Por José María Hernández de Miguel
Desde que en 2001 se finalizó la secuenciación del genoma humano hemos ido de sorpresa en sorpresa, dado que muchos de los nuevos datos no han concordado con ciertas ideas que teníamos sobre nuestra dotación genética y las diferencias de ésta con otros seres vivos. Primero fue el pequeño número de genes que compone nuestro genoma (entre 25.000 y 30.000), que representa únicamente el doble de los que posee la mosca del vinagre Drosophila melanogaster y tan solo 2.000 a 5.000 más que Arabidopsis thaliana, la primera planta secuenciada y aproximadamente los mismos que el ratón común (Mus musculus).
Además, no es únicamente el reducido número de genes lo que nos asemeja más de lo que pensábamos a gusanos y ratones, sino que las diferencias entre nuestros genomas son muchísimo más pequeñas de lo que creíamos. Un organimso tan diferente como la levadura Saccharomyces cerevisiae comparte con nosotros el 50% de su genoma, y con la mosca del vinagre mencionada anteriormente, compartimos el 60% de nuestros genes.
Lógicamente, al comparar con parientes más próximos, las similutudes son impresionantes. El chimpancé, cuyo genoma se secuención completamente en 2005, puede compararse con el nuestro de forma literal en un 96% de su extensión, y de ella, el 99% de sus genes son idénticos a los nuestros. Dicho de otra forma, de los 3.000 millones de pares de bases de forman nuestros genes, 2.970 millones son idénticas en el chimpancé, y únicamente 30 millones de pares de bases han sufrido cambios desde que nuestros dos linajes se separaron, hace ahora unos 6 millones de años. Estamos hablando de que chimpancés y humanos únicamente se diferencian en unos 200 – 300 genes.
Estos descubrimientos han llevado a replantearnos la forma en la que los genes producen la variedad específica. Tradicionalmente se pensaba que la consecuencia de un único cambio en una base nitrogenada era muy pequeño, y que solo la acumulación de gran número de estos cambios podía originar macroespeciación. Sin embargo, estos resultados contradicen esta visión extremadamente gradualista. Las extensas diferencias entre especies no se deben tanto al número de genes que difieren entre ellas como a la acción de unos pocos genes que organizan el desarrollo del individuo.
Cambiando a diferente velocidad
No todas las regiones genómicas reflejan la misma velocidad en los cambios de bases nitrogenadas. Si las mutaciones no son ni beneficiosas ni dañinas, se acumulan a una tasa uniforme que sirve para calcular el tiempo de divergencia entre dos especies. Por el contrario, si una región cambia de forma más rápida, es síntoma de que ha sido seleccionada de forma positiva, dado que la acción beneficiosa de la mutación aporta mayor probabilidad de ser transmitida a la siguiente generación.
Trabajando con estas zonas “aceleradas” del genoma, K.S. Pollard, de la Universidad de California en San Francisco, ha encontrado una región de 118 bases a la que ha denominado “región acelerada humana1? (HAR1), comprobando que forma parte de un gen implicado en el desarrollo del cerebro.
Comparando la región HAR1 de varias especies de vertebrados, se ha comprobado que había evolucionado muy lentamente antes de la separación del Homo sapiens. De hecho, entre el gallo y el chimpnacé, solamente difieren dos de las 118 bases, mientras que entre humanos y chimpancés se encuentran 18 diferencias en un tiempo mucho menor (los linajes de los dos primeros divergieron hace unos 300 millones de años y el de los segundos hace tan solo 6 millones de años).
Pocos cambios, mucho efecto
Posteriormente se ha descubierto que HAR1 interviene en el proceso de repliegue de la parte más externa de la corteza cerebral, por lo que desempeña un papel crucial en la caracterización del cerebro humano. En realidad, HAR1 forma parte de dos genes solapados, y aunque aún no sabemos como afecta exactamente al desarrollo de la corteza cerebral, se ha comprobado experimentalmente que HAR1 no codifica para ninguna proteína, sino exclusivamente para ARN.
Cambios entre chimpancés y gallos y entre humanos y chimpancés en la región HAR1 (Redibujado de Pollard, 2009)
HAR1 representa así un excelente y prometedor ejemplo de como unos pocos cambios moleculares pueden traducirse en unas diferencias cualitativamente considerables, especialmente interesantes al tratarse precisamente de la peculiar inteligencia humana. Otras secuencias aceleradas pueden estar implicadas en la formación de nuestra especie, como FOXP2 que facilita la formación de sonidos vocales, ASPM que controla el tamaño del cerebro o HAR2 que dirige la actividad génica de la muñeca y el pulgar durante el desarrollo.
