Ribe, ki begajo znanstvenike: kako so lahko preživele tisočletja?

V toplih, počasi tekočih rekah Mehike in južnega Teksasa plava riba, ki po vseh pravilih ne bi smela obstajati.

Mala srebrnkasta ribica, ki živi v jatah, kljubuje evolucijski logiki. Vse jate sestavljajo izključno samice – samci ne obstajajo; a ne zato, ker bi morda živeli le kratek čas, odigrali svojo biološko vlogo in potem poginili, ampak v resnici ne obstajajo že vsaj 100.000 let.

Riba se imenuje bledi moli (lat.: Poecilia formosa; angl.: Amazon molly), in znanstvenike bega že skoraj stoletje, piše spletna stran kanala BBC Earth.

Veliko vprašanje namreč je, kako je vrsta brez samcev sploh lahko preživela.

Ribe se namreč razmnožujejo spolno – se pravi, da za potomstvo potrebujejo dedni material drugega osebka.

Samice bledega molija pa si dednega materiala ne izmenjujejo.

"Trik" za zagotovitev potomstva

Za ustvarjanje potomstva pa uporabljajo "trik", v znanosti imenovan "ginogeneza" (iz grščine: gyne = ženska, samica in genesis = rojstvo, izvor, ustvarjanje; torej "ustvarjeno iz samice").

Samice bledega molija za potomstvo še vedno potrebujejo samce, vendar si te izbirajo iz drugih, sorodnih vrst.

Z njimi se parijo, vendar pa samčevo spermo uporabijo samo za sprožitev razvoja jajčeca, nato pa njihovo DNK zavržejo.

Vrsta je živorodna in skotijo se samo hčerke, vsaka materin klon, natančna genetska kopija.

Kljubovanje dolgo uveljavljeni predstavi

Takšno, v bistvu nespolno razmnoževanje, pa po uveljavljeni teoriji evolucije neizbežno vodi v propad.

Slej ko prej bi se namreč v genomih morale nabrati napake, ki bi vodile do propada vrste.

Pa vendar ta majhna, neopazna žival še vedno obstaja.

Znanstveniki zato ugotavljajo, da so nespolne vrste morda veliko bolj odporne, kot smo mislili doslej – kar postavlja pod vprašaj dolgo uveljavljeno predstavo, da je življenje brez spolnega razmnoževanja obsojeno na propad.

Da bi razumeli, zakaj je preživetje bledega mola brez spolnega razmnoževanja tako izjemno, si moramo najprej odgovoriti na vprašanje: zakaj spolnost sploh obstaja?

Zakaj je spolno razmnoževanje pomembno?

Spolno razmnoževanje je na prvi pogled manj učinkovito kot nespolno, saj zahteva iskanje partnerja in vsak starš potomcem preda le polovico svojih genov.

Kljub temu prevladuje pri veliki večini organizmov, ker omogoča mešanje in rekombinacijo genov, kar povečuje genetsko raznolikost populacij – nekako tako kot mešanje kart; po vsakem mešanju dobimo čisto novo kombinacijo, ki se razlikuje od vseh ostalih.

Pomembna prednost spolnosti je tudi omejevanje kopičenja škodljivih mutacij.

Pri nespolnem razmnoževanju se mutacije praviloma prenašajo iz generacije v generacijo in se lahko sčasoma nakopičijo do mere, ki ogrozi preživetje vrste.

Pri spolnem razmnoževanju pa se zaradi mešanja genov škodljive spremembe lažje izločajo iz populacije.

Spolnost - le ena od strategij preprečevanja škodljivih mutacij?

Dolgo je zato veljalo, da so nespolne vrste evolucijsko obsojene na postopni genetski propad.

Toda obstaja kar nekaj vrst, kot so na primer bledi moliji, vrsta kotačnikov in paličnjaki, ki kažejo, da to ni nujno res.

Raziskovalci vse bolj menijo, da je spolnost le ena od strategij za preprečevanje kopičenja škodljivih mutacij.

