Είναι όλα όσα ξέρουµε για τον γενετικό κώδικα λάθος;
ΣΥΜΒΑΙΝΟΥΝ
Σύµφωνα µε νέα µελέτη, η γνώση µας για τον τρόπο διαµόρφωσης του DNA βασίζεται σε παραπλανητικά εργαστηριακά πειράµατα και όχι σε εξελικτικά στοιχεία - Η πρώιµη ζωή και τα δαχτυλίδια
Σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισµοί χρησιµοποιούν τον ίδιο γενετικό κώδικα, έναν περίπλοκο µηχανισµό µε τον οποίο οι γενετικές πληροφορίες µεταφράζονται σε πρωτεΐνες, τα δοµικά στοιχεία της ζωής.
Μια νέα µελέτη από το Πανεπιστήµιο της Αριζόνας προτείνει ότι η συµβατική σοφία σχετικά µε το πώς εξελίχθηκε ο κώδικας είναι πιθανότατα εσφαλµένη.
Παρά την ποικιλοµορφία που προκαλεί δέος, σχεδόν κάθε µορφή ζωής -από βακτήρια έως µπλε φάλαινες- µοιράζεται τον ίδιο γενετικό κώδικα. Το πώς και πότε προέκυψε αυτός ο κώδικας έχει αποτελέσει αντικείµενο πολλών επιστηµονικών διαφωνιών. Ακολουθώντας µια νέα προσέγγιση σε ένα παλιό πρόβληµα, η Sawsan Wehbi, διδακτορική φοιτήτρια στο ∆ιεπιστηµονικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών Γενετικής στο Πανεπιστήµιο της Αριζόνας, ανακάλυψε ισχυρές ενδείξεις ότι η έκδοση του σχολικού βιβλίου για το πώς εξελίχθηκε ο καθολικός γενετικός κώδικας χρειάζεται αναθεώρηση.
Η Wehbi είναι η πρώτη συγγραφέας µιας µελέτης που δηµοσιεύτηκε στο περιοδικό «PNAS», προτείνοντας ότι η σειρά µε την οποία τα αµινοξέα -τα δοµικά στοιχεία- στρατολογήθηκαν έρχεται σε αντίθεση µε αυτό που θεωρείται ευρέως ως «συναίνεση» της εξέλιξης του γενετικού κώδικα. «Ο γενετικός κώδικας είναι αυτό το εκπληκτικό πράγµα, στο οποίο µια σειρά DNA ή RNA που περιέχει αλληλουχίες τεσσάρων νουκλεοτιδίων µεταφράζεται σε πρωτεϊνικές αλληλουχίες, χρησιµοποιώντας 20 διαφορετικά αµινοξέα», δήλωσε η Joanna Masel, ανώτερη συγγραφέας της µελέτης και καθηγήτρια Οικολογίας και Εξελικτικής Βιολογίας.
«Είναι µια απίστευτα περίπλοκη διαδικασία και ο κώδικάς µας είναι εκπληκτικά καλός. Είναι σχεδόν βέλτιστος για ένα σωρό πράγµατα και πρέπει να έχει εξελιχθεί σταδιακά». Η µελέτη αποκάλυψε ότι η πρώιµη ζωή προτιµούσε µικρότερα µόρια αµινοξέων από µεγαλύτερα και πιο σύνθετα, τα οποία προστέθηκαν αργότερα, ενώ τα αµινοξέα που συνδέονται µε µέταλλα εντάχθηκαν πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαµε προηγουµένως. Τέλος, η οµάδα ανακάλυψε ότι ο σηµερινός γενετικός κώδικας πιθανότατα ήρθε µετά από άλλους κώδικες, που έκτοτε έχουν εξαφανιστεί.
