Osnovi evolucije – III. deo: Evolucija i genetika

U prethodna dva broja objasnili smo da evolucija neizbežno dovodi do promene genetičkog sastava vrsta, kroz procese varijacije i selekcije; pokazali smo kako to izgleda na nivou oblika cele životinje. Na genetičkom nivou, ove promene su još direktnije i još jasnije.

Osnovi evolucije - III. deo: Evolucija i genetika

1. Održavanje stabilnosti genoma i širenje novih mutacija u populaciji

Svaka jedinka unutar vrste nosi u sebi određenu količinu novih genetičkih promena (kod ljudi, svako dete se rađa sa par stotina novih mutacija). Ako ove nove promene dovedu do bolesti ili smrti, one neće biti prenesene na sledeću generaciju. Ako one dovode do slabljenja jedinke, možda će i uspeti da se provuku kroz nekoliko generacija, ali će uvek ostati prisutne u manjini i pre ili kasnije će biti eliminisane. Na ovaj način, genomi živih bića se održavaju na stabilnom nivou i sprečava se narušavanje njihove stabilnosti. Mi danas imamo genomske sekvence iz kostiju ljudi koji su živeli i umrli pre više desetina hiljada godina. Ako te prastare genome uporedimo sa DNK sekvencama modernog čoveka, nalazimo da su razlike minorne: njihovi genomi nisu značajno drugačiji od današnjih. Desetine hiljada godina nakupljenih mutacija nisu proizvele nikakve merljive štetne efekte.

Retke pozitivne mutacije, međutim, imaju obrnuti uticaj: strahovito brzo se šire kroz populaciju, pošto daju prednost svojim nosiocima. Uzmimo kao primer laktazu, enzim koji je neophodan za varenje mleka. Sisari u prirodi imaju pristup mleku samo u toku ranog detinjstva i laktaza im više nikada u životu ne treba. Proizvodnja laktaze je čist gubitak, zbog čega se kod svih sisara, odmah nakon ranog detinjstva, obustavlja funkcija gena za proizvodnju laktaze. Ljudi su takođe sisari i za veliku većinu čovečanstva ovo pravilo takođe važi. Narodi koji nisu organizovali svoj život oko stoke i domaćih životinja i danas imaju oblik gena za laktazu koji se gasi rano u toku života. Američki Indijanci, veći deo afričkih naroda, dobar deo Azije… uopšte nije u stanju da konzumira mleko i mlečne proizvode. Sir, kajmak i slični prehrambeni proizvodi dovode do jakih bolova u stomaku i ozbiljne dijareje.

Ali, šta se desilo sa narodima koji su pripitomili životinje poput koza, ovaca i krava? U početku, odrasli pripadnici takvih naroda su mogli da jedu meso i koriste kožu svojih životinja, ali samo deca su mogla da piju mleko. Međutim, svaka mutacija koja omogućava detetu da duže opstaje na ishrani mlekom – svaka mutacija koja održava gen za laktazu aktivnim – takođe ima selektivnu prednost. Dete ima veću šansu za opstanak ako može da pristupi hrani koja je za druge pripadnike grupe nejestiva.

Otud, mutacije koje održavaju laktazu aktivnom su se veoma brzo širile kroz narode koji zavise od goveda i njihovi potomci danas nose jednu ili više takvih mutacija. Ovo uključuje većinu Evropljana, mnoga afrička plemena, određene grupe sa Srednjeg istoka… Sledeći put kada budete uživali u bureku sa jogurtom, setite se da preko polovine čovečanstva ne bi moglo da vam se pridruži i zahvalite evoluciji i prirodnoj selekciji za svoju sposobnost varenja mlečnih proizvoda!

2. Genetička nasledna hijerarhija, poslednji zajednički preci

U okviru ovog teksta, ovoj temi se ne možemo posvetiti onoliko detaljno koliko ona zaslužuje, ali vredi pomenuti najosnovnije pojmove. Naime, danas svi znaju da je moguće pratiti biološko nasleđe pomoću DNK analize; možemo, recimo, utvrditi ko je otac ili majka određenog deteta, sa efektivno apsolutnom sigurnošću. Osnova za ovo je nasleđe sa modifikacijama: mada dete svakako nosi određen broj novih promena u genomu, genom tog deteta je prevashodno kopija genoma njegovih roditelja. Na osnovu DNK analize moguće je utvrditi i srodstvo koje je veoma, veoma daleko – recimo, moguće je jasno videti da li dvoje ljudi imaju istog pradedu ili istu čukunbabu.

Ali, isti princip važi i za cele genome životinjskih vrsta: moguće je pratiti koje vrste su, kako i koliko međusobno srodne.

Osnovi evolucije - III. deo: Evolucija i genetika

Stablo nasleđa: potomci nasleđuju promene koje su doživeli njihovi preci

Genom vrste 5 i genom vrste 6 na gornjoj slici su kopije sa modifikacijama jednog istog početnog genoma, koji je pripadao vrsti 4. Genom šimpanze i genom čoveka su kopije sa modifikacijama jednog istog početnog genoma, koji je pre šest do sedam miliona godina pripadao njihovom poslednjem zajedničkom pretku. Važno je razumeti da se ovde ne radi prosto o „sličnosti“. Mnoge stvari mogu izgledati slično, iako su, u stvari, veoma različite (delfini, recimo, izgledaju veoma slično ribama, mada su, u stvari, sisari). Genom šimpanze nije prosto „98% sličan“ ljudskom genomu (ovde govorimo o tzv. funkcionalnim delovima genoma, tj. o genima koji kodiraju proteine); oba genoma su potomci istog pretka, kopije istih osnovnih sekvenci koje su nakon divergencije od zajedničkog pretka doživele niz različitih promena. Što se tiče samih gena, te promene su koncentrisane u samo 2% ukupne sekvence, dok se kompletni genomi, obuhvatajući i nekodirajuće sekvence za koje danas znamo da su veoma važne za regulaciju aktivnosti gena, razlikuju za oko 5%.

Pojam „poslednjeg zajedničkog pretka“ takođe može da izazove zabunu. Često izgleda kao da naučnici pričaju o nekoj jedinki koja je, eto, sama od sebe, proizvela čitavu novu vrstu, ili čak više vrsta. O čemu se, u stvari, radi?

Razmislimo ovako. Svako od nas ima dvoje roditelja; četvoro baba i deda; osam prababa i pradeda; šesnaest čukunbaba i čukundeda; itd. Ako odemo deset generacija unazad, svako od nas ima preko hiljadu predaka. Ako odemo četrdeset generacija unazad, sve do otprilike dvanaestog-trinaestog veka nove ere… ispada da je tada na svetu bilo preko trilion naših predaka. Ups, mali problem, zar ne?

Rešenje je, naravno, jednostavno. Nakon petog ili šestog kolena, brak među rođacima je prilično čest. Sedmo ili osmo koleno niko ne može realno da prati – svako od nas ima na desetine hiljada takvih rođaka. U okviru bilo koje omanje ljudske grupe (recimo, ako brojimo sve nacije Južnih Slovena) izvesno je da svaki bračni par može da nađe makar jednog zajedničkog pretka u okviru prethodnih sedam ili osam generacija. Kod životinja, koje su, generalno, još više geografski ograničene, veze su najčešće mnogo direktnije.

Ako dvoje ljudi ustanovi da imaju istog čukun-čukun-čukundedu, ali da nakon toga nema krvne veze među njihovim porodicama, taj „kubni čukundeda“ je njihov poslednji zajednički predak. Oni imaju mnogo drugih predaka koji su živeli u istom periodu kada i taj čukundeda, ali ti preci nisu zajednički.

Isti princip možemo da primenimo i na narode. Pre oko 5000 godina, grupa poznata kao Indoevropljani je protutnjala kroz Evropu i Aziju; Englezi, Nemci, Norvežani, Srbi, Rusi, Grci, Iranci i Indijci su potomci ovog istog početnog plemena. U tom početnom plemenu bilo je na hiljade osoba čiji potomci žive i danas; čitavi narodi mogu da nađu mnoge zajedničke pretke. Ali, jedna osoba u tom periodu, jedan čovek ili jedna žena, poslednji je zajednički predak svih indoevropskih naroda.

Idući dublje, možemo da potražimo i poslednjeg zajedničkog pretka svih ljudi. Pošto se takozvana mitohondrijalna DNK nasleđuje samo od majke, a Y-hromozom sinovi nasleđuju samo od oca, možemo čak da pratimo i pol naših predaka. Poslednja zajednička majka ljudske rase, takozvana „mitohondrijalna Eva“, živela je pre oko 200.000 godina; poslednji zajednički otac, „Y-hromozomalni Adam“, živeo je pre oko 60.000 godina. Razlika u dobu potiče iz više uzroka, između kojih je i činjenica da muškarci češće ostavljaju potomstvo sa više žena nego što žene ostavljaju potomstvo sa više muškaraca. Ovo, očigledno, ne može da se svede na dvoje ljudi koje je imalo decu jedno sa drugim; poslednja žena koja je zajednički predak svim ljudima je živela mnogo ranije nego poslednji muškarac za koga važi ista distinkcija.

