Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του York και το Ινστιτούτο Wellcome Sanger ηγούνται μιας μελέτης που αποκαλύπτει έναν γενετικό μηχανισμό κοινό σε πεταλούδες και σκώρους από την εποχή των δεινοσαύρων.
Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων επιβεβαίωσε ότι η εξέλιξη έχει χρησιμοποιήσει το ίδιο γενετικό «ρεπερτόριο» για πάνω από 120 εκατομμύρια χρόνια, υποδεικνύοντας ότι τα πρότυπα αλλαγής στη ζωή στη Γη μπορεί να είναι πιο προβλέψιμα απ’ ό,τι πιστεύαμε. Το εύρημα, που δημοσιεύθηκε στο PLoS Biology, βασίζεται στην ανάλυση πολλών ειδών πεταλούδων και σκώρων από τα τροπικά δάση της Νότιας Αμερικής – οργανισμών που, παρά την εξελικτική τους απόσταση, μοιράζονται σχεδόν πανομοιότυπα σχέδια χρωμάτων στα φτερά τους ως προειδοποίηση προς τους θηρευτές.
Η ομάδα, υπό την ηγεσία επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του York και το Ινστιτούτο Wellcome Sanger, σε συνεργασία με ερευνητές από διάφορες χώρες της Νότιας Αμερικής, προσπάθησε να εντοπίσει τα γονίδια που ελέγχουν αυτά τα μοτίβα μίμησης σε 7 απομακρυσμένες γραμμές λεπιδοπτέρων.
Η επιλογή των ειδών δεν ήταν τυχαία: όλα είναι τοξικά και δυσάρεστα στη γεύση για τα πουλιά, και τα φτερά τους εμφανίζουν συγκλίνουσες χρωματικές παραστάσεις που λειτουργούν ως σαφές σήμα προς τους θηρευτές: ένα συγκεκριμένο μοτίβο σημαίνει «μη με φας, είμαι δηλητηριώδες». Μόλις ένα πουλί μάθει να αναγνωρίζει αυτό το σήμα, οποιοδήποτε άλλο είδος το μιμείται και αποκτά άμεσο πλεονέκτημα μειώνοντας την πιθανότητα επίθεσης.
Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι, παρά την απόκλιση των 7 γραμμών πριν από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, όλες βασίστηκαν στα ίδια δύο γονίδια – που ονομάζονται ivory και optix – για να αναπτύξουν τα μοτίβα προειδοποίησης στα φτερά τους. Η σύγκλιση δεν περιορίζεται στην ταυτότητα των γονιδίων· επεκτείνεται και στον ρυθμιστικό μηχανισμό που τα ελέγχει.
Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι οι γενετικές αλλαγές που ευθύνονται για τις διαφορές στα χρωματικά μοτίβα δεν συνέβησαν μέσα στις αλληλουχίες των γονιδίων ivory και optix, αλλά σε ανάλογους μοριακούς «διακόπτες» που καθορίζουν πότε και πού ενεργοποιούνται αυτά τα γονίδια κατά την ανάπτυξη των φτερών.
Η πιο εντυπωσιακή περίπτωση βρέθηκε σε ένα είδος ημερόβιου σκώρου. Αυτό το έντομο χρησιμοποιεί μια αντιστροφή χρωμοσώματος—ένα μεγάλο τμήμα DNA που αναστρέφεται από την αρχική του θέση—για να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα. Το γενετικό αυτό «κόλπο» είναι σχεδόν ταυτόσημο με αυτό που χρησιμοποιείται σε ένα μελετημένο είδος πεταλούδας, παρά το γεγονός ότι οι γραμμές πεταλούδων και σκώρων ακολούθησαν ξεχωριστές εξελικτικές πορείες από την Κρητιδική περίοδο.
Η Kanchon Dasmahapatra, καθηγήτρια στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου του York και μία από τις επικεφαλής συγγραφείς της μελέτης, εξήγησε ότι η συγκλίνουσα εξέλιξη (το φαινόμενο κατά το οποίο άσχετα είδη αναπτύσσουν ανεξάρτητα την ίδια ιδιότητα) είναι κοινό στο δέντρο της ζωής, αλλά οι επιστήμονες σπάνια έχουν την ευκαιρία να εξετάσουν τη γενετική της βάση με τέτοια λεπτομέρεια.
Μελετώντας επτά γραμμές πεταλούδων και έναν ημερόβιο σκώρο, η Dasmahapatra σημείωσε ότι «δείχνουμε ότι η εξέλιξη μπορεί να είναι εκπληκτικά προβλέψιμη, και ότι οι πεταλούδες και οι σκώροι χρησιμοποιούν επανειλημμένα τα ίδια γενετικά «τρικ» για να επιτύχουν παρόμοια χρωματικά μοτίβα από την εποχή των δεινοσαύρων».
Η Joana Meier, ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Wellcome Sanger και συνσυγγραφέας της μελέτης, πρόσθεσε ότι η κοινή τοξικότητα αυτών των ειδών εξηγεί την εκλεκτική πίεση που διατηρεί τη σύγκλιση. Αυτές οι πεταλούδες και ο σκώρος, αν και απομακρυσμένα συγγενείς, είναι όλοι τοξικοί και δυσάρεστοι στη γεύση για τα πουλιά.
Η ερευνήτρια τόνισε ότι η μελέτη δείχνει πως αυτά τα μοτίβα προειδοποίησης είναι ιδιαίτερα βέλτιστα, καθώς φαίνεται σχετικά εύκολο να εξελιχθεί η ίδια σχεδίαση λόγω της υψηλά συντηρημένης γενετικής βάσης για πάνω από 120 εκατομμύρια χρόνια.
Τα ευρήματα της ομάδας ξεπερνούν την περίπτωση των λεπιδοπτέρων της Νότιας Αμερικής. Η επιβεβαίωση ότι η φύση ακολουθεί συγκεκριμένα μονοπάτια, και δεν είναι τόσο τυχαία όσο πιστεύαμε, παρέχει στους βιολόγους ένα εργαλείο για να προβλέψουν πώς άλλα είδη μπορεί να αντιδράσουν στο περιβάλλον τους ή σε παγκόσμια φαινόμενα όπως η κλιματική αλλαγή.
Η γνώση ότι ορισμένες εξελικτικές πορείες είναι πιο πιθανές επειδή έχουν διανυθεί επανειλημμένα για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, επιτρέπει στους επιστήμονες να διατυπώνουν υποθέσεις για μελλοντικές προσαρμογές των οργανισμών.
Η μελέτη, που περιελάμβανε ερευνητές από πολλές χώρες της Νότιας Αμερικής όπου ζουν τα είδη που αναλύθηκαν, υπογραμμίζει επίσης τη σημασία της διατήρησης της βιοποικιλότητας σε περιοχές όπως ο Αμαζόνιος και τα συνδεδεμένα οικοσυστήματά του – όχι μόνο ως αποθετήριο ειδών, αλλά και ως ζωντανό εργαστήριο όπου γράφτηκαν μερικοί από τους πιο διαρκείς κανόνες της εξέλιξης.
Η επαναχρησιμοποίηση των ίδιων γενετικών «διακοπτών» σε γραμμές που έχουν απομακρυνθεί για πάνω από 100 εκατομμύρια χρόνια υποδηλώνει ότι ορισμένες μορφολογικές λύσεις είναι βαθιά ενσωματωμένες στην αρχιτεκτονική του γονιδιώματος, και ότι η εξέλιξη, που φαίνεται να απέχει από το σενάριο να είναι μια διαδικασία καθαρά τυχαία, λειτουργεί με μία περιορισμένη «εργαλειοθήκη» μοριακών μηχανισμών που έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικοί σε όλη τη γεωλογική ιστορία.