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι η τρέχουσα κατανόηση του τρόπου µε τον οποίο εξελίχθηκε ο κώδικας είναι λανθασµένη επειδή βασίζεται σε παραπλανητικά εργαστηριακά πειράµατα και όχι σε εξελικτικά στοιχεία. Για παράδειγµα, ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους των συµβατικών απόψεων για την εξέλιξη του γενετικού κώδικα βασίζεται στο διάσηµο πείραµα UreyMiller του 1952, το οποίο προσπάθησε να προσοµοιώσει τις συνθήκες στην πρώιµη Γη που πιθανώς είδαν τη γένεση της ζωής. Ενώ είναι πολύτιµο για να αποδειχθεί ότι η µη ζωντανή ύλη θα µπορούσε να δηµιουργήσει τα δοµικά στοιχεία της ζωής, συµπεριλαµβανοµένων των αµινοξέων, µέσω απλών χηµικών αντιδράσεων, οι επιπτώσεις του πειράµατος έχουν τεθεί υπό αµφισβήτηση.
Για παράδειγµα, δεν απέδωσε αµινοξέα που περιέχουν θείο, παρά το γεγονός ότι το στοιχείο ήταν άφθονο στην πρώιµη Γη. Ως αποτέλεσµα, τα θειικά αµινοξέα πιστεύεται ότι εντάχθηκαν στον κώδικα πολύ αργότερα. Ωστόσο, το αποτέλεσµα δεν προκαλεί έκπληξη, δεδοµένου ότι το θείο παραλεί φθηκε από τα συστατικά του πειράµατος. Σύµφωνα µε τον συν-συγγραφέα Dante Lauretta (Regents Professor of Planetary Science and Cosmochemistry στο Lunar and Planetary Laboratory), η πλούσια σε θείο φύση της πρώιµης ζωής προσφέρει πληροφορίες για την αστροβιολογία, ιδιαίτερα στην κατανόηση της πιθανής κατοικησιµότητας και των βιοϋπογραφών των εξωγήινων περιβαλλόντων. «Σε κόσµους όπως ο Άρης, ο Εγκέλαδος και η Ευρώπη, όπου οι ενώσεις θείου είναι διαδεδοµένες, αυτό θα µπορούσε να ενηµερώσει την αναζήτησή µας για ζωή, επισηµαίνοντας ανάλογους βιογεωχηµικούς κύκλους ή µικροβιακούς µεταβολισµούς», ανέφερε.
«Τέτοιες γνώσεις θα µπορούσαν να βελτιώσουν αυτό που ψάχνουµε στις βιοϋπογραφές, βοηθώντας στην ανίχνευση µορφών ζωής που ευδοκιµούν σε πλούσιες σε θείο ή ανάλογες χηµικές ουσίες πέρα από τη Γη». Η οµάδα χρησιµοποίησε µια νέα µέθοδο για να αναλύσει αλληλουχίες αµινοξέων σε όλο το δέντρο της ζωής, µέχρι τον τελευταίο παγκόσµιο κοινό πρόγονο ή LUCA, έναν υποτιθέµενο πληθυσµό οργανισµών που έζησε πριν από περίπου 4 δισεκατοµµύρια χρόνια και αντιπροσωπεύει τον κοινό πρόγονο όλης της ζωής στη Γη σήµερα. Σε αντίθεση µε προηγούµενες µελέτες, οι οποίες χρησιµοποιούσαν πλήρους µήκους πρωτεϊνικές αλληλουχίες, η Wehbi και η οµάδα της επικεντρώθηκαν σε πρωτεϊνικούς τοµείς, µικρότερες εκτάσεις αµινοξέων. «Αν σκεφτείτε ότι η πρωτεΐνη είναι αυτοκίνητο, ένας τοµέας είναι o τροχός», είπε η Wehbi. «Είναι ένα µέρος που µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε πολλά διαφορετικά αυτοκίνητα και οι τροχοί υπάρχουν πολύ παλιότερα από τα αυτοκίνητα».
Για να αντιµετωπίσουν το ερώτηµα πότε ένα συγκεκριµένο αµινοξύ πιθανότατα στρατολογήθηκε στον γενετικό κώδικα, οι ερευνητές χρησιµοποίησαν εργαλεία ανάλυσης στατιστικών δεδοµένων, ώστε να συγκρίνουν τον εµπλουτισµό κάθε µεµονωµένου αµινοξέος σε αλληλουχίες πρωτεϊνών που χρονολογούνται από το LUCA, και ακόµη πιο πίσω στον χρόνο. Ένα αµινοξύ που εµφανίζεται κατά προτίµηση σε αρχαίες αλληλουχίες πιθανότατα ενσωµατώθηκε νωρίς. Αντίθετα, οι αλληλουχίες του LUCA εξαντλούνται για αµινοξέα που στρατολογήθηκαν αργότερα αλλά έγιναν διαθέσιµα µέχρι τη στιγµή που εµφανίστηκαν λιγότερο αρχαίες αλληλουχίες πρωτεϊνών.
Η οµάδα εντόπισε περισσότερες από 400 οικογένειες ακολουθιών που χρονολογούνται από το LUCA. Περισσότερα από 100 από αυτά προήλθαν ακόµη νωρίτερα και είχαν ήδη διαφοροποιηθεί πριν από το LUCA. Αυτά αποδείχθηκε ότι περιείχαν περισσότερα αµινοξέα µε δοµές αρωµατικού δακτυλίου, όπως η τρυπτοφάνη και η τυροσίνη, παρά το γεγονός ότι αυτά τα αµινοξέα ήταν όψιµες προσθήκες στον κώδικά µας. «Αυτό δίνει υποδείξεις για άλλους γενετικούς κώδικες που ήρθαν πριν από τους δικούς µας και οι οποίοι έκτοτε έχουν εξαφανιστεί στην άβυσσο του γεωλογικού χρόνου», τόνισε ο Masel, καταλήγοντας: «Στην πρώιµη ζωή φαίνεται να άρεσαν τα δαχτυλίδια».
Δημοσιεύθηκε στην Απογευματινή
Μια νέα µελέτη από το Πανεπιστήµιο της Αριζόνας προτείνει ότι η συµβατική σοφία σχετικά µε το πώς εξελίχθηκε ο κώδικας είναι πιθανότατα εσφαλµένη.
Αναθεώρηση
Παρά την ποικιλοµορφία που προκαλεί δέος, σχεδόν κάθε µορφή ζωής -από βακτήρια έως µπλε φάλαινες- µοιράζεται τον ίδιο γενετικό κώδικα. Το πώς και πότε προέκυψε αυτός ο κώδικας έχει αποτελέσει αντικείµενο πολλών επιστηµονικών διαφωνιών. Ακολουθώντας µια νέα προσέγγιση σε ένα παλιό πρόβληµα, η Sawsan Wehbi, διδακτορική φοιτήτρια στο ∆ιεπιστηµονικό Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών Γενετικής στο Πανεπιστήµιο της Αριζόνας, ανακάλυψε ισχυρές ενδείξεις ότι η έκδοση του σχολικού βιβλίου για το πώς εξελίχθηκε ο καθολικός γενετικός κώδικας χρειάζεται αναθεώρηση.Η Wehbi είναι η πρώτη συγγραφέας µιας µελέτης που δηµοσιεύτηκε στο περιοδικό «PNAS», προτείνοντας ότι η σειρά µε την οποία τα αµινοξέα -τα δοµικά στοιχεία- στρατολογήθηκαν έρχεται σε αντίθεση µε αυτό που θεωρείται ευρέως ως «συναίνεση» της εξέλιξης του γενετικού κώδικα. «Ο γενετικός κώδικας είναι αυτό το εκπληκτικό πράγµα, στο οποίο µια σειρά DNA ή RNA που περιέχει αλληλουχίες τεσσάρων νουκλεοτιδίων µεταφράζεται σε πρωτεϊνικές αλληλουχίες, χρησιµοποιώντας 20 διαφορετικά αµινοξέα», δήλωσε η Joanna Masel, ανώτερη συγγραφέας της µελέτης και καθηγήτρια Οικολογίας και Εξελικτικής Βιολογίας.
«Είναι µια απίστευτα περίπλοκη διαδικασία και ο κώδικάς µας είναι εκπληκτικά καλός. Είναι σχεδόν βέλτιστος για ένα σωρό πράγµατα και πρέπει να έχει εξελιχθεί σταδιακά». Η µελέτη αποκάλυψε ότι η πρώιµη ζωή προτιµούσε µικρότερα µόρια αµινοξέων από µεγαλύτερα και πιο σύνθετα, τα οποία προστέθηκαν αργότερα, ενώ τα αµινοξέα που συνδέονται µε µέταλλα εντάχθηκαν πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαµε προηγουµένως. Τέλος, η οµάδα ανακάλυψε ότι ο σηµερινός γενετικός κώδικας πιθανότατα ήρθε µετά από άλλους κώδικες, που έκτοτε έχουν εξαφανιστεί.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η τρέχουσα κατανόηση του τρόπου µε τον οποίο εξελίχθηκε ο κώδικας είναι λανθασµένη επειδή βασίζεται σε παραπλανητικά εργαστηριακά πειράµατα και όχι σε εξελικτικά στοιχεία
Η συμβατική άποψη
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι η τρέχουσα κατανόηση του τρόπου µε τον οποίο εξελίχθηκε ο κώδικας είναι λανθασµένη επειδή βασίζεται σε παραπλανητικά εργαστηριακά πειράµατα και όχι σε εξελικτικά στοιχεία. Για παράδειγµα, ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους των συµβατικών απόψεων για την εξέλιξη του γενετικού κώδικα βασίζεται στο διάσηµο πείραµα UreyMiller του 1952, το οποίο προσπάθησε να προσοµοιώσει τις συνθήκες στην πρώιµη Γη που πιθανώς είδαν τη γένεση της ζωής. Ενώ είναι πολύτιµο για να αποδειχθεί ότι η µη ζωντανή ύλη θα µπορούσε να δηµιουργήσει τα δοµικά στοιχεία της ζωής, συµπεριλαµβανοµένων των αµινοξέων, µέσω απλών χηµικών αντιδράσεων, οι επιπτώσεις του πειράµατος έχουν τεθεί υπό αµφισβήτηση. Για παράδειγµα, δεν απέδωσε αµινοξέα που περιέχουν θείο, παρά το γεγονός ότι το στοιχείο ήταν άφθονο στην πρώιµη Γη. Ως αποτέλεσµα, τα θειικά αµινοξέα πιστεύεται ότι εντάχθηκαν στον κώδικα πολύ αργότερα. Ωστόσο, το αποτέλεσµα δεν προκαλεί έκπληξη, δεδοµένου ότι το θείο παραλεί φθηκε από τα συστατικά του πειράµατος. Σύµφωνα µε τον συν-συγγραφέα Dante Lauretta (Regents Professor of Planetary Science and Cosmochemistry στο Lunar and Planetary Laboratory), η πλούσια σε θείο φύση της πρώιµης ζωής προσφέρει πληροφορίες για την αστροβιολογία, ιδιαίτερα στην κατανόηση της πιθανής κατοικησιµότητας και των βιοϋπογραφών των εξωγήινων περιβαλλόντων. «Σε κόσµους όπως ο Άρης, ο Εγκέλαδος και η Ευρώπη, όπου οι ενώσεις θείου είναι διαδεδοµένες, αυτό θα µπορούσε να ενηµερώσει την αναζήτησή µας για ζωή, επισηµαίνοντας ανάλογους βιογεωχηµικούς κύκλους ή µικροβιακούς µεταβολισµούς», ανέφερε.