Nekatere nespolne vrste so očitno razvile druge, še ne povsem razumljene mehanizme za ohranjanje genetskega zdravja svojih populacij.

Kako natančno ti mehanizmi delujejo, ostaja eno zanimivejših odprtih vprašanj evolucijske biologije.

Razkrita skrivnost belih molijev: "kopiraj in prilepi"

Obstoj dolgoživosti vrste bledih molijev je tako do nedavnega bil podobno skrivnosten. Nova študija, objavljena v reviji Nature, pa je zdaj osvetlila, kako vrsti to uspeva.

"Teoriji je manjkal en delček," pravi Edward Ricemeyer, računalniški biolog z Univerze Ludvika Maksimilijana v Münchnu in soavtor raziskave. "In ta delček je bila genska konverzija."

Gre za obliko "popravljanja genov", ki pa ni značilen le za blede molije – pojavlja se pri številnih organizmih, tudi pri ljudeh.

Pri spolnih vrstah, kot smo ljudje, ima posameznik običajno dve kopiji večine genov – eno od matere in eno od očeta.

Ko pride do poškodbe DNK, na primer zaradi ultravijoličnega sevanja, lahko celice eno kopijo gena uporabijo kot predlogo za popravilo druge.

Ta proces, znan kot genska konverzija, pogosto opisujejo kot nekakšen mehanizem "kopiraj in prilepi".

Sčasoma lahko obe kopiji gena postaneta bolj podobni druga drugi.

Pri ljudeh in večini drugih živali ta mehanizem deluje predvsem v ozadju ter tiho popravlja poškodbe DNK.

Pri bledih molijih pa ima očitno veliko pomembnejšo vlogo pri ohranjanju genoma.

Ricemeyer in sodelavci so s sekvenciranjem celotnega genoma primerjali DNK bledih molijev skozi več generacij.

Opazili so, da so bili deli njihove DNK večkrat "prepisani" zaradi genske konverzije, ki pri tej vrsti deluje pogosteje kot pri večini drugih živali.

Videti je, da genska konverzija za genom bledega molija opravlja nekaj podobnega, kot spolno razmnoževanje za našega – pomaga omejevati kopičenje škodljivih mutacij.

Dediščina preteklosti

Bledi moli je nastal pred približno 100.000 leti s križanjem dveh sorodnih vrst.

Za razliko od večine križancev pa potomci niso bili neplodni (kot recimo mule), temveč so razvili sposobnost nespolnega razmnoževanja.

Ker moliji nosijo genski material obeh vrst, imajo v genomu po dve različici številnih genov.

Raziskovalci menijo, da ji prav ta dvojna dediščina omogoča učinkovito gensko konverzijo.

Še posebej pogosto se genska konverzija dogaja na mestih, kjer bi bile mutacije za organizem najbolj škodljive.

Tako lahko bledi moli odstranjuje genetske napake, ne da bi potreboval spolno razmnoževanje.

Bi spoznanje lahko bilo koristno tudi za nas?

Razumevanje teh, alternativnih strategij za spopadanje z genetskimi "napakami" (škodljivimi mutacijami) bi lahko imelo širše posledice tudi za človeško biologijo.

"Rak je bolezen mutacij," pravi Ricemeyer, vendar opozarja, da je to zgolj opazka, ki je ne gre posploševati ali domnevati, da bi odkritje strategije za preživetje bledih molijev lahko neposredno povezali z zdravljenjem raka.

Vendar je lahko, kot pravi, vsako novo razumevanje genetskih mutacij in naravnih načinov njihovega obvladovanja dolgoročno koristno.

Za ribo, za katero je evolucijska teorija nekoč napovedovala, da sploh ne bi smela obstajati, je slika njenega genetskega zdravja presenetljivo dobra.

"Mislili smo, da je spolno razmnoževanje edini pravi način za ohranjanje zdravega genoma … Zdaj pa smo ugotovili, da ne – obstaja tudi druga pot, ki vodi do enakega rezultata," pravi Ricemeyer.