε τεράστιο βαθμό μεταξύ των ειδών, ακόμη και μεταξύ εκείνων με παρόμοια βιολογική πολυπλοκότητα.
Μικρότερο γονιδίωμα σε νησιωτικό είδος: ένα εξελικτικό παράδοξο
Οι αράχνες του γένους Dysdera έχουν διαφοροποιηθεί εντυπωσιακά στα οικοσυστήματα των Καναρίων Νήσων. Το αρχιπέλαγος αυτό θεωρείται ένα πραγματικό φυσικό εργαστήριο, στο οποίο μπορεί να αναλυθεί πώς εξελίσσονται τα είδη και τα γονιδιώματά τους σε συνθήκες γεωγραφικής απομόνωσης. Σχεδόν 50 ενδημικά είδη – το 14% όλων των ειδών αυτού του γένους που έχουν περιγραφεί παγκοσμίως – έχουν εμφανιστεί από τότε που σχηματίστηκαν τα νησιά, πριν από μερικά εκατομμύρια χρόνια.
Εφαρμόζοντας προηγμένες τεχνολογίες αλληλούχισης DNA, η ερευνητική ομάδα ανέλυσε τα γονιδιώματα δύο εξελικτικά συγγενών ειδών αράχνης: της Dysdera catalonica, ενός ηπειρωτικού είδους που εμφανίζεται στο βόρειο μισό της Καταλονίας και στη νότια Γαλλία, και της D. tilosensis, η οποία είναι ενδημική στο νησί Γκραν Κανάρια.
«Το είδος D. catalonica διαθέτει γονιδίωμα 3,3 δισεκατομμυρίων ζευγών βάσεων (3,3 Gb, τα “γράμματα” του DNA), το οποίο είναι σχεδόν διπλάσιο από εκείνο του είδους D. tilosensis (1,7 Gb). Ενδιαφέρον είναι ότι, παρά το μικρότερο γονιδίωμά του, το είδος από τα Κανάρια Νησιά παρουσιάζει μεγαλύτερη γενετική ποικιλότητα», αναφέρει ο Rozas, καθηγητής στο Τμήμα Γενετικής, Μικροβιολογίας και Στατιστικής του Πανεπιστημίου της Βαρκελώνης, διευθυντής της ερευνητικής ομάδας Εξελικτικής Γονιδιωματικής και Βιοπληροφορικής και μέλος του διοικητικού συμβουλίου της πλατφόρμας Bioinformatics Barcelona (BIB).
Η γονιδιωματική αλληλούχιση αποκαλύπτει επίσης ότι η D. catalonica έχει απλοειδή αριθμό χρωμοσωμάτων τέσσερα αυτοσώματα κι ένα φυλετικό χρωμόσωμα Χ, ενώ η D. tilosensis διαθέτει έξι αυτοσώματα συν το χρωμόσωμα Χ.
«Η συρρίκνωση του γονιδιώματος της αράχνης D. tilosensis, που σχετίζεται με τη διαδικασία αποικισμού των Καναρίων Νήσων, αποτελεί μία από τις πρώτες τεκμηριωμένες περιπτώσεις δραστικής μείωσης γονιδιώματος με τη χρήση γονιδιωμάτων αναφοράς υψηλής ποιότητας», δηλώνει ο Rozas.
«Αυτό το φαινόμενο περιγράφεται τώρα για πρώτη φορά λεπτομερώς για ζωικά είδη που είναι στενά συγγενικά από φυλογενετική άποψη», προσθέτει.
Πώς μπορεί να εξηγηθεί η μείωση του γονιδιώματος
Σε εξελικτικά τόσο παρόμοια είδη, που μοιράζονται αντίστοιχα ενδιαιτήματα και διατροφή, «οι διαφορές στο μέγεθος του γονιδιώματος δεν μπορούν εύκολα να αποδοθούν σε οικολογικούς ή συμπεριφορικούς παράγοντες», αναφέρει η καθηγήτρια Guirao. «Η φυλογενετική ανάλυση σε συνδυασμό με μετρήσεις κυτταρομετρίας ροής αποκαλύπτει ότι ο κοινός πρόγονος διέθετε μεγάλο γονιδίωμα (περίπου 3 Gb). Αυτό δείχνει ότι η δραστική μείωση του γονιδιώματος συνέβη κατά τη διάρκεια ή μετά την άφιξη στα νησιά».
Το αποτέλεσμα αυτό είναι ξεκάθαρα παράδοξο για δύο λόγους. Αφενός, παρότι είναι λιγότερο συχνό στα ζώα, το πιο συνηθισμένο πρότυπο είναι η αύξηση του μεγέθους του γονιδιώματος μέσω διπλασιασμών ολόκληρου του γονιδιώματος, «ιδίως στα φυτά, όπου η εμφάνιση πολυπλοειδικών ειδών (με πολλαπλά σετ χρωμοσωμάτων) είναι συχνή. Αντίθετα, τόσο απότομες μειώσεις του μεγέθους του γονιδιώματος σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα είναι πολύ πιο σπάνιες», σημειώνει η Guirao.
Δεύτερον, τα ευρήματα έρχονται σε αντίθεση με θεωρίες που υποστηρίζουν ότι στα νησιά το φαινόμενο του ιδρυτή – η διαδικασία αποικισμού από μικρό αριθμό ατόμων – οδηγεί σε μείωση της επιλεκτικής πίεσης και, ως εκ τούτου, τα γονιδιώματα θα έπρεπε να είναι μεγαλύτερα και πλουσιότερα σε επαναλαμβανόμενα στοιχεία.
«Στη μελέτη παρατηρήσαμε το αντίθετο: τα νησιωτικά είδη έχουν μικρότερα, πιο συμπαγή γονιδιώματα με μεγαλύτερη γενετική ποικιλότητα», αναφέρει ο υποψήφιος διδάκτορας Pisarenco. Αυτό το πρότυπο υποδηλώνει την παρουσία μη προσαρμοστικών μηχανισμών, «σύμφωνα με τους οποίους οι πληθυσμοί στα Κανάρια Νησιά θα είχαν παραμείνει σχετικά πολυάριθμοι και σταθεροί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό θα είχε καταστήσει δυνατή τη διατήρηση ισχυρής επιλεκτικής πίεσης και, ως συνέπεια, την εξάλειψη περιττού DNA», καταλήγει ο Pisarenco.
Αποκρυπτογραφώντας ένα από τα μεγάλα αινίγματα της εξελικτικής βιολογίας
Παραμένει ωστόσο ακόμη μυστήριο γιατί, σε παρόμοια είδη, κάποια γονιδιώματα συσσωρεύουν πολυάριθμες επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA, ενώ άλλα είναι πιο συμπαγή. Η μελέτη αυτή μπορεί να προσφέρει μια νέα οπτική για την επίλυση αυτού του ανοιχτού ερωτήματος στην εξελικτική βιολογία.
Σύμφωνα με ορισμένες υποθέσεις, οι αλλαγές στο γονιδίωμα έχουν άμεση προσαρμοστική αξία. Άλλες εξηγήσεις προτείνουν μη προσαρμοστικούς μηχανισμούς, όπου το μέγεθος του γονιδιώματος είναι αποτέλεσμα ισορροπίας μεταξύ της συσσώρευσης επαναλαμβανόμενων στοιχείων (όπως τα τρανσποζόνια) και της εξάλειψής τους μέσω της επιλεκτικής εκκαθαριστικής πίεσης (purifying selection).
«Η μελέτη αυτή υποστηρίζει την ιδέα ότι, αντί για άμεση προσαρμογή, το μέγεθος του γονιδιώματος σε αυτά τα είδη εξαρτάται κυρίως από την ισορροπία μεταξύ της συσσώρευσης και της εξάλειψης αυτού του επαναλαμβανόμενου DNA», καταλήγουν οι ερευνητές.
Αυτό συνδέεται με τα προηγούμενα ευρήματα για τα είδη στα Κανάρια Νησιά: οι πληθυσμοί παρέμειναν σχετικά πολυάριθμοι και σταθεροί, επιτρέποντας τη διατήρηση ισχυρής επιλεκτικής πίεσης και την εξάλειψη περιττού DNA, με αποτέλεσμα μικρότερα και πιο συμπαγή γονιδιώματα, αλλά με μεγαλύτερη γενετική ποικιλότητα.
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
Γίνε μέλος στο κανάλι μας στο Viber
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος
