{"id":10259,"date":"2025-09-28T19:06:56","date_gmt":"2025-09-28T17:06:56","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/?p=10259"},"modified":"2025-09-28T19:06:56","modified_gmt":"2025-09-28T17:06:56","slug":"cztery-genomy-pierwotnych-kregowcow","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2025\/09\/28\/cztery-genomy-pierwotnych-kregowcow\/","title":{"rendered":"Cztery genomy pierwotnych kr\u0119gowc\u00f3w"},"content":{"rendered":"\n

Teoria ewolucji Darwina zak\u0142ada\u0142a dzia\u0142anie doboru naturalnego w populacji o zmiennych cechach dziedzicznych, prowadz\u0105ce do powolnych zmian. Dzisiaj wiadomo, \u017ce nowe gatunki mog\u0105 te\u017c tworzy\u0107 si\u0119 zupe\u0142nie inaczej: w spos\u00f3b nag\u0142y.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Hodowcy ro\u015blin dobrze wiedz\u0105, \u017ce nowe odmiany naj\u0142atwiej tworzy\u0107, krzy\u017cuj\u0105c blisko spokrewnione gatunki ro\u015blin. Hybrydyzacja nie zawsze si\u0119 udaje, ale w ten spos\u00f3b otrzymano ju\u017c tysi\u0105ce trudnych do klasyfikacji odmian. Natomiast w przypadku zwierz\u0105t krzy\u017c\u00f3wki takie jak mu\u0142 czy zebroid cz\u0119sto s\u0105 bezp\u0142odne.<\/p>\n\n\n\n

Czemu mu\u0142 nie mo\u017ce mie\u0107 dzieci? Ot\u00f3\u017c jego rodzice pochodzili z dw\u00f3ch r\u00f3\u017cnych blisko spokrewnionych gatunk\u00f3w z tego samego rodzaju koni, mianowicie konia domowego i os\u0142a. Gatunki te r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 nieznacznie liczb\u0105 chromosom\u00f3w (odpowiednio 32 i 31 par).<\/p>\n\n\n\n

O ile nie-biolodzy cz\u0119sto ekscytuj\u0105 si\u0119 chromosomami nadmiernie, przypisuj\u0105c im znacznie wi\u0119ksz\u0105 ni\u017c rzeczywista rol\u0119 w \u017cyciu (zapytajmy laika, co decyduje o p\u0142ci<\/a>), w wi\u0119kszo\u015bci naszych kom\u00f3rek nie znajdzie si\u0119 \u017cadnych chromosom\u00f3w. Upakowany w widoczne pod mikroskopem szpulki materia\u0142 genetyczny nie nadaje si\u0119 do wykorzystania. Chromosomy tworz\u0105 si\u0119 wy\u0142\u0105cznie przed podzia\u0142em kom\u00f3rki, \u017ceby d\u0142ugie nici DNA mo\u017cna by\u0142o upakowa\u0107 po r\u00f3wno do obu kom\u00f3rek potomnych. W trakcie podzia\u0142u (tzw. metafaza) ustawiaj\u0105 one si\u0119 parami w p\u0142aszczy\u017anie symetrii dziel\u0105cej si\u0119 kom\u00f3rki, a zbudowane z tubuliny wrzeciono kariokinetyczne poci\u0105ga je w dwie przeciwleg\u0142e strony.<\/p>\n\n\n\n

R\u00f3\u017cna liczba chromosom\u00f3w u konia i os\u0142a powoduje, \u017ce pochodz\u0105cy z ich zwi\u0105zku mu\u0142 ma nieparzyst\u0105 liczb\u0119 chromosom\u00f3w, kt\u00f3rych (w uproszczeniu) po prostu nie mo\u017ce ustawi\u0107 w pary i przeprowadzi\u0107 podzia\u0142u mejotycznego kom\u00f3rki, w wyniku kt\u00f3rego tworz\u0105 si\u0119 haploidalne (maj\u0105ce jeden komplet gen\u00f3w) gamety (kom\u00f3rki jajowe b\u0105d\u017a plemniki<\/a>). Jak wi\u0119c stworzono wspomniane tysi\u0105ce miesza\u0144c\u00f3w ro\u015blin?<\/p>\n\n\n\n

