Dacă ADN-ul nostru nu face oamenii diferiți de cimpanzei, atunci ce?

Când ne imaginăm cursul evoluției umane, mai exact perioada de aproximativ trei milioane de ani de la momentul în care Lucy a început să meargă în poziție verticală prin ierburile din valea râului Awash (Etiopia) până în vremurile moderne, este greu de determinat momentul în care am devenit oameni sau la cel puțin la fel de umani pentru a ne recunoaște astăzi între noi.

Există doar o diferență de un procent între genomul care codifică proteinele umane și cel al celui mai apropiat strămoș viu, cimpanzeii – chiar mai puțină distincție între cele două specii decât există între șoareci și șobolani. S-ar putea să vă gândiți rapid că momentul în care am devenit oameni a fost momentul în care ne-am dezvoltat creiere mai mari care ne-au permis să explorăm dincolo de copaci, înzestrându-ne cu abilitatea de a crea și vorbi limbi care să ne distingă de strămoșii noștri. Dar cum s-a întâmplat?

Urmărind un răspuns la această întrebare, cercetătorii de la Institutul Elvețian de Bioinformatică (Swiss Institute of Bioinformatics) au colaborat cu o echipă de la Universitatea din Lausanne pentru a căuta modificări genetice specifice creierului uman. Rezultatele lor, publicate în Science Advances, oferă câteva perspective noi despre evoluția umană și biologia dezvoltării, precum și despre neuroștiințe.

Gândiți expresia, nu secvența de gene

Această statistică de un procent pare greu de procesat concret, dar nu se referă atât la secvența nucleotidelor în ADN, cât la „reglarea” genelor care ne diferențiază de rudele noastre maimuțe – cu alte cuvinte, când, unde și cât de puternic sunt exprimate genele într-un organism viu joacă un rol cheie. Deși secvențele sunt cunoscute de câteva decenii, determinarea și cartografierea în mod specific a agenților de reglare care ajustează genele, a fost o sarcină dificilă care continuă să fie o provocare pentru cercetători.

Dr. Marc Robinson-Rechavi, care a servit ca lider al grupului Swiss Institute of Bioinformatics și ca coautor al studiului, sugerează că cheia este de a determina ce părți ale genomului sunt influențate de selecția pozitivă, mecanismul evolutiv prin care trăsăturile favorabile apar într-o populație. Un exemplu propus de Darwin a fost forma ciocurilor de la cintezele (păsări migratoare de talie mică) de pe insula Galapagos care se schimbă în fiecare generație datorită naturii aprovizionării cu alimente: o continuitate a anotimpurilor umede a forțat cintezii să mănânce semințe mai mari în timpul sezonului uscat și generațiile de păsări s-au născut cu ciocuri mai mari echipate pentru preluarea semințelor. 

Cercetătorii au ajuns la concluziile lor folosind o combinație de modele de învățare automată și date experimentale, creând un model care a arătat modul în care proteinele utilizate pentru a semnaliza reglarea genetică s-au legat în diferite țesuturi și apoi au analizat diferențele evolutive dintre oameni, cimpanzei și un alt văr destul de apropiat de pe arborele genealogic: gorilele.

Mutații cu un scop

Tindem să ne gândim la cuvântul „mutație” într-un sens negativ, dar realitatea este că majoritatea covârșitoare a mutațiilor se întâmplă pur și simplu fără ca noi să ne dăm seama. Ele au loc într-un interval de timp și nu sunt neapărat bune sau rele. 

Cu toate acestea, o accelerație, în rata mutației, pentru o anumită parte a genomului, poate aduce cu sine o selecție pozitivă pentru o mutație care oferă unei populații un avantaj de supraviețuire, permițându-le să se reproducă și să transmită mutația lor către o altă generație. . Elementele reglatoare ale genelor au de obicei câteva nucleotide, ceea ce poate face estimarea ratei de accelerație extrem de dificilă.

Natura expresiei genelor din creier și modul în care aceasta afectează comportamentele sociale a fost recent studiată și la alte specii: albinele au fost examinate într-un studiu, unde s-a arătat că doar o singură eroare de transcriere poate afecta modul în care sunt exprimate alte zeci de gene.

Dacă regina albină dintr-o colonie moare și muncitorii nu reușesc să crească o regină înlocuitoare, unele albine lucrătoare își activează ovarele și încep să depună ouă – a spus dr. Beryl Jones, cercetător la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign

Acesta este un exemplu de „plasticitate comportamentală”, abilitatea de a schimba comportamentul ca răspuns la mediu. Știm că plasticitatea comportamentală este influențată de activitatea genelor din creier, dar nu știm cum funcționează împreună genele din creier pentru a regla aceste diferențe de comportament.

Studiul lui Jones a analizat coloniile de albine conduse fără regină și a studiat comportamentele colective de depunere a ouălor și de hrănire a insectelor, deoarece acestea sunt în general efectuate în beneficiul coloniei, dar dacă se face în mod egoist ar putea deveni dăunătoare coloniei respective. Un stup cu o regină este menținut pe măsură ce regina depune ouă și muncitorii ei furnizează hrană pentru a produce miere. Într-o colonie fără regină, Jones și colegii ei puteau analiza albinele lucrătoare în mod obiectiv, folosind coduri de bare și viziunea computerizată. Algoritmii computerizați de către cercetători au urmărit mii de albine individuale și au dezvăluit modele de activitate genetică în creierul lor așa cum s-a întâmplat de la o zi la alta.

O diferență vizibilă care a atras atenția lui Jones a fost diferența recurentă dintre albinele care au început să caute în absența reginei, în comparație cu omologii lor care au început să se concentreze asupra sarcinii de ouă în stup. Tiparele au fost de fapt atât de consistente încât cercetătorii au reușit să utilizeze algoritmii pentru a prezice cu exactitate dacă una dintre albinele etichetate era un lucrător sau un producător de ouă. Ei au recunoscut, de asemenea, un al treilea grup de albine care s-au implicat în ambele sarcini și care au, de asemenea, propria lor expresie genetică unică.

Am identificat 15 factori de transcripție care au explicat cel mai bine diferențele de comportament la albine. Descoperirile sugerează că schimbările în activitatea unui număr mic de factori de transcripție pot duce la un comportament izbitor de diferit. 

Unii dintre factorii de transcripție pe care i-am identificați ca fiind importanți pentru comportamentul albinelor au fost identificați anterior ca influențând evoluția comportamentului social la alte specii. Descoperirile acestora ar putea arăta cum a apărut conceptul de societate cu ierarhiile sale în alte specii și este posibil să nu fim departe de a cunoaște specificul modului în care modelarea creierului celorlalți a devenit un efort de grup.

 

Mai multe informații : sursa 1 | sursa 2