Žurnale "PNAS", išėjo Amerikos mokslų akademijos inauguracinis straipsnis, kuri pateikė naujasis narys, evoliucinis populiacinis biologas -
Michael Lynch. Šis straipsnis įdomus tuo, kad jame įvertinamas žmonių artimos ateities molekulinės ir fenotipinės evoliucijos pobūdis.
Autorius įvertino kokie yra molekulinės evoliucijos greičiai somatinėse ir gametinėse ląstelėse, o taip pat koks jų poveikis fenotipui [Kaip žinia, dauguma mutacijų yra arba neutralios arba neigiamos savo poveikyje organizmo išgyvenimo atžvilgiu]. Jis sudarė
de novo mutacijų, žmonių populiacijoje duomenų bazę, kurioje tos mutacijos buvo susietos su sukeliamos ligomis, bei diferencijuotos pagal savo pobūdį.
Tyrimai parodė, kad mutacijų greitis per kartą, lyginant su kitais gyvūnais, yra labai didelis, tačiau jei skaičiuoti per ląstelių pasidalijimą yra mažiausiai tarp visų ištirtų ir palygintų organizmų. Tyrimas tai pat parodė, kad mutacijų generacija yra neatsitiktinė bazių pakeitimo atžvilgiu. Kur labiau tikėtina A/T sudėtis nei G/C. Tačiau, bendra DNR sudėtis nepasiekia tokios pusiausvyros (A/T sudarytu 0,68 visų nukleotidų), kad joje būtu žymiai daugiau A/T, o tai reiškia, kad šiai generatyviai tendencijai priešinasi natūralioji atranka (t.y. natūralioji atranka balansuoja priešinga kryptimi mutacinį dreifą, kuris tikimybiškai daugiau sugeneruoja A/T bazių). Bendrai, bazių pakeitimo mutacijų dažnis (pakeitimas per nukleotidą per kartą) yra lygus 11,63* 10^(-9) ir 11,22 * 10^(-9), atitinkamai autosominiuose ir X-chromosomos lokusose.
Taip pat, buvo ištirti nukleotidų sekų insercijų ir delecijų dažniai. Šio tipo mutacijų dažniai gerai aprašomi jėgos dėsnio lygtimi (
apie jėgos dėsnio lygties taikymus G-moksluose: Ekologiniai modeliai...), priklausomai nuo deletintos ar insertintos nukleotidų sekos ilgio, pakeliant jį laipsniu (-0,82). Delicijos yra dažnės nei insercijos ir jų dažniai aprašomi atitinkamai
Fd=0,67^L(-0,82) ir
Fi=0,56^L(-0,82) (kur
Fd - delicijų dažnis,
Fi - insercijų dažnis,
L - insertuotos arba deletintos sekos ilgis nukleotidais) -
Inserciju _ir_ deliciju _dazniai.jpg. Pačios insercijos ir delecijos sudaro tiktai apie 6 % nuo bazių pakeitimo mutacijų dažnio. Taip pat, buvo įvertinta intronų mutacinė apkrova, kai vidutiniškai santykio intronų kiekio, padalinus iš koduojančių nukleotidų pakeitimų mutacijų santykis su intronų kiekio per koduojančių nukleotidų kiekį gene yra vidutiniškai lygus 30,8 -
Intronu_mutacine_apkrova.jpg. Taigi, didesnis intronų kiekis gene, padidina splaisingo mutacijų koduojančiuose intervaluose tikimybę.
Apžvelgiamo tyrimo autorius sumuoja šiuos rezultatus ir aiškina jų reikšmė ateities žmonių genetinei sveikatai. Jis pažymi, kad žmonių mutabilumas pasižymi 3 išskirtinėmis savybėmis: 1 aukštas per nukleotidinis mutacijų greitis gametinėse ląstelėse; 2 tolimesnė mutacijų susijusiu su genų struktūra infliacija; 3 didelė somatinių mutacijų našta, dėl vėlyvo lytinio subrendimo (be to somatinėse ląstelėse, kaip minėta straipsnyje yra kelis kart didesnė tikimybė įvykti nukleotido pakeitimo mutacijoms).