Aún queda mucho por trabajar con HAR1 y otras secuencias aceleradas, pero cada vez más estamos llegando a la convicción de que no son necesarios muchos cambios en el genoma para que aparezca una nueva especie.
HAR1 representa así un excelente y prometedor ejemplo de como unos pocos cambios moleculares pueden traducirse en unas diferencias cualitativamente considerables, especialmente interesantes al tratarse precisamente de la peculiar inteligencia humana. Otras secuencias aceleradas pueden estar implicadas en la formación de nuestra especie, como FOXP2 que facilita la formación de sonidos vocales, ASPM que controla el tamaño del cerebro o HAR2 que dirige la actividad génica de la muñeca y el pulgar durante el desarrollo.
Aún queda mucho por trabajar con HAR1 y otras secuencias aceleradas, pero cada vez más estamos llegando a la convicción de que no son necesarios muchos cambios en el genoma para que aparezca una nueva especie.
منذ أن سُلْسِلَ الجينوم البشري العام 2001، بدأت تظهر لنا المفاجآت واحدة إثر أخرى، حيث لم يتفق كثير من التفاصيل الجديدة مع أفكار إمتلكناها، سابقاً، حول التخصيص الجيني البشريّ وفروقاته مع تخصيصات جينية لدى كائنات حيّة أخرى.
فقد ظهر العدد القليل لجينات جينومنا (بين 25000 و30000 جينوم) ويمثل ضعف ما تمتلكه ذبابة الفاكهة الشائعة أو ذبابة الخل فقط؛ ويزيد بحوالي 2000 الى 5000 عمّا لدى نبات رشاد أذن الفأر ولدى الفأر المنزلي.
لا يقتصر الأمر على عدد الجينات، بل الأهم هو أن الفروقات بين جينومنا وجينومات الديدان والفئران، على سبيل المثال، هي قليلة جداً، بل أقلّ مما فكّرنا به سابقاً. يشترك، كائن مختلف كثيراً عنّا هو السكيري ومنها خميرة الجعة، معنا بما نسبته 50% من جينومها، ومع ذبابة الخلّ المذكورة أعلاه، نشترك بما نسبته 60% من جيناتنا.
منطقياً، عند المقارنة مع أقاربنا الأقرب (الرئيسيات المقصود بالطبع)، فمن المفترض أنّ التشابهات أروع أو أهمّ.
لا يقتصر الأمر على عدد الجينات، بل الأهم هو أن الفروقات بين جينومنا وجينومات الديدان والفئران، على سبيل المثال، هي قليلة جداً، بل أقلّ مما فكّرنا به سابقاً. يشترك، كائن مختلف كثيراً عنّا هو السكيري ومنها خميرة الجعة، معنا بما نسبته 50% من جينومها، ومع ذبابة الخلّ المذكورة أعلاه، نشترك بما نسبته 60% من جيناتنا.
منطقياً، عند المقارنة مع أقاربنا الأقرب (الرئيسيات المقصود بالطبع)، فمن المفترض أنّ التشابهات أروع أو أهمّ.
سُلْسِلَ جينوم الشمبانزي، بشكل كامل، العام 2005، هو يُشبه جينومنا بنسبة 96% من طوله، وتتطابق نسبة 99% من جينات الشمبانزي مع جيناتنا.
أي من أصل 3000 مليون من أزواج القواعد المُشكّلة لجيناتنا، يتطابق 2970 مليون زوج قواعد بيننا وبينها، ويتغير 30 مليون زوج قواعد بيننا وبينها، ويعود هذا التغيُّر أو الإختلاف الى لحظة إفتراقنا عن السلف المشترك منذ 6 ملايين عام تقريباً.
نتكلم حول إختلاف الشمبانزي والبشر بما مقداره: 200 – 300 جين فقط.
قادت تلك الإكتشافات لإعادة طرح الصيغة، التي تُنتج الجينات، من خلالها، التغيّر النوعيّ.
قادت تلك الإكتشافات لإعادة طرح الصيغة، التي تُنتج الجينات، من خلالها، التغيّر النوعيّ.
تقليدياً، فُكِّرَ بأن نتيجة صغيرة تظهر جرّاء حدوث تغيّر وحيد في قاعدة نتروجينية، بحيث يحدث ماكرو تنوُّع (تنوُّع كبير) جرّاء تراكم عدد كبير من هذه التغيرات.
مع ذلك، تنقض تلك النتائج تلك الرؤية المتدرجة. الفروقات الهائلة بين الأنواع ليست بسبب فرق عدد الجينات فيما بينها، كما أنها ليست بسبب فعل بعض الجينات القليلة، التي تسبب تطور الفرد.
