Οικονομία πόρων και Φυσική Επιλογή

Το πιο απέριττο γονιδίωμα ανήκει σε βακτήριο

Ο Θεός, δείχνει την οικονομία της δημιουργίας Του σε ένα βακτήριο, και παράλληλα διδασκόμαστε έναν ακόμα τρόπο λειτουργίας της Φυσικής Επιλογής, τον τρόπο της Οικονομίας.

.

Ένα ενδιαφέρον άρθρο που παρουσιάσθηκε στο περιοδικό Scientific American του Ιανουαρίου 2006, σελίδες 13,14, μας δείχνει πολλά πράγματα:

α) Τον τρόπο που η Φυσική Επιλογή ευνοεί απλούστερα γονιδιώματα, σε οργανισμούς που δεν αντιμετωπίζουν πρόβλημα πλήθους, αλλά πόρων.

β) Πώς τα γονιδιώματα των περισσοτέρων οργανισμών, περιέχουν πληθώρα "άχρηστων" δομικών στοιχείων, (των οποίων ο βασικός ρόλος είναι να προωθούν την εξέλιξη δια των περισσότερων μεταλλάξεων που υφίστανται λόγω πλήθους, άρα έχουν το ρόλο τους στη δημιουργία και στη Θεία Οικονομία).

γ) Πώς τα λιτά γονιδιώματα μειώνουν το ρυθμό της εξελικτικής διαδικασίας.

Ακολουθεί το άρθρο, που δείχνει επίσης τον σημαντικό ρόλο του βακτηρίου αυτού στον κύκλο της ζωής στη γη:

Περίπου 25.000 γονίδια, το 1 έως 2% του γονιδιώματός μας δηλαδή, κωδικοποιούν όλες τις απαιτούμενες για την κατασκευή ενός ανθρώπινου όντος πρωτεϊνες. Το υπόλοιπο 98 με 99% αντιστοιχεί σε πολυνουκλεοτιδικές αλληλουχίες οι οποίες δεν κωδικοποιούν άμεσα πρωτεΐνες, αποτελεί δηλαδή περιττό DNA. Σε οργανισμούς όμως που ζουν σε ιδιαίτερα εχθρικά ενδιαιτήματα και κατά συνέπεια, πρέπει να λειτουργούν εξαιρετικά αποτελεσματικά για να επιβιώσουν, n εξέλιξη έχει "ελαφρύνει" σημαντικά το γονιδίωμά τους, ώστε να περιλαμβάνει μόνο τις απαραίτητες για τη δημιουργία και την ανάπτυξη της ζωής γενετικές πληροφορίες.

Πρόσφατα εμφανίστηκε ένας νέος πρωταθλητής στην ειδική αυτή κατηγορία «ελαφρέων βαρών». Πρόκειται για ένα είδος βακτηρίου του ωκεανού, το Peiagibacter ubique (ή SAR11), ένα από τα μικρότερα γνωστά αυτοδιπλασιαζόμενα κύτταρα, με μόλις 1.354 γονίδια. «To SAR11 δεν έχει σχεδόν καθόλου περιττό DNA», δηλώνει ο Stephen J. Giovannoni επί κεφαλής μικροβιολόγος της συνεργασίας ερευνητικών ομάδων μεταξύ του Πολιτειακού Πανεπιστημίου τού Όρεγκον και της εταιρείας Diversa. Διαθέτοντας τα απολύτως απαραίτητα για τη ζωή, η γονιδιακή αλληλουχία του βακτηρίου δεν έχει σχεδόν τίποτα από το φορτίο το οποίο συσσώρευσαν τα περισσότερα γονιδιώματα με το πέρασμα των χρόνων: δεν υπάρχουν καθόλου επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, γονίδια ιών, εσόνια ή μη κωδικοποιούσες αλληλουχίες (πολλοί οργανισμοί —όπως τα παράσιτα— έχουν μικρότερου μήκους γονιδιώματα, αλλά βασίζονται σε άλλους οργανισμούς για την εκπλήρωση των βασικών λειτουργιών τους).

Οι εξελικτικοί βιολόγοι πιστεύουν ότι το «κόστος» διατήρησης περιττού DNA αποσβένεται κατά την αξιοποίηση δυνητικά χρήσιμων γονιδίων, όταν ο οργανισμός χρειάζεται να προσαρμοστεί σε μεταβολές του περιβάλλοντος. To P. ubique «θυσίασε» προφανώς ένα μεγάλο μέρος της ικανότητάς του να εξελίσσεται προκειμένου να εξοικονομήσει ενέργεια. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι το γονιδίωμά του ισοδυναμεί με έναν οικονομικό, όσον αφορά την κατανάλωση καυσίμων, «Σκαραβαίο» τής Volkswagen, ενώ το ανθρώπινο DNA θυμίζει περισσότερο ένα πανίσχυρο «Hummer» το οποίο σέρνει από πίσω του ένα τροχόσπιτο και ένα μεγάλο σκάφος καταναλώνοντας τεράστιες ποσότητες βενζίνης.

Ταυτοποιημένο αρχικά το 1990, το SAR11 θεωρείται σήμερα το πιο πολυάριθμο βακτήριο στη Γη (περίπου 10²⁸ κύτταρα). Κατοικεί σε όλους τους ωκεανούς και απαντάται σε όλα τα βάθη σχεδόν της υδάτινης στήλης. Για την ακρίβεια, αν μαζέψουμε όλα τα μικρά αυτά πλασματάκια και τα ζυγίσουμε, το βάρος τους θα ξεπερνάει εκείνο του συνόλου των ψαριών όλων των ωκεανών του πλανήτη μας.

To SAR11 τρέφεται με το διαλυμένο μέσα στο θαλασσινό νερό νεκρό οργανικό υλικό το οποίο κάνει τους ωκεανούς να θυμίζουν, σύμφωνα με τον Giovannoni, "μια πολύ αραιωμένη σούπα". Έχοντας πάντοτε οργανικό άνθρακα στη διάθεσή του, ο μικροσκοπικός κάτοικος του ωκεανού δεν χρειάζεται να αναπτύξει ειδικά βιοσυνθετικά μονοπάτια και μεταβολικά συστήματα για να επιβιώνει έναντι αυξομειώσεων της διαθέσιμης τροφής. Στην πραγματικότητα, το "ελάχιστο" γονιδίωμα του P. ubique σχετίζεται με τον οικονομικό τρόπο ζωής του. Όσο μικρότερη αλληλουχία DNA αντιγράφεται πριν από έναν αυτο-διπλασιασμό τόσο λιγότερη δουλειά έχει το κύτταρο.

Το πρότυπο ελάττωσης γονιδίων ενισχύει την υπόθεση ότι μια πιο «λιτή» οργάνωση του γονιδιώματος εξυπηρετεί την ταχύτερη ή πιο αποτελεσματική αντιγραφή του γονιδιώματος ενός οργανισμού που απαντά σε εξαιρετικά μεγάλους πληθυσμούς. «Η ικανότητα της φυσικής επιλογής να διακρίνει μικρές διαφορές στην αρμοστικότητα επηρεάζεται κατά πολύ από το μέγεθος του πληθυσμού», λέει ο Stephen J. Freeland, εξελικτικός βιολόγος του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ στη Βαλτιμόρη.

Σε μικρότερες ομάδες, μια τυχαία γενετική παρέκκλιση μπορεί να καθορίσει τη μοίρα των γονιδίων. Με τόσο πολλά όμως αντίγραφα του βακτηρίου στον ωκεανό, η φυσική επιλογή μπορεί να διακρίνει λεπτές μεταβολές στην αρμοστικότητα. Ουσιαστικά, σε τούτο το τεράστιο σταθερό περιβάλλον ζουν τόσο πολλά μικρά πλάσματα ώστε, τελικά, δεν μπαίνουν στον κόπο να μεταφέρουν αλληλουχίες που δεν συμβάλλουν στην προσαρμοστικότητα μαζί με τα υψηλώς προσαρμοστικά γονίδια. Κατά τη διάρκεια λοιπόν, 1 δισεκατομμυρίου ετών, ή ίσως και περισσότερο, η φυσική επιλογή μείωσε ο ελάχιστο το μέγεθος του γονιδιώματος του P. ubique, διασφαλίζοντας ότι δεν θα δαπανάται ενέργεια για την αντιγραφή αλληλουχιών DNA με μη προσαρμοστική αξία.

«Παρότι η φυσική επιλογή αφορά την επιβίωση του πιο προσαρμοσμένου, η έννοια του πιο προσαρμοσμένου αλλάζει ανάλογα με τις συνθήκες», καταλήγει ο Freeland. Και το απανταχού παρόν SAR11 αποτελεί ένα ακόμα παράδειγμα του φαινομένου αυτού.

ΤΙΠΟΤΑ ΤΟ ΠΕΡΙΤΤΟ ΕΔΩ: Το βακτήριο Peiagibacter ubique, που κυριαρχεί στα θαλάσσια οικοσυστήματα, διαθέτει εξαιρετικά λιτό DΝΑ.

ΚΥΡΙΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗΣ

Το μικρότερο και απλούστερο κύτταρο που ζει ελεύθερο στη φύση παίζει έναν κρίσιμο ρόλο στην ανακύκλωση του άνθρακα των ωκεανών, κάτι το οποίο πρόσφατα μόνο άρχισε να γίνεται κατανοητό. Η αφθονία τού Pelagibacter ubique συνεπάγεται ότι το βακτήριο ανήκει στους κύριους καταναλωτές τού οργανικού άνθρακα των θαλασσών, η ποσότητα του οποίου ισοδυναμεί σχεδόν με το σύνολο του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα Καταναλώνοντας ο μικροοργανισμός τον διαλυμένο άνθρακα, παράγει θρεπτικά στοιχεία απαραίτητα στα φύκη για την ανάπτυξή τους- οι φωτοσυνθετικοί αυτοί οργανισμοί μετατρέπουν με τη σειρά τους το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο. Τα φύκη των ωκεανών είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τού 50% περίπου του οξυγόνου το οποίο απελευθερώνεται με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης σε ολόκληρο τον πλανήτη.