«Τέτοιες γνώσεις θα µπορούσαν να βελτιώσουν αυτό που ψάχνουµε στις βιοϋπογραφές, βοηθώντας στην ανίχνευση µορφών ζωής που ευδοκιµούν σε πλούσιες σε θείο ή ανάλογες χηµικές ουσίες πέρα από τη Γη»
«Τέτοιες γνώσεις θα µπορούσαν να βελτιώσουν αυτό που ψάχνουµε στις βιοϋπογραφές, βοηθώντας στην ανίχνευση µορφών ζωής που ευδοκιµούν σε πλούσιες σε θείο ή ανάλογες χηµικές ουσίες πέρα από τη Γη». Η οµάδα χρησιµοποίησε µια νέα µέθοδο για να αναλύσει αλληλουχίες αµινοξέων σε όλο το δέντρο της ζωής, µέχρι τον τελευταίο παγκόσµιο κοινό πρόγονο ή LUCA, έναν υποτιθέµενο πληθυσµό οργανισµών που έζησε πριν από περίπου 4 δισεκατοµµύρια χρόνια και αντιπροσωπεύει τον κοινό πρόγονο όλης της ζωής στη Γη σήµερα. Σε αντίθεση µε προηγούµενες µελέτες, οι οποίες χρησιµοποιούσαν πλήρους µήκους πρωτεϊνικές αλληλουχίες, η Wehbi και η οµάδα της επικεντρώθηκαν σε πρωτεϊνικούς τοµείς, µικρότερες εκτάσεις αµινοξέων. «Αν σκεφτείτε ότι η πρωτεΐνη είναι αυτοκίνητο, ένας τοµέας είναι o τροχός», είπε η Wehbi. «Είναι ένα µέρος που µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε πολλά διαφορετικά αυτοκίνητα και οι τροχοί υπάρχουν πολύ παλιότερα από τα αυτοκίνητα».
Εργαλεία ανάλυσης
Για να αντιµετωπίσουν το ερώτηµα πότε ένα συγκεκριµένο αµινοξύ πιθανότατα στρατολογήθηκε στον γενετικό κώδικα, οι ερευνητές χρησιµοποίησαν εργαλεία ανάλυσης στατιστικών δεδοµένων, ώστε να συγκρίνουν τον εµπλουτισµό κάθε µεµονωµένου αµινοξέος σε αλληλουχίες πρωτεϊνών που χρονολογούνται από το LUCA, και ακόµη πιο πίσω στον χρόνο. Ένα αµινοξύ που εµφανίζεται κατά προτίµηση σε αρχαίες αλληλουχίες πιθανότατα ενσωµατώθηκε νωρίς. Αντίθετα, οι αλληλουχίες του LUCA εξαντλούνται για αµινοξέα που στρατολογήθηκαν αργότερα αλλά έγιναν διαθέσιµα µέχρι τη στιγµή που εµφανίστηκαν λιγότερο αρχαίες αλληλουχίες πρωτεϊνών. Η οµάδα εντόπισε περισσότερες από 400 οικογένειες ακολουθιών που χρονολογούνται από το LUCA. Περισσότερα από 100 από αυτά προήλθαν ακόµη νωρίτερα και είχαν ήδη διαφοροποιηθεί πριν από το LUCA. Αυτά αποδείχθηκε ότι περιείχαν περισσότερα αµινοξέα µε δοµές αρωµατικού δακτυλίου, όπως η τρυπτοφάνη και η τυροσίνη, παρά το γεγονός ότι αυτά τα αµινοξέα ήταν όψιµες προσθήκες στον κώδικά µας. «Αυτό δίνει υποδείξεις για άλλους γενετικούς κώδικες που ήρθαν πριν από τους δικούς µας και οι οποίοι έκτοτε έχουν εξαφανιστεί στην άβυσσο του γεωλογικού χρόνου», τόνισε ο Masel, καταλήγοντας: «Στην πρώιµη ζωή φαίνεται να άρεσαν τα δαχτυλίδια».
Δημοσιεύθηκε στην Απογευματινή
