Eίδος ψαριού επέζησε 100.000 χρόνια χωρίς αρσενικά - Και όμως εξακολουθεί να ευδοκιμεί

Στα ποτάμια του Μεξικού και του νότιου Τέξας κολυμπά ένα ψάρι που κανονικά δεν θα έπρεπε να υπάρχει. Στα ζεστά νερά, κινείται ανάμεσα στο κοπάδι που αποτελείται μόνο από θηλυκά, ενώ τα ασημένια της λέπια αγγίζουν αρσενικά συγγενικών ειδών. Εκεί επιλέγει σύντροφο. Όμως, σε μια ασυνήθιστη εξελικτική ανατροπή, τα γονίδιά του δεν παίζουν κανέναν ρόλο στους απογόνους του. Πρόκειται για μια βιολογική «κλοπή» γνωστή ως γυνογένεση, κατά την οποία χρησιμοποιεί το σπέρμα του αρσενικού μόνο για να ενεργοποιήσει την ανάπτυξη του αυγού, αλλά γρήγορα απορρίπτει το DNA του. Παράγει μόνο κόρες, καθεμία από τις οποίες είναι κλώνος του εαυτού της.

Αυτό το ψάρι είναι το Amazon molly, που πήρε το όνομά του από τη φυλή των γυναικών πολεμιστριών της ελληνικής μυθολογίας, και προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και σχεδόν έναν αιώνα. Η εξελικτική θεωρία υποστηρίζει ότι τα ασεξουαλικά είδη θα έπρεπε να εξαφανίζονται γρήγορα, επειδή χωρίς το σεξ συσσωρεύονται επιβλαβείς μεταλλάξεις στα γονιδιώματά τους με την πάροδο του χρόνου. Κι όμως, αυτό το αποκλειστικά θηλυκό είδος επιβιώνει εδώ και περίπου 100.000 χρόνια. Σύμφωνα με τη συμβατική σκέψη, θα έπρεπε να ήταν μια στιγμιαία παρένθεση στο δέντρο της ζωής. Ωστόσο, αυτό το μικρό και φαινομενικά ασήμαντο πλάσμα εξακολουθεί να αντέχει.

Πώς επιβιώνει αυτό το είδος ψαριού;

Πώς έχει επιβιώσει το Amazon molly όταν η θεωρία υποδεικνύει ότι θα έπρεπε να έχει εξαφανιστεί εδώ και πολύ καιρό; Καθώς νέες έρευνες αρχίζουν να ξεδιαλύνουν αυτό το μυστήριο, οι επιστήμονες διαπιστώνουν ότι τα ασεξουαλικά είδη ίσως είναι πιο ανθεκτικά απ’ όσο πιστεύαμε — αμφισβητώντας την παλιά ιδέα ότι η ζωή χωρίς σεξ είναι καταδικασμένη να αποτύχει.

Για να καταλάβουμε γιατί η επιβίωση του Amazon molly χωρίς σεξ είναι τόσο εντυπωσιακή, βοηθά να αναρωτηθούμε: γιατί υπάρχει το σεξ εξαρχής; «Η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι ένας αρκετά παράξενος και περίπλοκος τρόπος αναπαραγωγής, σωστά;» λέει ο Edward Ricemeyer, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου στη Γερμανία και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης για το Amazon molly.

Το σεξ έχει κόστος, εξηγεί ο Ricemeyer. Τα άτομα πρέπει να βρουν και να ανταγωνιστούν για έναν σύντροφο, ενώ κάθε γονέας μεταβιβάζει μόνο το μισό DNA του. Η αναπαραγωγή είναι συχνά άνιση, με τα θηλυκά πολλών ειδών να επενδύουν πολύ περισσότερη ενέργεια από τα αρσενικά στην παραγωγή, κύηση ή επώαση και ανατροφή των απογόνων. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή, αντίθετα, ακούγεται πολύ πιο συμφέρουσα. Δεν χρειάζεται να βρεις (ούτε να ανεχτείς) σύντροφο, και μπορείς να μεταβιβάσεις το 100% των γονιδίων σου. Κι όμως, σε ολόκληρο το δέντρο της ζωής, το σεξ — η ανάμειξη και ανασυνδυασμός γονιδίων από διαφορετικά άτομα — κυριαρχεί σχεδόν απόλυτα.

