Adaptivna mutacija – novost v orožarni evolucije

    Beseda mutacija je znana vsem. Vemo tudi, da brez nje evolucije ne bi bilo. Ne glede na to, kako malo je sprememb na DNA in kako je še mnogokrat manj takih, ki bi pomenile prednost in ne okvaro, verjamemo, da so nam prav te spremembe podarile človeško podobo. Saj časa je bilo vendar na pretek! Pa ga je bilo res? Tudi za tako leno evolucijo? Ali v boju s spreminjajočim okoljem res ni boljšega orožja?

    Podtaknjena bomba

    Leta 1988 je John Cairns odkril zanimiv pojav. Bakterije vrste Escherichia coli z okvarjenim genom za encim, ki razgrajuje laktozo, je nanesel na gojišča, v katerih je bila edini vir energije prav laktoza. Pričakovali bi, da se bakterije ne bodo razmnoževale in zrasle v kolonije, pač pa stradale in postopoma propadle. In vendar, po nekaj dneh je opazil prve kolonije in nato vsak dan nove in nove. Očitno so bakterije, iz katerih so zrasle kolonije, mutirale prav na tistem okvarjenem mestu laktoznega gena in to tako, da je gen spet postal aktiven, same pa so ponovno lahko uživale v obilju. Toda število takih ugodnih mutacij je bilo daleč preveliko, da bi ga lahko pripisali naključju. Poleg tega bi pričakovali kvečjemu še veliko nižjo pogostnost mutacij, saj te niso mogle nastati, kot navadno, med podvojevanjem DNA ob delitvi celic, ker bakterije za razmnoževanje niso imele energije. Vse je torej kazalo, da je to primer, ko okolje sproži primerno mutacijo in je ne izbere iz množice naključnih spontanih napak. Cairns je pojav poimenoval adaptivna mutacija in s tem pogumno obudil Lamarcka od mrtvih. V zvezi z besedo adaptivna, dobi namreč mutacija pomen, ki ga nismo vajeni: prilagoditvena sprememba-sprememba torej, ki je nujno koristna in ima z naključnostjo le malo opraviti. Namesto bakterij, si z malo domišljije prav lahko predstavljamo sestradano žirafo, ki ji, v “želji” po listih na visoki veji, zraste vrat!

    Darwin nima prav?

    Odkritje je med neodarvinisti dvignilo precej prahu, saj je predstavljalo resen napad na splošno sprejeto biološko dogmo. Cairns je vrgel kost, ki ni mogla ostati neopažena. Kritike so kar deževale. Zelo težko si je bilo namreč zamisliti model, ki bi zadovoljivo razložil zapleteno komunikacijo med okoljem in DNA, oz. pojasnil kako naj bi bakterije vnaprej “vedele” katera mutacija bo zanje ugodna. Provokacija je dosegla svoj namen: znanstveniki po vsem svetu so se zagnali v raziskave.

    Desetletje raziskav

    Hitro se je pokazalo, da t.i. adaptivna mutacija ni le artefakt Cairnsovega poskusa, saj so jo opazili tudi na drugih podobno okvarjenih genih in pri drugih vrstah bakterij ter celo pri kvasovkah, ki so človeškim celicam bistveno bolj podobne kot bakterije. Le vprašanje usmerjenosti mutacij na potrebni gen je ostajalo nerešeno. Past je bila namreč vedno ista: bakterije so morale rasti v selektivnem okolju, ki je zahtevalo delovanje opazovanega gena, če naj bi adaptivne mutante sploh opazili. Hkrati pa je ravno to okolje preprečevalo vpogled v dogajanje na drugih genih, kjer bi isti mehanizem lahko povzročal mutacije, ki pa bi zaradi svoje nekoristnosti ali celo škodljivosti za bakterijo, ostale neopažene.
    Nedavno je bila tudi ta uganka končno rešena. Dve ameriški znanstvenici, Patricia L. Foster in Susan Rosenberg, sta neodvisno dokazali skoraj enako frekvenco mutacij tudi na drugem, neselekcioniranem genu. Mutacije so torej tudi v tem primeru ravno tako “slepe” kot je predvidel Darwin, za ugodne jih izbere šele okolje.
    Kakšen je torej rezultat? Je bil vse skupaj le hrup za prazen nič?

    Mutacijski mehanizem-rešitev v sili?

    Čeprav pojav očitno ni adaptiven in usmerjen v strogem pomenu besed, je vendarle nekaj novega. Odkrili so namreč, da je zanj potrebno delovanje nekaterih kompliciranih genetskih mehanizmov, kar pomeni, da adaptivne mutacije niso zgolj posledice splošne okvarjenosti stradajočih celic, temveč aktivna prilagoditev na stresne razmere. Kaže torej, da imajo bakterije poleg mehanizmov, ki napake na DNA popravljajo, tudi take, ki v kriznih razmerah število napak povečajo. Za celice tik pred smrtjo pa, vsaj v nekaj primerih, tudi to lahko pomeni rešitev.

    Evoluirajoča evolucija

    Odkritje adaptivne mutacije je tako poleg veliko novih genetskih ugank, prineslo tudi nov pogled na evolucijo: s pomočjo takih in podobnih mehanizmov ( ki nenazadnje ravno tako evoluirajo), bi bila njena hitrost v neugodnih razmerah lahko bistveno večja kot smo si predstavljali! Pa ne le zaradi mutagenih vplivov takega okolja, temveč zaradi “aktivne” vpletenosti bitij samih. Prav to spoznanje pa je morda točka, v kateri se stikajo ideje dveh velikih evolucionistov: Darwina in Lamarcka.


    Avtor: Tanja Vranac
    Naslov: Adaptivna mutacija – novost v orožarni evolucije
    Objavljeno: Kvarkadabra – številka 5, (junij 2000)


    Deli