Zaobserwowano, \u017ce tworzenie niekt\u00f3rych miesza\u0144c\u00f3w znacznie u\u0142atwia kolchicyna. Ta pochodz\u0105ca z zimowita jesiennego trucizna hamuje dzia\u0142anie wspomnianego wrzeciona, w efekcie czego otrzymujemy kom\u00f3rk\u0119 potomn\u0105 ze zdublowanym zestawem chromosom\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Okazuje si\u0119, \u017ce taki proces znacznie rzadziej zachodzi r\u00f3wnie\u017c w naturze. Pszenica jest heksaploidem, czyli zawiera a\u017c 6 zestaw\u00f3w chromosom\u00f3w, podczas gdy b\u0119d\u0105ca jej przodkiem dzika trawa zawiera\u0142a tylko dwa (diploid). Dublowanie materia\u0142u genetycznego powoduje, \u017ce wszystkie chromosomy, nawet pochodz\u0105ce od r\u00f3\u017cnych gatunk\u00f3w potomnych, z \u0142atwo\u015bci\u0105 dobieraj\u0105 si\u0119 do pary i mo\u017cna ponownie stworzy\u0107 gamety.<\/p>\n\n\n\n

U zwierz\u0105t taki proces znacznie rzadziej si\u0119 udaje, gdy\u017c pojedyncze dodatkowe chromosomy b\u0105d\u017a nawet ich cz\u0119\u015bci mog\u0105 prowadzi\u0107 do znacznych wad rozwojowych (zespo\u0142y Turnera, Downa, Edwardsa czy Patau). Jednak\u017ce okazuje si\u0119, \u017ce w przebiegu ewolucji kr\u0119gowc\u00f3w musia\u0142o na samym pocz\u0105tku doj\u015b\u0107 do zdublowania ca\u0142kowitego materia\u0142u genetycznego. I to dwa razy.<\/p>\n\n\n\n

Sk\u0105d to wiadomo? Jednym z najciekawszych obiekt\u00f3w bada\u0144 genetyk\u00f3w jest zesp\u00f3\u0142 gen\u00f3w Hox<\/em>, kieruj\u0105cych rozwojem zarodka. Ich aktywacja w r\u00f3\u017cnych segmentach rozwijaj\u0105cego si\u0119 embrionu muszki owocowej (z uwagi na \u0142atw\u0105 hodowl\u0119, niewielkie rozmiary i szybki wzrost dosy\u0107 wdzi\u0119cznego obiektu bada\u0144 laboratoryjnych) prowadzi do powstania konkretnych narz\u0105d\u00f3w, w\u0142a\u015bciwych dla okre\u015blonych segment\u00f3w cia\u0142a owada. Zmiana ekspresji poszczeg\u00f3lnych gen\u00f3w tego rodzaju powoduje powstanie dodatkowej pary odn\u00f3\u017cy zamiast czu\u0142k\u00f3w czy dw\u00f3ch segment\u00f3w ze skrzyd\u0142ami.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Kolejne geny Hox<\/em> odpowiadaj\u0105 za rozw\u00f3j kolejnych segment\u00f3w cia\u0142a muchy. Za Wikimedia Commons<\/a>, w domenie publicznej<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Okazuje si\u0119, \u017ce geny Hox<\/em> maj\u0105 te\u017c ludzie i wszystkie inne kr\u0119gowce. Co wi\u0119cej, o ile w genomie muszki owocowej wyst\u0119puje jedna para uk\u0142adu gen\u00f3w Hox<\/em>, o tyle kr\u0119gowce maj\u0105 cztery takie pary (a pewne ryby znacznie wi\u0119cej, rekordzist\u0105 jest \u0142oso\u015b z liczb\u0105 16).<\/p>\n\n\n\n

Obserwacja ta nasuwa my\u015bl, \u017ce pojedynczy genom przodk\u00f3w kr\u0119gowc\u00f3w o 22 chromosomach musia\u0142 zosta\u0107 zduplikowany, i to dwa razy.<\/p>\n\n\n\n