«Αν κοιτάξεις τη συνολική εικόνα, είναι 99,9% σεξ», λέει ο Dave Speijer, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, που ειδικεύεται στην προέλευση της σεξουαλικής αναπαραγωγής. Ένας λόγος, υποστηρίζει ο Speijer, είναι ότι το σεξ επιτρέπει στους πληθυσμούς να εξερευνούν πιο αποτελεσματικά τον γενετικό «χώρο δυνατοτήτων».

Κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, το DNA των δύο γονέων ανακατεύεται μέσω μιας διαδικασίας που λέγεται ανασυνδυασμός, δίνοντας σε κάθε απόγονο έναν μοναδικό συνδυασμό γονιδίων. Είναι σαν να ανακατεύεις και να μοιράζεις μια τράπουλα, όπου κάθε νέο μοίρασμα δημιουργεί ένα καινούριο «χέρι» για να δοκιμάσει η εξέλιξη. Έτσι προκύπτει μεγαλύτερη γενετική ποικιλία στα σεξουαλικά είδη, κάτι που συνήθως ευνοεί την επιβίωσή τους. Το σεξ προσφέρει επίσης προστασία. Χωρίς τον γενετικό συνδυασμό, τα γονιδιώματα αντιμετωπίζουν μια αργή αλλά διαρκή απειλή γνωστή ως «η καστάνια του Muller».

Όταν αντιγράφεται το DNA, εξηγεί ο Speijer, «υπάρχουν πάντα λάθη». Στα σεξουαλικά είδη, αυτά τα λάθη μπορούν να απομακρυνθούν από τη γονιδιακή δεξαμενή, αλλά στα κλωνικά είδη μεταβιβάζονται ξανά και ξανά. Με τον χρόνο, οι επιβλαβείς μεταλλάξεις συσσωρεύονται σαν εγκοπές σε μια μονόδρομη καστάνια, υποβαθμίζοντας σταδιακά το γονιδίωμα μέχρι την εξαφάνιση του είδους. Σύμφωνα με αυτή την ιδέα, τα ασεξουαλικά είδη θα έπρεπε να έχουν μικρή διάρκεια ζωής, καταδικασμένα σε γενετική παρακμή. Κι όμως, μερικά, όπως το Amazon molly, όχι μόνο επιβιώνουν αλλά ευημερούν.

Ο Speijer πιστεύει ότι μέρος της σύγχυσης προέρχεται από τον τρόπο που ερμηνεύεται η θεωρία. «Η καστάνια του Muller δεν λέει: “αν δεν έχεις σεξ, θα καταρρεύσεις γενετικά”». Αντίθετα, θεωρεί ότι πρόκειται για έναν γενικό περιορισμό της ζωής: κάθε σύστημα πρέπει να διαθέτει έναν τρόπο διαχείρισης των γενετικών «λαθών», και το σεξ είναι απλώς μία από αυτές τις στρατηγικές.

Με αυτή την οπτική, τα μακρόβια ασεξουαλικά είδη δεν παραβιάζουν απαραίτητα τους εξελικτικούς κανόνες· απλώς βρίσκουν εναλλακτικούς τρόπους να τους παρακάμψουν. «Υπάρχουν πάντα μηχανισμοί που φροντίζουν τον ρυθμό μεταλλάξεων», λέει ο Speijer, ακόμη κι αν δεν τους κατανοούμε πλήρως.

