Ένας επαναστατικός χάρτης με το δέντρο της ζωής αποκαλύπτει νέα μυστικά για τη γενετική εξέλιξη ζώων, φυτών και βακτηρίων

Πηγή: Spiegel, Ιούνιος 2006

Το 1870 ο γερμανός επιστήμονας Ernst Haeckel σχεδίασε το πρώτο δέντρο της ζωής, που αποτύπωνε τις γενετικές σχέσεις ζωών και φυτών. Από τότε οι επιστήμονες συνέχεια το ξανασχεδιάζουν ενώ έχουν επεκτείνει το δέντρο προσθέτοντας νέους μικροοργανισμούς χρησιμοποιώντας σύγχρονα μοριακά στοιχεία, όμως, πολλά μέρη του δέντρου της ζωής είχαν παραμείνει ασαφή.

Τώρα μια ομάδα στο Ευρωπαϊκό Μοριακό Εργαστήριο της Βιολογίας (EMBL) στη Χαϊδελβέργη έχει αναπτύξει μια μέθοδο με τη βοήθεια της βιοπληροφορικής, που επιλύει πολλές από τις ανοικτές ερωτήσεις και έχει παραγάγει πιθανώς το ακριβέστερο δέντρο της ζωής. Η μελέτη αυτή δίνει μερικές περίεργες ιδέες για την προέλευση των βακτηριδίων και του τελευταίου κοινού καθολικού προγόνου όλης της ζωής στη Γη σήμερα.

Τα αποτελέσματα της έρευνας που αποκαλύπτει σημαντικές πληροφορίες για το αρχικό στάδιο ανθρώπων, φυτών και βακτηρίων δημοσιεύονται στο επιστημονικό περιοδικό Science.

Το νέο δέντρο της ζωής με τα δεκάδες παρακλάδια του δίνει απαντήσεις σε αρκετά ερωτήματα αναφορικά με τους μικροοργανισμούς, αλλά και στην πολυσυζητημένη γενετική σχέση ανθρώπων και πιθήκων. Ο επιστήμονας Tobias Doerks από το εργαστήριο Peer Bork της Χαϊδελβέργης εξηγεί πως το δέντρο της ζωής που έφτιαξε αυτός και η ομάδα του είναι σχεδόν στρογγυλό. Έχει περισσότερα από 190 παρακλάδια, που είναι γεμάτα διακλαδώσεις. Χωρίζεται σε τρεις βασικές κατηγορίες, στις οποίες ανήκουν άνθρωποι, φυτά, και βακτήρια στα οποία ανήκουν και τα αρχέτυπα βακτήρια.

Στο δέντρο παρουσιάζονται οι μεταλλαγές, και το σημαντικότερο, οι γενετικές σχέσεις όλων σχεδόν των οργανισμών με αποκωδικοποιημένο γενετικό κώδικα. "Το γεγονός ότι καταφέραμε να εξετάσουμε τη γενετική συγγένεια σχεδόν 200 οργανισμών είναι μοναδικό. Εργαστήκαμε σκληρά, αλλά ήμασταν σίγουρα και τυχεροί που φτάσαμε πρώτοι στο επιθυμητό αποτέλεσμα", προσθέτει ο γερμανός επιστήμονας.

Δεδομένου ότι όλοι οι οργανισμοί κατάγονται από τον ίδιο πρόγονο, μοιράζονται μερικά κοινά γονίδια. Η Francesca Ciccarelli καθώς και ο Tobias Doerks της ομάδας Bork κατόρθωσαν να προσδιορίσουν 31 γονίδια με σαφή συγγένεια σε 191 οργανισμούς, που κυμαίνονται από τα βακτηρίδια ως τους ανθρώπους, για να αναδημιουργήσουν τις σχέσεις τους.

"Ακόμη και αν χρησιμοποιήσετε τέτοια γονίδια, μπορεί να πάρετε λάθος απάντηση", λέει η Ciccarelli. "Οι οργανισμοί κληρονομούν τα περισσότερα γονίδια από τους γονείς τους, αλλά κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, μερικοί έχουν αποκτήσει λίγα γονίδια με διαφορετικό τρόπο. Όταν κάποιοι οργανισμοί αντάλλαξαν γονίδια με τους γείτονές τους σε μια διαδικασία που λέγεται 'οριζόντια μεταφορά γονιδίων HGT' . Προφανώς, η τελευταία κατηγορία γονιδίων δεν μας λέει τίποτα για τους προγόνους μας. Το τέχνασμα που χρησιμοποιήσαμε ήταν να προσδιοριστούν αυτά τα γονίδια και να αποκλειστούν από την ανάλυση."

"Αυτή η διαδικασία μείωσε δραστικά το 'θόρυβο' στα στοιχεία, έτσι μπορέσαμε να προσδιορίσουμε μέχρι τώρα τις άγνωστες λεπτομέρειες της πρόωρης εξέλιξης", συμπληρώνει ο Tobias Doerks. "Παραδείγματος χάριν, τώρα ξέρουμε ότι το πρώτο βακτηρίδιο ήταν πιθανώς ένας τύπος που ονομάζεται gram-positive και πιθανά έζησε σε υψηλές θερμοκρασίες - κάτι που προτείνει ότι όλη η ζωή προέκυψε σε θερμά περιβάλλοντα".

Τα κομμάτια του DNA που εξετάστηκαν περιγράφουν ένα προς ένα τα βήματα της μεταλλαγής και εξέλιξης των ειδών. Είναι ωστόσο αυτονόητο ότι η ποσότητα των δεδομένων είναι τεράστια. Μόνο οι πληροφορίες για τον ανθρώπινο γενετικό κώδικα θα γέμιζαν σχεδόν 200 τηλεφωνικούς καταλόγους. Ο Tobias Doerks και οι συνάδελφοί του επεξεργάστηκαν την μεγάλη βάση δεδομένων με υπολογιστές που χρησιμοποιούνται και στην βιοπληροφορική.

"Αναλύσαμε τις διαφορές που παρουσιάζουν τα κομμάτια DNA των οργανισμών. Είδαμε επομένως ποιες ομοιότητες παρουσιάζουν τα διάφορα είδη. Κλασικό παράδειγμα η γενετική σχέση μεταξύ ανθρώπου και πιθήκου. Η έρευνα απέδειξε ότι οι ομοιότητες είναι τελικά περισσότερες από ότι αρχικά νομίζαμε".

Το εργαστήριο Peer Bork στη Χαϊδελβέργη ειδικεύεται στην ανάλυση γενετικού υλικού με υπολογιστές. Η ανάλυση έδειξε ότι οι περισσότεροι οργανισμοί έχουν έναν συγκεκριμένο πρόγονο και πολλά κοινά γονίδια. Οι επιστήμονας κατάφεραν να αναγνωρίσουν συνολικά 31 γονίδια, τα οποία αποτελούν τη «ραχοκοκαλιά» του δέντρου της ζωής. Γεγονός πάντως είναι ότι οι επιστήμονες του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας θεωρούν τα αποτελέσματα της έρευνάς τους προσωρινά. Λένε μάλιστα ότι χρειάζονται ακόμα αρκετό χρόνο για να συμπληρώσουν το δέντρο με γενετικούς κώδικες από βακτήρια και μικροοργανισμούς.

Το βελτιωμένο δέντρο έχει ρίξει επίσης φως σε άλλη έρευνα που διεξάγεται από την ομάδα. Ο Bork και οι συνάδελφοι του συμμετέχουν σε προγράμματα που συλλέγουν το γενετικό υλικό άγνωστων ειδών κατά μαζικό τρόπο από περιβάλλοντα όπως είναι το αγροτικό χώμα και το ωκεάνιο πάτωμα. "Με το νέο δέντρο της ζωής είναι τώρα δυνατό να ταξινομηθεί το γενετικό υλικό από αυτόν τον ανεξερεύνητο μικροβιακό κόσμο και να βελτιωθεί η κατανόηση της ζωής πάνω στον πλανήτη."