Lacul Malawi, situat în Africa de Est, ascunde unul dintre cele mai impresionante mistere ale biologiei. În acest rezervor, mai mult de opt sute de specii de ciclide au apărut dintr-un strămoș comun. Și asta s-a întâmplat într-un timp incomparabil mai scurt decât timpul în care omul și cimpanzeul s-au separat. Cel mai uimitor lucru este că toată această diversitate s-a format într-un singur lac. Unele ciclide au devenit prădători, altele s-au adaptat să se hrănească cu alge, iar altele s-au adaptat să filtreze nisipul sau să consume plancton. Fiecare specie și-a ocupat propria nișă ecologică, trăind cot la cot cu celelalte.
Cercetătorii de la Universitatea din Cambridge și de la Universitatea din Anvers au decis să afle cum este posibilă o astfel de evoluție rapidă. Descoperirile lor au fost publicate în revista Science.
Secțiuni inversate ale ADN-ului
Oamenii de știință au analizat materialul genetic a peste 1.300 de ciclide. Ei au căutat mecanisme care ar putea explica rata neobișnuit de mare de evoluție. „Am descoperit că la unele specii, întinderi mari de ADN pe cinci cromozomi sunt inversate”, explică autorul principal al studiului Hennes Svardal de la Universitatea din Anvers. „Aceasta este o mutație numită inversiune cromozomială.”
În condiții normale, în timpul reproducerii, are loc recombinarea – amestecarea materialului genetic al ambilor părinți. Dar în interiorul zonelor inversate acest proces este blocat. Ca urmare, grupurile de gene rămân legate și sunt transmise din generație în generație ca întreg. Acest lucru păstrează combinații de trăsături care s-au dovedit deja utile, permițând evoluției să se miște mai eficient.
Primul autor al studiului, Moritz Bloomer de la Universitatea din Cambridge, face o analogie: „Este ca o cutie de instrumente în care toate cele mai utile instrumente sunt blocate împreună, păstrând combinațiile genetice câștigătoare care ajută peștii să se adapteze la diferite medii”.
Supergenele în acțiune
Aceste grupuri de gene legate sunt numite „supergene”. La ciclide, ele par să joace un rol cheie în modelarea diferențelor dintre specii. Chiar dacă diferite specii se pot încrucișa, inversiunile limitează amestecarea ADN-ului lor, ajutând la menținerea caracteristicilor distinctive. Acest lucru este deosebit de important în zonele în care zonele speciilor se suprapun, cum ar fi zonele nisipoase ale unui lac unde nu există limite fizice clare care să separe habitatele.
Multe gene din cadrul acestor supergene influențează trăsături importante pentru supraviețuire și reproducere: vedere, auz, comportament. Peștii care trăiesc la adâncimi de până la două sute de metri trebuie să facă față luminii scăzute, presiunii ridicate și diferitelor surse de hrană în comparație cu cei care trăiesc lângă suprafață. Supergenele lor ajută la menținerea adaptărilor specifice necesare pentru aceste condiții.
„Atunci când diferite specii de ciclide se încrucișează, între ele pot fi transmise inversiuni întregi, aducând cu ele trăsături cheie de supraviețuire, cum ar fi adaptările la medii specifice, accelerând evoluția”, explică Blumer.
Sens larg
Inversiunile cromozomiale nu doar păstrează trăsăturile benefice. Ele pot funcționa și ca cromozomi sexuali, influențând dacă un individ se dezvoltă ca bărbat sau ca femeie. Deoarece determinarea sexului joacă un rol în formarea de noi specii, aceasta adaugă un alt strat la înțelegerea evoluției.
„Deși studiul nostru s-a concentrat pe ciclide, inversiunile cromozomiale nu sunt unice pentru acestea”, spune coautorul studiului, profesorul Richard Durbin de la Universitatea din Cambridge. „Se găsesc și la multe alte animale, inclusiv la oameni, și sunt din ce în ce mai considerate ca un factor cheie în evoluție și biodiversitate.”
Cercetătorii cred că aceste descoperiri pot ajuta să răspundă la o întrebare de lungă durată despre modul în care viața s-a diversificat atât de repede, în condițiile potrivite. „Am studiat speciația de mult timp”, spune Svardal. „Acum, înțelegând cum evoluează și se răspândesc aceste supergene, suntem mai aproape de a răspunde la una dintre marile întrebări ale științei: cum viața de pe Pământ a devenit atât de bogată și diversă.”
Ceea ce se întâmplă în Lacul Malawi nu este doar un miracol local. Aceasta este o fereastră către un mecanism care poate funcționa peste tot. Întinderi inversate de ADN care păstrează combinațiile de gene câștigătoare pot fi motorul ascuns care propulsează evoluția ori de câte ori viața întâlnește noi posibilități. Și acum că oamenii de știință știu unde să caute, acești acceleratori vor găsi în alte specii și alte ecosisteme. Singura întrebare este câte secrete evolutive mai sunt stocate în fragmentele inversate din propriul nostru ADN.