Ένα «εξελικτικό σκάνδαλο»

Το Amazon molly δεν είναι το μόνο. Σε όλο το ζωικό βασίλειο υπάρχουν αρκετά ασεξουαλικά πλάσματα που φαίνεται να έχουν επιβιώσει περισσότερο απ’ όσο προβλέπει η θεωρία. Αυτά τα είδη διαφέρουν από τις εντυπωσιακές περιπτώσεις λεγόμενων «παρθενικών γεννήσεων», όπου φίδια ή καρχαρίες σε αιχμαλωσία αναπαράγονται χωρίς σύντροφο. Εκείνες οι περιπτώσεις δεν αποτελούν μόνιμη εναλλακτική στη σεξουαλική αναπαραγωγή· όταν οι συνθήκες το επιτρέψουν, τα ζώα επιστρέφουν στο σεξ.

Αντίθετα, το Amazon molly ανήκει σε μια αποκλειστικά θηλυκή λέσχη ειδών που έχουν αφιερωθεί στη ζωή χωρίς πατέρες, γενιά μετά τη γενιά. Το πώς αυτά τα μακρόβια ασεξουαλικά είδη αποφεύγουν τη μοίρα που προβλέπει η καστάνια του Muller παραμένει αντικείμενο συζήτησης, αλλά ορισμένα φαίνεται να διατηρούν γενετική υγεία για εκατομμύρια χρόνια χωρίς εμφανή «διάσωση» μέσω σεξουαλικής αναπαραγωγής. Και εδώ εμφανίζεται το bdelloid rotifer.

«Τα έχουν αποκαλέσει εξελικτικό σκάνδαλο», λέει η Chiara Boschetti, ειδική στα rotifers και λέκτορας ζωολογίας στο Πανεπιστήμιο του Plymouth στο Ηνωμένο Βασίλειο. Αυτά τα πλασματάκια έχουν μέγεθος κόκκου άμμου, αλλά είναι εντυπωσιακά πολύπλοκα, με κεφάλι, πεπτικό σύστημα και δύο μικροσκοπικά «δάχτυλα». Ζουν σε γλυκά νερά σε όλο τον κόσμο και ανήκουν στους λεγόμενους «αρχαίους ασεξουαλικούς» οργανισμούς — ζώα που υπάρχουν εδώ και εκατομμύρια χρόνια χωρίς σεξουαλική αναπαραγωγή. Στην περίπτωση των bdelloids, μιλάμε για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια χωρίς αρσενικά, κάνοντας τα 100.000 χρόνια του Amazon molly να φαίνονται ελάχιστα.

«Ειλικρινά, δεν ξέρουμε πώς έχουν επιβιώσει τόσο καιρό», λέει η Boschetti. Υπάρχουν όμως ενδείξεις. Μία από τις πιο παράξενες είναι η ικανότητά τους να αποκτούν DNA από το περιβάλλον τους — μια διαδικασία γνωστή ως οριζόντια μεταφορά γονιδίων. Σε αντίθεση με τα περισσότερα ζώα, που κληρονομούν γονίδια μόνο από τους γονείς τους, τα bdelloids «κλέβουν» γενετικό υλικό από εντελώς άσχετους οργανισμούς — κάτι που συνήθως παρατηρείται μόνο σε απλούστερες μορφές ζωής, όπως τα βακτήρια. Αλλά για την Boschetti αυτό δεν είναι το πιο εντυπωσιακό στοιχείο. «Αυτά τα γονίδια που αποκτώνται οριζόντια χρησιμοποιούνται πραγματικά για επιβίωση», λέει.

Μερικά συνδέονται με την αντοχή στην αφυδάτωση, άλλα με την αντίσταση σε παθογόνους οργανισμούς. «Μπορείς να τα ξεράνεις, μπορείς να τα μαγειρέψεις», λέει, αναφερόμενη στην απίστευτη ικανότητά τους να αντέχουν ακραίες και πρωτόγνωρες συνθήκες — από διαστημικά ταξίδια μέχρι παραμονή παγωμένα για 24.000 χρόνια στο μόνιμο παγωμένο έδαφος της Σιβηρίας.

Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων μάλλον δεν είναι όλη η ιστορία. Η Boschetti πιστεύει ότι τα bdelloids βασίζονται σε ένα «μωσαϊκό» μηχανισμών για να κρατούν υπό έλεγχο τις επιβλαβείς μεταλλάξεις. Παρ’ όλα αυτά, μετά από δεκαετίες μελέτης, παραμένουν ένα είδος εξελικτικού «μαύρου κουτιού». Μέχρι πρόσφατα, εξίσου μυστηριώδες ήταν και το μυστικό της μακροζωίας του Amazon molly. Τώρα, μια νέα μελέτη έριξε φως στο πώς ακριβώς το καταφέρνει.

Ένα σύστημα «αντιγραφής και επικόλλησης»

«Από τη θεωρία έλειπε ένα κομμάτι», λέει ο Ricemeyer, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Και αυτό το κομμάτι ήταν η γονιδιακή μετατροπή». Η γονιδιακή μετατροπή είναι μια μορφή γενετικής επιδιόρθωσης και δεν είναι μοναδική στο Amazon molly. Συμβαίνει σε πολλούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Στα σεξουαλικά είδη όπως εμείς, κάθε άτομο διαθέτει συνήθως δύο αντίγραφα των περισσότερων γονιδίων — ένα από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα. Όταν το DNA υποστεί βλάβη, για παράδειγμα από υπεριώδη ακτινοβολία, τα κύτταρα μπορούν μερικές φορές να χρησιμοποιήσουν το ένα αντίγραφο ως πρότυπο για να επιδιορθώσουν το άλλο. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως γονιδιακή μετατροπή, περιγράφεται συχνά σαν ένας μηχανισμός «αντιγραφής και επικόλλησης». Με τον καιρό μπορεί να κάνει τα δύο αντίγραφα ενός γονιδίου πιο όμοια μεταξύ τους.

Στους ανθρώπους και στα περισσότερα ζώα, αυτός ο μηχανισμός λειτουργεί κυρίως στο παρασκήνιο, διορθώνοντας σιωπηλά βλάβες του DNA όταν εμφανίζονται. Όμως στο Amazon molly φαίνεται να παίζει πολύ πιο κεντρικό ρόλο στη διατήρηση του γονιδιώματός του.

Ο Ricemeyer και η ομάδα του χρησιμοποίησαν πλήρη αλληλούχιση γονιδιώματος για να συγκρίνουν το DNA Amazon mollies σε διαφορετικές γενιές. Παρατήρησαν ότι τμήματα του DNA φαίνονταν να έχουν «ξαναγραφτεί» επανειλημμένα — όχι μέσω της γενετικής ανακάτεψης του σεξ, αλλά μέσω γονιδιακής μετατροπής που λειτουργεί συχνότερα απ’ ό,τι στα περισσότερα άλλα ζώα. Εδώ, η γονιδιακή μετατροπή φαίνεται να κάνει για το γονιδίωμα του ψαριού κάτι παρόμοιο με αυτό που κάνει το σεξ για το δικό μας: να περιορίζει τη συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων. Για να καταλάβουμε πώς ένα ασεξουαλικό είδος μπορεί να είναι ικανό για τόσο εκτεταμένη γονιδιακή μετατροπή, πρέπει να κοιτάξουμε πίσω στην προέλευση του είδους.

Όπως τα περισσότερα ασεξουαλικά ζώα, το Amazon molly προέκυψε από μία μοναδική, τυχαία συνάντηση. Έρευνες δείχνουν ότι αυτό συνέβη περίπου πριν από 100.000 χρόνια, όταν ένα θηλυκό Atlantic molly ζευγάρωσε με ένα αρσενικό sailfin molly.

Πηγή: BBC