Mednarodna skupina znanstvenikov je razkrila eno najbolj presenetljivih zgodb evolucije. Genetski mehanizmi, ki uravnavajo razvoj človeških prstov, so se prvotno razvili za oblikovanje — kloake. Danes bi morda rekli kar riti. Kloaka je sicer večnamenska odprtina pri ribah in plazilcih, ki služi kot izhod za prebavila, sečila in reproduktivne organe. Odkritje, objavljeno v prestižni reviji Nature, postavlja na glavo več kot stoletje staro prepričanje, da so se prsti razvili neposredno iz plavuti.
Izvor okončin in prstov, ključne anatomske inovacije, ki je vretenčarjem omogočila osvojitev kopnega, že dolgo buri duhove v evolucijski biologiji. Znanstveniki so doslej predvidevali, da se je struktura prstov postopoma razvila iz žarkov v plavutih naših vodnih prednikov. Vendar pa nova študija, ki so jo vodili raziskovalci z Univerze v Ženevi v sodelovanju z institucijami EPFL, Harvard in Collège de France, kaže na precej bolj nenavaden in posreden izvor.
Obstoječi gentski načrt
Zdi se, da evolucija ni izumila nečesa povsem novega, temveč je uporabila že obstoječ genetski načrt. Raziskovalci so ugotovili, da je zapleteno mrežje genov, ki danes omogoča, da tipkamo po tipkovnici ali držimo skodelico kave, služilo bistveno drugačnemu, čeprav ravno tako pomembnemu namenu na drugem koncu telesa.
Da bi razvozlali to evolucijsko uganko, so se znanstveniki osredotočili na ključno skupino genov, znanih kot geni Hoxd. Ti geni delujejo kot arhitekti telesnega razvoja in določajo, kje se bodo oblikovali različni deli telesa — vključno z okončinami. Ekipa je primerjala razvoj zarodkov miši, kot predstavnic sesalcev, in zarodkov rib cebric, ki veljajo za dober model naših daljnih prednikov.
Z uporabo naprednih tehnik genskega označevanja so opazovali aktivnost regulatornih zaporedij DNK, ki nadzorujejo delovanje teh genov. Pri mišjih zarodkih so ta zaporedja zasvetila v brstičih, iz katerih se kasneje razvijejo prsti. Pri ribah cebricah pa se je presenetljivo aktiviralo popolnoma enako genetsko stikalo, vendar ne v plavutih, temveč v celicah, ki so oblikovale kloako.
Evolucijsko recikliranje
Svojo hipotezo so potrdili z drznim poskusom, v katerem so s tehnologijo CRISPR ta regulatorna zaporedja preprosto izklopili. Posledice so bile zgovorne: miši so razvile deformirane prste, medtem ko se pri ribah kloaka ni pravilno oblikovala. To je bil kronski dokaz, da isti genetski program upravlja razvoj dveh na videz povsem nepovezanih struktur.
»Ugotovili smo, da so regulatorji genov, potrebni za izgradnjo prstov, obstajali že davno pred pojavom okončin, vendar so bili uporabljeni za drug namen,« pojasnjuje vodilni avtor študije, genetik Denis Duboule. »Kaže, da imajo prsti in kloaka, kot skrajna dela telesa, skupen morfogenetski izvor.«
To odkritje je odličen primer pojava, ki ga znanstveniki imenujejo kooptacija ali evolucijsko recikliranje. Življenje redko ustvarja kompleksne strukture iz nič. Namesto tega pogosto preoblikuje in preusmeri že obstoječe genetske poti za nove funkcije. V tem primeru je bil genetski program za oblikovanje zadnjega dela prebavnega trakta preseljen na konce okončin, ko so te začele dobivati novo obliko in vlogo.
Ta strategija biološke učinkovitosti pa ni osamljen primer. Raziskovalci poudarjajo, da isti regulatorji iz družine omenjenih genov sodelujejo tudi pri razvoju zunanjih spolovil. Zdi se, da genom deluje kot obsežna škatla z orodjem, kjer se lahko posamezni deli uporabijo za različne namene, odvisno od potreb organizma.