Somatinės mutacijos neperduodamos, ir jos galu gale priveda prie kiekvieno konkretaus žmogaus mirties vykstant senėjimui arba dėl vėžio (jei aišku prieš tai žmogus nemirė dėl egzogeninių faktorių). Tuo tarpu, ką šie tyrimai gali pasakyti apie mutacinę apkrovą gametinėms ląstelėms (t.y. ta apkrova kuri perduodama kitoms kartoms)? O gi tai, kad dėka to, kad žmogus per paskutinį šimtmeti, dėka gerai išvystytos medicinos (tai pat žemės ūkio ir kitų technologijų), stipriai sumažino natūraliosios atrankos poveikį žmonėms, tokios neigiamos mutacijos bėgant laikui tiktai kaupsis. Silpnos ir vidutinio pavojingumo ligos susijusios su genetiniais defektais šiuo metu yra lengvai gydomos. Netgi sunkios lygos yra išgydomos. Autorius pvz. pateikia duomenys, kad mirštamumas nuo vėžio nuo 1975 metų sumažėjo 20 %. O pvz. anksčiau įprastas dalykas - naujagimių mirštamumas (tikriausiai seneliai jums pasakojo, kad vienas ar keli jų broliai ar seseris mirė būdami labai jauni), nuo 1500 metų jis sumažėjo 99 % JAV (veikiausiai panašus skaičiai būtu ir kitose išsivysčiusiose valstybėse). Autorius pažymi, kad dauguma sudėtingų požymių turi stiprią paveldimumo komponentę.
Autorius mini, kad esminis evoliucijos proceso bruožas palaikantis integruotą ir sveiką rūšį yra tas, kad generuojantis neigiamoms mutacijoms, bėgant laikui jos yra nufiltruojamos natūraliosios atrankos. Jei tokio filtravimo nėra, tuomet mažėja vidutinis individų prisitaikymo prie aplinkos laipsnis. Neigiami efektai, nepasitelkiant atrankos, galėtu būti slopinami vykdant aplinkos poveikių silpninimas (infekcijų kontorolė, kokybiškesnis gyvenimas - pvz. maistas, šiluma), o taip pat kova su kiekvienu atskiru neigiamu mutacijų pasireiškimu (medicina).
Eksperimentinės studijos su kitais nežmogiškais gyvūnais, parodė, kad relaksavus egzogeninius natūraliosios atrankos faktorius, jų prisitaikymas prie aplinkos krenta po nuo 0,1 iki 1,5 % per kiekvieną sekančią kartą. Kaip parodė, apžvelgiamas tyrimas - žmonių gametinių mutacijų greitis per kartą yra didesnis nei bet kurio kito gerai išstudijuoto gyvūno. Taigi, mums reikia laukti (aišku jis jau vyksta, nuo pačios civilizacijos pradžios) kur kas didesnio prisitaikymo mažėjimo.
Bet koks iš tikrųjų žmonių prisitaikymo mažėjimas? Pagal autoriaus apskaičiavimus, kiekviena gameta turi 38
de novo nukleotidų pakeitimo mutacijas, 3 mažas insercijas arba delecijas, ir vieną splaisingo mutaciją. Tačiau, didžioji žmogaus genomo dalis nėra koduojanti. Užtat tiksliai pasakyti koks tu mutacijų kumuliacinis efektas yra sunku. Bet, pagal autoriaus bendrus vertinimus, apie 4 % visų mutacijų turėtu turėti neigiamą poveikį gametos prisitaikymui. Bendrai priimant, kad delecijos yra daugumoje labai neigiamos o insercijos yra ganėtinai neutralios, autoriaus vertinimais, bendras išsivysčiusių šalių populiacijų prisitaikymas, dėl natūraliosios atrankos slopinimo turėtu mažėti nuo 1 iki 5 % per vieną kartą. Taip pat, egzistuoja tendencija, kad žmogaus aplinkoje atsiranda vis daugiau mutagenų, kas turėtu dar padvigubinti mutacijų dažnį. Taigi, pagal autoriaus apskaičiavimus, per sekančias 6 žmonių kartas (200 metų), prisitaikymas turėtu sumažėti nuo 12 iki 60 %.