تغيّر وفق سرعة مختلفة
لا تعكس كافة المناطق الجينومية ذات السرعة في تغيرات القواعد النيتروجينية. فيما لو أنّ الطفرات ليست مفيدة ولا ضارة، فتتراكم بنطاق معدّل موحد، يُفيد بحساب الزمن الذي يتباعد فيه نوعين حيّين. بشكل معاكس، فيما لو أنّ منطقة تتغيّر بسرعة أكبر، فهو مؤشر لأنها انتُقيت بصيغة إيجابية، كمعطى فعل مفيد للطفرة، ويساهم بترجيح انتقالها للجيل التالي.
لا تعكس كافة المناطق الجينومية ذات السرعة في تغيرات القواعد النيتروجينية. فيما لو أنّ الطفرات ليست مفيدة ولا ضارة، فتتراكم بنطاق معدّل موحد، يُفيد بحساب الزمن الذي يتباعد فيه نوعين حيّين. بشكل معاكس، فيما لو أنّ منطقة تتغيّر بسرعة أكبر، فهو مؤشر لأنها انتُقيت بصيغة إيجابية، كمعطى فعل مفيد للطفرة، ويساهم بترجيح انتقالها للجيل التالي.
بعمله على تلك المناطق "المتسارعة" للجينوم، عثر ك. س. بولارد من جامعة كاليفورنيا / سان فرانسيسكو على منطقة فيها 118 قاعده، حدّدها تحت إسم "منطقة متسارعه بشرية 1 مختصرها باحرف لاتينية تمثل اوائل الكلمات المعبرة: HAR1"، وقد تحقق من أنها جزء من جين مسؤول عن نمو الدماغ.
بمقارنة المنطقة HAR1 لكائنات حيّة عديدة فقارية، تمّ التحقق من أنها قد تطورت ببطء شديد قبل انفصال الانسان العاقل. في الواقع، يوجد بين الديك والشمبانزي إختلاف في إثنتين من القواعد الـ 118، بينما بين البشر والشمبانزي يوجد 18 فارق في زمن أقل بكثير (ظهرت نتائج أول إفتراقين منذ 300 مليون عام، فيما حصل الإفتراقان الثانيان بالكاد منذ 6 ملايين عام).
بمقارنة المنطقة HAR1 لكائنات حيّة عديدة فقارية، تمّ التحقق من أنها قد تطورت ببطء شديد قبل انفصال الانسان العاقل. في الواقع، يوجد بين الديك والشمبانزي إختلاف في إثنتين من القواعد الـ 118، بينما بين البشر والشمبانزي يوجد 18 فارق في زمن أقل بكثير (ظهرت نتائج أول إفتراقين منذ 300 مليون عام، فيما حصل الإفتراقان الثانيان بالكاد منذ 6 ملايين عام).
تغيرات قليلة، أثرٌ كبير
في وقت لاحق، إكتشفوا بأن منطقة HAR1 تتدخل في عملية سحب الجزء الخارجي للقشرة الدماغية، ما يعني لعبها لدور جوهري في تمييز الدماغ البشريّ. في الواقع، تشكّل منطقة HAR1 جزءاً من جينين متداخلين، ولو أننا لا نعرف، للآن، كيف تؤثر بالضبط على نمو القشرة الدماغية، وقد تمّ التحقق تجريبياً بأنّ منطقة HAR1 لا تقونن لأيّ بروتين، بل حصرياً، للحمض RNA .
منطقة HAR1 خير مثال على أنّ تغيرات قليلة جزيئية، يمكن أن تؤدي لظهور فروقات نوعيّة مُعتبرة، خصوصاً، بما يتعلق بشيء كالذكاء البشريّ بدقة. توجد متواليات متسارعه أخرى ذات صلة بتكوين نوعنا نحن، مثل الجين FOXP2 الذي يُسهل تشكيل الحبال الصوتية، جين ASPM يقوم بضبط حجم الدماغ أو الجين HAR2 الذي يوجّه النشاط الجيني للمعصم والإبهام خلال النمو.
يتبقى الكثير للبحث حول منطقة HAR1 الجينية ومتواليات متسارعه أخرى، لكن، يتزايد إقتناعنا بأنه ليس ضرورياً حدوث تغيرات كثيرة في الجينوم:
ليظهر كائن حيّ جديد.
ملحوظة: كل الرموز اللاتينية في الفقرة الأخيرة هي رموز لمناطق جينية بالنتيجة ومسؤولة عن عدد من القضايا الجسدية الواضحة.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق