Νέα ζωή σε αρχαίο DNA

ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ

Νέα ζωή σε αρχαίο DNA

Για περισσότερα από 150 χρόνια οι επιστήμονες κατά κύριο λόγο στηρίζονταν σε απολιθωμένα οστά και δόντια για να μελετήσουν ζώα από τα βάθη του χρόνου. Οι σκελετοί αποκαλύπτουν το μέγεθος και το σχήμα των ζώων που χάθηκαν. Τα σημεία όπου οι μυς συνδέονται στα κόκαλα δείχνουν πόσο μυώδες ήταν ένα ζώο και πώς κινούνταν. Το σχήμα και η φθορά των δοντιών υποδείχνουν τα είδη τροφής του. Με τέτοιες μεθόδους οι επιστήμονες κατάφεραν να εξάγουν σημαντικές πληροφορίες από τα σκληρά απομεινάρια των ζώων. Σε σπάνιες περιπτώσεις, έπεσαν στα χέρια τους καλοδιατηρημένες μούμιες και παγωμένα κουφάρια ζώων, που τους επέτρεψαν να προσθέσουν περισσότερες λεπτομέρειες όπως το μήκος της γούνας τους, το σχήμα των αυτιών, το περιεχόμενο του τελευταίου γεύματος ενός ζώου. Παρά όλα όσα μάθαμε για τα φυσικά χαρακτηριστικά μορφών ζωής παλαιότερων εποχών, ξέρουμε ελάχιστα για τις βιολογικές διεργασίες που συντελούνταν μέσα τους.

Παλαιοφυσιολογία

Αυτό το κενό αρχίζει να κλείνει. Πρόσφατες πρόοδοι στη βιοτεχνολογία επιτρέπουν τώρα να ανασυνθέσουμε αρχαία γονίδια από ζώα που έχουν εκλείψει και να «αναστήσουμε» τις πρωτεΐνες που κωδικοποιούσαν αυτά τα γονίδια. Πρωτεΐνες που σχηματίζουν, αλλά και οδηγούν τους κυτταρικούς μηχανισμούς, που βρίσκονται στη βάση όλων των διεργασιών της ζωής. Σύμφωνα με ορισμένους βρισκόμαστε στην αυγή μιας νέας επιστήμης: της παλαιοφυσιολογίας, δηλαδή της μελέτης του τρόπου που λειτουργούσαν εν ζωή τα σώματα ζώων που έχουν πια εκλείψει. Αν και οι σχετικές μελέτες βρίσκονται στα σπάργανα, ήδη έχουν βγει εκπληκτικά συμπεράσματα για το πώς το προϊστορικό ζώο-είδωλο, το μαμούθ, προσαρμόστηκε στις εχθρικές για τη ζωή κλιματολογικές συνθήκες της εποχής των παγετώνων. Η κλωνοποίηση προϊστορικών ζώων στο στιλ του ...«Τζουράσικ Παρκ» παραμένει επιστημονική φαντασία, αποδεικνύεται όμως ότι είναι εφικτή η παρατήρηση κρίσιμων φυσιολογικών λειτουργιών σε όντα, που από καιρό έχουν εξαφανιστεί από το πρόσωπο της Γης.

Σπάνια κουφάρια, όπως αυτό το 42.000 ετών μωρό μαμούθ που βρέθηκε στη Ρωσία, περιέχουν πλούτο πληροφοριών, αλλά μόνο το DNA μπορεί να αποκαλύψει τις ακριβείς βιολογικές διεργασίες που συντηρούσαν αυτό το ζώο εν ζωή

Τα απολιθώματα που έχουν βρεθεί δείχνουν ότι οι πρόγονοι των μαμούθ ξεκίνησαν από τις υποτροπικές πεδιάδες της Αφρικής και μετακινήθηκαν στη Σιβηρία πριν από λιγότερο από δύο εκατομμύρια χρόνια, την περίοδο που η Γη έμπαινε σε ένα από τα μεγαλύτερα επεισόδια ψύξης στην ιστορία της: τους παγετώνες του Πλειστόκαινου. Οπως και οι αφρικανικοί ελέφαντες σήμερα, η κύρια φυσιολογική πρόκληση για τους προγόνους των μαμούθ ήταν η αποφυγή της υπερθέρμανσης. Οταν όμως μετανάστευσαν βόρεια, η διατήρηση της θερμότητας του σώματος έγινε ζήτημα πρωτεύουσας σημασίας.