Kaip tai pasireikš? Žmonėse, dėl didelio mūsų efektyvaus populiacijos dydžio, žaligos mutacijos nesugebės per trumpus laiko mastelius išplisti po visą žmoniją. Be to, kaip sako empyriniai duomenys ir modeliai, dauguma mutacijų bus mažos išraiškos, bet gausios ir atsitiktinai lokalizuotos skirtinguose genomo regionuose. Todėl, kaip teigia autorius, šiuo atveju netgi nepadėtu eugenika, nes neigiamus efektus sukeliantis genetiniai pakitimai būtu išsklaidyti. Autorius mini, kad jei mes ne pradėsime kontroliuoti neigiamų mutacijų perdavimą per gametas, tuomet visą industrializuotą žmoniją laukia didelės sveikatingumo problemos: morfologiniai išsigimimai, fiziologinė ir neurobiologinė degradacija.
Kaip galimus sprendimus, autorius pateikia - gametų kriogeninis išsaugojimas ateičiai arba neindustrializuotu kraštų žmonių importavimas į industrializuotas šalis. Asmeniškai aš manau, kad ateityje žmonės neturės kitos išeities, kaip apsivaisinti dirbtinai, sukūrus aibę embrionų iš kurių nusekvenavus jų genotipus, būtu atrenkami mažiausiai žalingų mutacijų turintys (arba bent jau ne perdaug jų turėtu būti). Taip pat galimas dalykas, kad vykdyti ne gametų, bet atskirų genų dirbtinę atranką ir vykdyti žmonių inžineriją (vėliau irgi implantavus modifikuotas gametas į gimdą).
Pasakysite, kad tai neetiška, taip imti ir atrinkti kokie mbrionai ar kokie genų rinkiniai gyvens o kokie ne? Bet iš kitos pusės, mes patys save gydidami ir taip didindami blogų genotipų išgyvenamumą, kenkiame ateities žmonių (savo palikuonių) sveikatai. Tai irgi lygiai taip pat neetiška. Toks jau tas medicinininis paradoksas - kuo geriau gydai esamu laiko momentu populiaciją (mažini natūraliąją atranką), tuo blogesnė sveikata bus sekančioje žmonių kartoje. Vienintelis esminis šios problemos sprendimo būdas, industrializuotoje visuomenėje su relaksuota natūraląją atranka, vykdyti dirbtinę arba gametų arba genų atranką (nes vargšų žmonių laikymas be civilizacijos, tam kad juos galėtu veikti natūralioiji atranka, mano manymu irgi nėra etiškas).
Gal būt jūs irgi pastebėjote paraleles tarp somatinio senėjimo (senejimas siauraja prasme) ir žmonyjos "senėjimo" dėka natūraliosios atrankos susilpninimo? Juk čia labai panašus mechanizmai, tiktai tas skirtumas, kad vienu atveju mutacinės apkrovos neatlaiko somatinės ląstelės, o kitu atveju gametinės, kurios duoda pradžia naujiems žmonėms.
Apie molekulinę evoliuciją G-moksluose:Tuataros - gyvosios fosilijos [morfologinė ir molekulinė evoliucija - jos nepriklausomos]
Šiltakraujai dinozaurai, šaltakraujos ožkos bei greita molekulinė pingvinų evoliucija Evoliucija ir ekonomika [Evoliucijos teorija]
Nuorodos: Michael Lynch. Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation. PNAS, Published online before print January 4, 2010 -
Straipsnis "PNAS" žurnale apie žmonių ateities evoliucija ir mutacijų akumuliacijos pasekmes.
The Origin of the Future: Death by Mutation? -
Populiarus straipsnis "Loom" bloge, vedamame Carl Zimmer apie žmonių ateities evoliuciją.
--
AS