Jednak wi\u0119kszo\u015b\u0107 gen\u00f3w nie wyst\u0119puje w naszym genomie w wi\u0119cej ni\u017c dw\u00f3ch kopiach. Okazuje si\u0119, \u017ce wi\u0119kszo\u015b\u0107 nadmiarowych gen\u00f3w bardzo szybko traci swoj\u0105 funkcj\u0119. Wy\u0142\u0105czenie wa\u017cnego genu wyst\u0119puj\u0105cego w haploidalnym genomie tylko raz mo\u017ce prowadzi\u0107 do \u015bmierci nosiciela. Je\u015bli jednak posiadamy dodatkow\u0105 kopi\u0119, mo\u017cemy z ni\u0105 zrobi\u0107 \u2013 w pewnych granicach \u2013 co nam si\u0119 podoba. Nieliczne z takich gen\u00f3w niewy\u0142\u0105czonych przez mutacj\u0119 naby\u0142y nowe funkcje (neofunkcjonaliacja) b\u0105d\u017a te\u017c oba geny podzieli\u0142y si\u0119 sw\u0105 wcze\u015bniejsz\u0105 funkcj\u0105 (subfunkcjonalizacja). W efekcie powsta\u0107 mog\u0142y znacznie bardziej skomplikowanej sieci regulacyjne umo\u017cliwiaj\u0105ce znacznie wi\u0119kszy stopie\u0144 skomplikowania budowy i funkcjonowania cia\u0142 czworonog\u00f3w, nale\u017c\u0105cych do najwi\u0119kszych i najbardziej misternie zbudowanych zwierz\u0105t.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Pocz\u0105tkowy genom przodka kr\u0119gowc\u00f3w (A) uleg\u0142 duplikacji (B). Po tym, jak cz\u0119\u015b\u0107 gen\u00f3w utraci\u0142a swe funkcje (C), zasz\u0142a kolejna duplikacja (D), czego efektem jest obecny genom kr\u0119gowc\u00f3w (E), z wyst\u0119puj\u0105cymi rodzinami spokrewnionych gen\u00f3w (zaznaczonych tym samym kolorem). Za Dehal & Boore, 2005<\/a>, CC BY 2.5<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Alternatywne wyja\u015bnienie proponuje liczne amplifikacje nie ca\u0142ego genomu, ale osobno niewielkich jego fragment\u00f3w. Niemniej \u015blady powielania nosi prawie po\u0142owa ludzkich gen\u00f3w, nawet je\u015bli nie s\u0105 one wyra\u017ane. Wskazuje to na duplikacj\u0119 ca\u0142ego genomu.<\/p>\n\n\n\n

Wydaje si\u0119 wi\u0119c, \u017ce naszym przodkom podwojenie kariotypu w najmniejszym stopniu nie przeszkadza\u0142o, a nawet pozwoli\u0142o im wyewoluowa\u0107 w znacznie bardziej skomplikowane organizmy i osi\u0105gn\u0105\u0107 niesamowity sukces ewolucyjny. Ca\u0142e taksony, wbrew Darwinowi, mog\u0105 powstawa\u0107 skokowo.<\/p>\n\n\n\n

Marcin Nowak<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bibliografia<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Shapiro JA. Teoria ewolucji z perspektywy XXI wieku. Dlaczego ewolucja jest tak skutecznym procesem. Enarche, Warszawa 2022 \/ 2025<\/li>\n\n\n\n
  • S\u00e9mon, M., & Wolfe, K. H. (2007). Consequences of genome duplication. Current opinion in genetics & development, 17(6), 505-512<\/li>\n\n\n\n
  • Glasauer, S. M., & Neuhauss, S. C. (2014). Whole-genome duplication in teleost fishes and its evolutionary consequences. Molecular genetics and genomics, 289(6), 1045-1060<\/li>\n\n\n\n
  • Dehal, P., & Boore, J. L. (2005). Two rounds of whole genome duplication in the ancestral vertebrate. PLoS biology, 3(10), e314<\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Teoria ewolucji Darwina zak\u0142ada\u0142a dzia\u0142anie doboru naturalnego w populacji o zmiennych cechach dziedzicznych, prowadz\u0105ce do powolnych zmian. Dzisiaj wiadomo, \u017ce nowe gatunki mog\u0105 te\u017c tworzy\u0107 si\u0119 zupe\u0142nie inaczej: w spos\u00f3b nag\u0142y.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":10268,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[241,11,2,68,65],"tags":[245,1262,422,590,221,275,1261],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10259"}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=10259"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10259\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10270,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10259\/revisions\/10270"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media\/10268"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=10259"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=10259"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=10259"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}