Evolucija danas: mutacije i nastanak informacija

Sadržaj:

Izgled, oblik i struktura svakog živog organizma je zasnovan na njegovom genetskom kodu, “zapisanom” u molekulima DNK. Svaki put kada se jedna ćelija deli na dve, ili kada se formira novi organizam, DNK mora biti iskopirana. Ovaj proces kopiranja nije savršen: svaka kopija nosi određen broj promena, mutacija.

Šta su to uopšte mutacije?

Kako se mutacije događaju? Kojim mehanizmima? Zašto je većina mutacija neutralna? Pogledajte ovde.

Od svih mutacija koje se dogode, većina je neutralna: ove promene nemaju uticaja ni na jedan gen, pa ni na sam organizam, i bivaju prenesene na sledeću generaciju. Zatim slede snažno negativne mutacije: promene koje deaktiviraju ili oštete neki ključni gen koji je potreban za normalan život jedinke. Negativne mutacije dovode do smrti jedinke, ili sprečavaju da jedinka ostavi potomstvo. U oba slučaja mutacija biva uklonjena iz daljeg opticaja. Preostale mutacije proizvode varijaciju, raznovrsnost u karakteristikama jedinki unutar vrste.

Ova poslednja kategorija – mutacije koje proizvode varijacije – je ključna za evoluciju. Varijacije pre svega omogućavaju razvoj novih osobina kroz postepene promene u postojećim osobinama. Proces kojim se ovo odvija – proces selekcije – će biti detaljno objašnjen u sledećim poglavljima. Pored ovakve postepene promene postojećih genetskih informacija, mutacije mogu da proizvedu varijaciju u broju kopija gena, što omogućava nastanak novih osobina bez gubitka prethodno postojećih. Kako se ovo događa?

Promena postojećih informacija kroz mutacije je jednostavna: postojeći geni se menjaju, i proizvode male promene u karakteristikama jedinki. Kao klasičan primer možemo uzeti bilo koju vrstu, pa i nas same: mada ljudska deca poseduju osobine koje su mešavina osobina njihovih roditelja, ona uvek imaju i svoje posebne nove karakteristike, različite od oba roditelja. Važno je primetiti da varijativne promene nisu drastične: određena kost može biti malo duža ili malo kraća, određeni enzim malo više ili malo manje aktivan, oblik određenog dela tela može biti malo drugačiji. U sledećim poglavljima ćemo videti kako iz ovakvih malih varijacija, pod selektivnim pritiskom, nastaju velike promene u vrstama.

Nastanak novih informacija se događa kroz proces koji je takođe jednostavan, ali zahteva malo kompleksnije objašnjenje. Informacije najčešće nastaju kroz proces duplikacije praćene daljim mutacijama. Ovo se događa u slučajevima “zastoja” u toku kopiranja DNK; usled zastoja, delovi DNK mogu biti preskočeni, ili kopirani dva ili više puta. Duplikacije su veoma česte, do te mere da je jedna od glavnih razlika između blizanaca obično upravo broj kopija određenih gena.

Poreklo kompleksnosti

U razgovorima o evoluciji, često se pominje kompleksnost života i kompleksnost informacija potrebnih za život. Ali gde se ta kompleksnost u stvari nalazi, kako nastaje, i kako se manifestuje? Pogledajte ovde.

No, kako duplikacija dovodi do nastanka novih informacija? Uzmimo neko živo biće, koje ima na hiljade gena, među kojima je i gen X. Uzmimo da je ovaj gen veoma važan – ako jedinka doživi mutaciju u genu X, ona će u najboljem slučaju biti bolesna, a najverovatnije će ubrzo i umreti.

Ali šta ako se desi duplikacija koja zahvati gen X? U tom slučaju potomak koji nasledi ovu mutaciju sada ima dve kopije ovog gena, X₁ i X₂. Ako se nakon ove duplikacije desi mutacija u genu X₂, organizam i dalje preživljava, pošto i dalje ima jednu normalnu kopiju, gen X₁. Otud, gen X₂ može da nakuplja mutacije, i da se pretvori u novu verziju originalnog gena, ili čak u potpuno novi gen sa novom funkcijom.

Kroz ovaj proces, nakon duplikacije i sledećih mutacija, organizam i dalje ima sve gene i sve sposobnosti koje su imali i njegovi preci, ali sadrži i dodatnu sposobnost koja je nastala kroz mutacije na kopiji prethodno postojećeg gena.

Nastanak gena kroz duplikacije i mutacije je izvor većine gena u ljudskom genomu. Primera ovog procesa u naučnoj literaturi ima bezbroj: više hiljada slučajeva je dokumentovano u laboratorijama, a još neuporedivo više je primećeno u prirodi. Pogledajmo jedan klasični primer ovakvog nastanka informacija koji se desio pred našim očima, i to dva puta – jednom u prirodi i jednom u laboratoriji.

Primer: najlonaza. Jedan od najkorisnijih i najšire korisćenih proizvoda moderne hemije (takođe i najnezgodnijih po pitanju dugoročnih posledica po prirodu) su plastike, među kojima je i najlon. Najlon je prvi put proizveden 1935-te godine, i prethodno nikada i nigde nije postojao u prirodi. Ovaj polimer je potpuno drugačiji od polimera koje proizvode živa bića, i kao takav je “nesvarljiv” za žive organizme. Kao rezultat, nema truljenja plastike; ona se raspada samo kroz veoma spore hemijske procese. Ali život se adaptira. Već 1975-te godine, naučnici su u vodi u koju je ispustan otpad fabrike najlona pronašli soj bakterija (Flavobacterium) koji je evoluirao novi enzim, najlonazu, pomoću koga je mogao da koristi kratke polimere najlona kao hranu.
Nakon ovog otkrića, naučnici su u laboratoriji izložili potpuno drugačiju vrstu bakterija, Pseudomonas aeruginosa, istoj mešavini najlonskih nuzprodukata. Ubrzo, ova bakterija je takođe, potpuno nezavisno, evoluirala sposobnost da “jede“ najlon. Pošto se ovo desilo u laboratoriji, moglo se tačno pratiti koji geni su i kako mutirali, korak po korak.
U oba slučaja, ova sposobnost je nastala goreopisanim mehanizmom. Došlo je do duplikacije gena, mutacija, i nastanka novih gena. Bakterije su zadržale sve prethodno postojeće gene, i pritom dobile jedan novi, koji im je omogućio da koriste razlaganje najlona kao izvor energije.

Pored procesa duplikacije, postoji i nekoliko drugih načina kojima organizmi mogu da steknu nove genetske informacije bez ikakvog gubitka postojećih. Dva posebno važna procesa su viralni transfer (proces u kome retrovirusi unose nove gene u genom organizma) i mešanje eksona (proces u kome funkcionalni delovi dva različita gena postaju izvor nove funkcije). Zbog kompleksnosti ovih procesa, nećemo se njima baviti u okviru ovog uvodnog teksta, ali čitaoci koje zanima molekularna biologija mogu da nađu detaljno objašnjenje ovde.

Dakle, videli smo kako novi geni nastaju i kako se stari menjaju. No, sve ovo su samo promene pojedinačnih gena, u pojedinim životinjama. U sledećem poglavlju, pogledajmo kako se ove promene šire kroz populaciju, i po kojim pravilima.

[prethodno poglavlje][nazad na vrh strane][sledeće poglavlje]