Od sebičnega gena k družabnemu genomu

    Nekatere kobilice imajo zanimivo lastnost, da se lahko v razmeroma kratkem času iz prijaznih malih živalic spremenijo v zlobne huligane. Iz elegantne oblike z dolgimi nogami in velikimi krili, ki se premika počasi in se prehranjuje na samem v tišini, se preoblikujejo v neustrašne škodljivce, ki letajo v rojih, imajo kratke noge in krila, zaradi številčnosti pa lahko začasno celo zatemnijo nebo in kmetom v trenutku uničijo ves pridelek na poljih.

    Proces transformacije iz mirne v razgrajaško verzijo lahko sproži kar gneča oziroma veliko kobilic skupaj na majhnem območju. Takrat se pri kobilicah zdrami nekakšen notranji alarm, ki spremeni stopnjo izražanja določenih genov, kar se na zunaj pokaže kot krčenje nog in kril, močno pa se spremeni tudi njihovo vedenje, saj postanejo bistveno bolj agresivne. Čeprav imata huliganska in prijazna oblika kobilic povsem enak genetski material, sta po videzu in obnašanju zelo različni.

    Izražanje genov pri čebelah

    Pred nekaj desetletji so bile transformacije zunanjega videza živih bitij zaradi spremenjenega načina izražanja genov malo poznane, zadnja leta pa so nove laboratorijske metode določanja stopnje izražanja genov omogočile, da takšne preobrazbe opažajo pri vedno več bioloških vrstah. Znanstvenike pri tem preseneča, kako hitro lahko nekatera bitja spremenijo svoje zunanje lastnosti in podobo preko preoblikovanja aktivnosti genov. Kompleksna živa bitja imajo v vsaki svoji celici shranjenih po deset tisoč in več genov, a jih je hkrati dejavnih le manjši del. Ko so geni aktivni in tvorijo molekule, ki predstavljajo kemijske signale, pravimo, da se geni izražajo. Prav zaradi različne stopnje izražanja posamičnih genov so celice in tkiva na različnih koncih telesa različni.

    Raziskovalec čebel Gene Robinson z Univerze v Illinoisu je denimo preučeval izražanje genov pri čebelah. Da bi ugotovil, kako vpliva okolje na razvoj mladih čebel, se je odločil, da bo le dan stare čebele prenesel iz ene kolonije v drugo. Med seboj je pomešal običajne čebele in afriške agresivne čebele »ubijalke«. Iz prejšnjih raziskav je vedel, da čebele, ko začutijo nevarnost, druge čebele na to opozorijo z oddajanjem specifičnega vonja, ki je podoben vonju banan. Ko jih je večkrat zapored izpostavil signalu za nevarnost, so se jim začeli močneje izražati geni, ki so odgovorni za agresivnejše vedenje.

    Z novim eksperimentom je tudi ugotovil, da premik v drugo okolje ne spremeni le obnašanja posameznih čebel, ampak vpliva tudi na izražanje genov. Izkazalo se je, da se enak genom v različnih okoljih izraža različno, kar pripelje do različnega videza in obnašanja organizma. Čeprav imajo čebele v enem in drugem panju enake gene, je njihov konkreten vpliv na organizem drugačen.

    Umri, sebični gen, umri

    David Dobbs je v daljšem sestavku z naslovom Umri, sebični gen, umri, ki ga je v začetku decembra 2013 objavil v reviji Aeon, z zgodbo o transformaciji kobilic poskušal ilustrirati trditev, da bi bilo dobro opustiti v javnosti sicer zelo priljubljeno prispodobo o sebičnih genih, ki naj bi bili skrivni gospodarji živega sveta ter krmarji evolucije življenja na Zemlji. Interpretacija evolucije, ki izhaja iz posameznih genov, je postala zadnja desetletja zelo popularna, saj jo najdemo povsod od učbenikov do poljudnoznanstvenih knjig. Pa vendar vse več biologov opozarja, da je treba razumevanje žive narave, po katerem so geni glavni arhitekti in upravljavci življenja, nadomestiti z novo prispodobo, ki bi gene interpretirala kot del širše ekipe, ki ureja dogajanje v živem svetu.

    Čeprav sta Charles Darwin in Gregor Mendel prišla do ključnih spoznanj glede naravne selekcije in genetike približno ob istem času, sredi 19. stoletja, je do sinteze obeh teorij prišlo šele v začetku 20. stoletja. V tridesetih letih 20. stoletja so trije britanski biologi (Ronald Fisher, Sewall Wright in J.B.S.Haldane) pokazali, da lahko součinkovanje več genov skozi čas v veliki populaciji povzroči, da male spremembe pripeljejo do večjih, kar ima lahko za posledico nastanek novih bioloških vrst. Pokazali so tudi, kako lahko zgolj naravni izbor privede do pojava altruističnega obnašanja pri organizmih.

    Z odkritjem molekule DNK kot kemijske oblike dednega zapisa leta 1953 se je pomen genov kot ključnih elementov za delovanje žive narave samo še povečal, saj sedaj niso bili več le abstraktni simboli, ampak zelo konkretne molekule, s katerimi je bilo mogoče izvajati poskuse in jih manipulirati. V začetku šestdesetih let sta Britanec William Hamilton in Američan George C. Williams s pomočjo matematičnih modelov pokazala, da lahko posamezen organizem interpretiramo tudi kot sredstvo za prenos genov. Geni naj po tej interpretaciji ne bi obstajali zato, da omogočajo življenje organizmov, ampak so organizmi na svetu zgolj zato, da služijo genom pri njihovem razmnoževanju.

    Po tej interpretaciji evolucije, ki za osnovne gradnike vzame posamične gene, organizmi medsebojno sodelujejo in skrbijo drug za drugega, ker si delijo gene in imajo zaradi kooperativnosti organizmov posamezni geni več možnosti, da dolgoročno preživijo in se razmnožijo. S skrbjo za sorodnike naj bi si geni, ki jih imajo organizmi skupne, povečali možnosti za preživetje oziroma za prenos v naslednje generacije. S to hipotezo so raziskovalci poskušali pojasniti različne oblike altruizma, ki jih srečamo v naravi, saj naj zgolj v okolju boja za preživetje organizmov tako obnašanje ne bi bilo smotrno. Idejo je kakih petnajst let po prvi objavi v znanstveni literaturi izvrstno populariziral Richard Dawkins leta 1976 v knjigi Sebični gen, ki je postala ena najbolj vplivnih poljudnoznanstvenih knjig vseh časov.

    Pomembne so spremembe na ravni izražanja genov

    Kot poudarja Dobbs, je težava prispodobe sebičnega gena v tem, da pri evoluciji ne gre zgolj za spopad posamičnih genov, ampak tudi za sodelovanje med njimi. Zato je primerneje, da se poudarek prenese s posamičnih genov na celotni genom. Genom je v neprestani interakciji sam s sabo, z okoljem in z drugimi genomi, kar pomeni, da so za razvoj pomembne »družabne lastnosti genoma« in ne le »sebični geni«.

    Zgolj sprememba posameznega gena v kompleksnih organizmih sama po sebi praviloma ne pripelje do tako velike relativne prednosti v nekem življenjskem okolju, da bi imel zaradi tega konkretni organizem več potomcev in tako poskrbel za širjenje spremenjenega gena. Kot pravi Dobbs, se evolucijske spremembe najprej zgodijo na ravni izražanja posameznih genov, ki ostanejo pri tem nespremenjeni. Videz in obnašanje organizma ali več organizmov v populaciji se spremeni le preko spremembe izražanja že obstoječih genov, kar pripelje do tega, da so ti organizmi bolje prilagojeni za preživetje v konkretnem okolju. In praviloma šele kasneje, ko takšni organizmi s spremenjeno obliko izražanja obstoječih genov že obstajajo, lahko pride do mutacije oziroma do spremembe v posameznem genu, ki to spremembo v izražanju utrdi za nadaljnje generacije s spremembo v samem dednem zapisu oziroma na ravni genov.

    Dawkins se je na Dobbsov zapis odzval z daljšim besedilom na svoji spletni strani (Adversarial Journalism and The Selfish Gene), v katerem trdi, da se z vsemi ugotovitvami strinja in jih podpira, a da te ugotovitve hkrati ne omajejo pomembnosti njegove prispodobe o sebičnem genu. Dobbs se s tem seveda ne strinja in vztraja, da je treba prispodobo sebičnega gena opustiti in jo nadomestiti z novo, ki bo v večji meri upoštevala tudi značilnosti »družabnega genoma«.