Κοκκινότριχα και ξανθά μαμούθ

Τα μαμούθ σταδιακά ανέπτυξαν πλούσιο και μακρύ τρίχωμα, αλλά αυτό είναι μόνο μία πλευρά του ζητήματος. Οι πρώτες μελέτες για την αξιοποίηση των κομματιών αρχαίου DNA που διατηρούνται στα παγωμένα μαμούθ ηλικίας δεκάδων χιλιάδων ετών, που ανακαλύφθηκαν στη Σιβηρία, επικεντρώθηκαν στο μιτοχονδριακό DNA, που αντιπροσωπεύει μικρό αριθμό γονιδίων, σε σχέση με το πυρηνικό DNA, αλλά βρίσκεται σε πολλά αντίγραφα μέσα στο κύτταρο. Η τεχνολογική εξέλιξη στη μελέτη του γενετικού κώδικα επέτρεψε τα τελευταία χρόνια την ανάκτηση μακρών ακολουθιών νουκλεοτιδίων από το πολύ σημαντικότερο DNA του πυρήνα, αλλά και ολόκληρου του 16.500 νουκλεοτιδίων γονιδιώματος, του μιτοχονδριακού DNA του μαμούθ. Στην πορεία ανακτήθηκε και μελετήθηκε ένα γονίδιο που προσδιορίζει το χρώμα του τριχώματος και διαπιστώθηκε ότι εκτός από τα κοκκινόχρωμα υπήρχαν και ξανθά μαμούθ. Το πιο ανοιχτόχρωμο τρίχωμα, σε αντίθεση με αυτό που θα περίμενε κανείς, βοηθάει στην απορρόφηση θερμότητας από το περιβάλλον, καθώς ανακλά ένα μέρος της εξωτερικής ακτινοβολίας προς το δέρμα του ζώου, σε αντίθεση με το σκούρο τρίχωμα, που απορροφά περισσότερη θερμική ακτινοβολία, αλλά μόνο στο εξωτερικό του μέρος, από το οποίο γρήγορα αποβάλλεται και πάλι με το φύσημα του ανέμου.

Αντιψυκτικές τεχνικές

Ολα τα σύγχρονα μεγαλόσωμα θηλαστικά που είναι προσαρμοσμένα στο κρύο, διαθέτουν πυκνό σύστημα αρτηριών και φλεβών που διατρέχουν τα άκρα τους αντιπαράλληλα, λειτουργώντας σαν εναλλάκτης θερμότητας, που επιτρέπει την επιστροφή στο κέντρο του σώματος ενός μέρους της θερμότητας που μεταφέρει το αρτηριακό αίμα. Ετσι τα ζώα αυτά καταφέρνουν να διατηρήσουν τις πατούσες τους σε θερμοκρασία λίγο πάνω από το μηδέν, αλλά και να μειώσουν τις θερμιδικές ανάγκες τους το χειμώνα, που η διαθέσιμη τροφή είναι ελάχιστη.

Παραδόξως, αυτή η ανατομική προσαρμογή στερεί από τα άκρα των ζώων την ενέργεια που απαιτείται, ώστε η αιμογλοβίνη να αποδώσει το οξυγόνο που συνέλεξε περνώντας από τους πνεύμονες. Αν και οι σχετικοί μοριακοί μηχανισμοί δεν έχουν γίνει απολύτως κατανοητοί ακόμα, ως αντιστάθμισμα στα ζώα αυτά συνδέονται άλλα μόρια με την αιμογλοβίνη, σε μια εξώθερμη αντίδραση που προσφέρει την απαιτούμενη ενέργεια για την απελευθέρωση του οξυγόνου και την οξυγόνωση των ιστών.

Ερευνητές θεώρησαν ότι κάτι ανάλογο πρέπει να συνέβαινε και με τα μαμούθ και γι' αυτό σύγκριναν το DNA του γονιδίου που κωδικοποιεί την αιμογλοβίνη στα μαμούθ με εκείνο που την κωδικοποιεί στους ασιατικούς ελέφαντες. Πράγματι βρήκαν διαφορές σε τρεις από τις 146 θέσεις αμινοξέων. Για να βεβαιωθούν ότι οι αλλαγές αυτές έκαναν την αιμογλοβίνη των μαμούθ να αποδίδει πιο εύκολα το οξυγόνο ακόμα και σε χαμηλές θερμοκρασίες, σύνθεσαν και μελέτησαν σε εργαστήριο για πρώτη φορά στην ιστορία μια κρίσιμη πρωτεΐνη ζώου που έχει εξαφανιστεί (βλ. γραφική απεικόνιση της μεθόδου), επιβεβαιώνοντας την εικασία, με τη διαφορά ότι ο σχετικός μοριακός μηχανισμός στα μαμούθ αποδείχτηκε διαφορετικός απ' ό,τι στα σύγχρονα προσαρμοσμένα στο κρύο θηλαστικά.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