Konačno, možemo da nađemo kada su živeli zajednički preci različitih vrsta. Za kalkulacije na tom nivou postaju potrebni čitavi superkompjuteri, ali, na sreću, rezultati su javno dostupni. Ako vas ova tema zanima, idite na sajt www.TimeTree.org, gde možete ukucati bilo koje dve vrste i videti kada je, najverovatnije, živeo njihov poslednji zajednički predak. Kao primer, poslednji zajednički predak Homo sapiens (čoveka) i Canis lupus (vuka) živeo je pre oko 94,4 miliona godina. Poslednji zajednički predak čoveka i kukuruza (Zea mays) živeo je pre otprilike 1369 miliona godina. Ova istorija nasleđa sa modifikacijama je doslovno zapisana u našem genomu.

3. Nastanak i nestanak gena – zašto nam je potreban vitamin C?

Kao što je objašnjeno u prvom delu ovog teksta, najveći broj novih gena nastaje kroz procese duplikacije praćene modifikacijama. Na ovaj način, od jednog početnog gena mogu nastati na hiljade drugih. Recimo, geni zvani kinaze, koji kontrolišu najveći deo ćelijskih procesa, potomci su jednog prostog početnog gena koji se umnožio kroz duplikacije i modifikacije u čitavu familiju gena:

Osnovi evolucije - III. deo: Evolucija i genetika

Stablo nastanka

Gigantska kompleksnost – na hiljade gena koji kontrolišu brojne ćelijske funkcije, svi su potomci jedne iste početne sekvence koja se duplikovala, prikupila mutacije, duplikovala se ponovo i ponovo i ponovo… kroz stotine miliona godina.

Ovakav nastanak se jasno može videti kroz uporednu analizu desetina hiljada genskih sekvenci. Još jasnije možemo da pratimo šta se događa sa pojedinim genima, bez obzira na to da li ti geni nastaju, opstaju, ili čak polako nestaju.

Dobar primer ovoga možemo naći na primeru vitamina C. Ovaj vitamin je supstanca potrebna u mnogim biohemijskim reakcijama, zbog čega se proizvodi u ćelijama praktično svih biljaka i životinja. Psima, mačkama, pticama, ribama, biljkama – vitamin C je svima neophodan, ali ne moraju da ga uzimaju u ishrani. Njihovo sopstveno telo proizvodi više nego dovoljnu količinu.

Nekoliko vrsta životinja je, međutim, izuzetak od ovog pravila. Ako se životinja hrani velikim količinama voća, ona u telo unosi velike količine vitamina C. Samim tim, ovo uklanja selektivni pritisak koji održava postojanje gena za njegovu proizvodnju. Na primer, ako tigar u divljini okoti deset tigrića i jedan od tih deset nosi mutaciju koja onemogućava proizvodnju vitamina C u telu – taj tigrić će ubrzo uginuti. Sa druge strane, ako neka životinja jede prevashodno voće, i ako ta životinja ostavi potomka koji doživi istu ovu mutaciju, taj potomak će preživeti sasvim normalno, pošto iz ishrane dobija daleko više vitamina C nego što mu je potrebno. Mutacija koja onesposobljava proizvodnju vitamina C se zatim prenosi dalje na potomke ove jedinke.

Zbog ovoga, mnoge vrste koje se hrane voćem izgube sposobnost proizvodnje vitamina C. Ovaj gubitak se onda prenosi i na dalje generacije, pa i na vrste koje nastanu od ove početne, čak i ako ta vrsta promeni ishranu.

Upravo ovo se desilo i sa primatima. Predak današnjih tarsijera, majmuna, hominida i ljudi doživeo je mutaciju koja je deaktivirala takozvani GULOP gen (ovaj gen proizvodi enzim L-gulonolakton oksidazu, neophodan za proizvodnju vitamina C). Ovaj deaktivirani gen se onda prenosio dalje kroz kopiranje genoma, sve do danas. Danas možemo da posmatramo kako su se i kada određene promene na ovom genu događale i kako su bile prenošene sa predaka na potomke.

U okviru ovog teksta mi ne možemo prikazati celo stablo nasleđa ovog gena pošto bismo dobili previše kompleksnu sliku (sličnu onoj gornjoj koja je data za kinaze). Ali, možemo ovo prikazati uprošćeno: označićemo GULOP gen prostom plavom linijom i onda ćemo na njemu označavati samo velike promene i to samo one koje su se prenele do čoveka danas. Dakle, shema koja sledi prikazuje razvoj ovog gena sa ljudske tačke gledišta… Nastavak u sledećem broju…

Autor: Miloš Babić

Napomena:
Autor ovog teksta nije povezan sa Udruženjem “Ateisti Srbije”.
Njegov web-sajt TeorijaEvolucije.com je
religijski neutralan i bavi se isključivo naučnim činjenicama
bez uplitanja bilo religije, bilo ateizma.

%d bloggers like this: