O echipă internațională de cercetători, coordonată de oameni de știință de la Universitatea din Viena, a realizat pentru prima dată o comparație simultană a mii de genome animale și a constatat că acestea nu evoluează la întâmplare, ci de-a lungul unui număr limitat de „autostrăzi evolutive” ireversibile. Studiul, publicat în revista Science Advances, arată cum piesele unui genom moștenit de la un strămoss comun care a trăit acum peste 600 de milioane de ani au fost rearanjate de nenumărate ori în lumea animală. Concluziile oferă, potrivit autorilor, o bază importantă pentru conservarea biodiversității animale.
- Echipa a analizat peste 5.800 de genome la scară cromozomială, acoperind 4.454 de specii din 19 încrengături animale.
- Genomele evoluează pe un set limitat de trasee ireversibile, denumite „autostrăzi evolutive”.
- Procesul-cheie, numit „fuziune cu amestecare”, lasă o urmă permanentă care nu poate fi anulată.
Un puzzle vechi de peste 600 de milioane de ani
Un om, o caracatiță și un coral par să nu aibă aproape nimic în comun. Și totuși, adânc în interiorul celulelor lor, cromozomii încă poartă fragmente recognoscibile ale unui genom moștenit de la un strămoș animal comun. De-a lungul timpului, acești cromozomi s-au contopit, s-au divizat și s-au rearanjat de nenumărate ori.
Până acum, mii de genome animale au fost secvențiate, însă înțelegerea modului în care ele s-au schimbat pe scări de timp atât de vaste a rămas o provocare majoră. Majoritatea genomelor secvențiate sunt „ciorne”, care arată ce gene are un animal, dar nu și cum sunt aranjate acestea. Asamblările la scară cromozomială plasează fiecare genă în ordine de-a lungul cromozomilor compleți — sunt mult mai greu de produs, iar abia recent au fost secvențiate suficiente animale în acest fel pentru a permite o comparație la nivelul întregului regn animal.
Cea mai amplă comparație realizată până acum în arborele vieții animale
Echipa a analizat peste 5.800 de genome la scară cromozomială, disponibile public, acoperind 4.454 de specii din 19 încrengături animale — cea mai amplă comparație de acest fel din arborele vieții animale realizată vreodată. Cercetătorii au dezvoltat un nou cadru de lucru, numit topologie evolutivă a genomului, care proiectează această diversitate enormă pe o singură hartă.
„Pentru prima dată, putem vedea mii de genome pe o singură hartă și putem urmări traseele unice de-a lungul cărora a evoluat ADN-ul animalelor”, a declarat Darrin Schultz, care a condus lucrarea ca cercetător postdoctoral la Universitatea din Viena.
Abordarea a arătat că genomele nu se schimbă aleatoriu, ci se deplasează de-a lungul unor „autostrăzi evolutive” — trasee dezvăluite de sute de specii actuale ale căror genome poartă dovezi că au circulat pe autostradă sau „au ieșit” de pe ea în momente și cu viteze diferite.
„Fuziunea cu amestecare”, o schimbare care nu poate fi anulată
În centrul acestor tipare se află un proces pe care echipa l-a denumit, într-un studiu anterior, „fuziune cu amestecare”: atunci când doi cromozomi se contopesc, genele lor se întrepătrund într-un mod care nu mai poate fi anulat, lăsând o înregistrare permanentă a evenimentului. Deoarece aceste schimbări se produc într-o singură direcție, ele servesc drept markeri de încredere ai unei descendențe comune.
Cercetătorii au constatat că diferențele de număr de cromozomi între grupurile de animale apar fie din combinarea cromozomilor ancestrali, fie din separarea lor, iar în ambele cazuri fuziunea cu amestecare ghidează liniile evolutive pe trasee foarte diferite. Odată ce un asemenea „ocol” a avut loc, el plasează marile grupuri de animale în regiuni distincte ale „spațiului arhitecturii genomice”.
Pentru că acest proces nu poate fi inversat, amestecarea progresivă, într-un singur sens, modelează în timp traseele divergente ale evoluției genomice și lasă o amprentă durabilă asupra unei game largi de gene, inclusiv asupra unor gene-cheie care controlează dezvoltarea.
Un instrument pentru conservarea biodiversității
Deoarece topologia evolutivă a genomului compară arhitectura genomică, nu doar secvența ADN, ea oferă cercetătorilor un mod de a transforma volumul tot mai mare de genome animale la scară cromozomială într-un sistem comun de coordonate. Asta ar putea ajuta la prioritizarea liniilor neobișnuite pentru studii mai aprofundate și la testarea legăturii dintre schimbările cromozomiale și modificările din reglarea genelor, dezvoltare sau biodiversitate.
Relevanța cadrului depășește biologia evolutivă. Pentru că unele grupuri ocupă regiuni unice și izolate ale hărții — linii a căror arhitectură genomică nu are corespondent apropiat, precum țânțarii, bureții de sticlă sau râmele — abordarea ar putea semnala grupurile distincte din punct de vedere evolutiv. Ea poate fi folosită și pentru a simula posibile direcții viitoare ale evoluției genomice.
„Înțelegerea acestor reguli ale evoluției nu ne spune doar despre trecut”, a subliniat Oleg Simakov, profesor la Universitatea din Viena și coautor al studiului. „Ne permite și să ne întrebăm încotro s-ar putea îndrepta evoluția genomului și să identificăm măsuri esențiale pentru conservarea biodiversității animale.”
Vi se pare surprinzător că evoluția ADN-ului urmează trasee prestabilite și ireversibile? Spuneți-ne în comentarii cum credeți că ar putea schimba astfel de descoperiri modul în care protejăm speciile.
