Z nowego badania opublikowanego w Science Advances wynika, że około 400 milionów lat temu nastąpiła całkowita duplikacja genomu, co mogło napędzać ewolucję gruczołów pajęczynówkowych. Sugeruje to, że jedno z najbardziej niesamowitych narzędzi biologicznych natury powstało w wyniku ogromnego wypadku genetycznego.
Losowe pochodzenie brodawek pajęczych
Przez lata naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób pająki wyewoluowały złożone struktury zwane brodawkami pajęczynówkowymi, które wytwarzają niezwykle mocne i wszechstronne sieci, których używają do tworzenia sieci, polowań i reprodukcji. Wiodąca teoria sugerowała, że narządy te powstały w wyniku modyfikacji istniejących genów determinujących wzór kończyn. Jednakże podstawowe mechanizmy genetyczne pozostały niejasne.
Naukowcy pod kierownictwem Shuqianga Li z Anhui Normal University w Chinach przeanalizowali genomy dwóch gatunków pająków i skorpionów, porównując je z innymi krewnymi pajęczaków. Wyniki wykazały, że starożytny przodek pająków, skorpionów i skorpionów doświadczył całkowitego podwojenia swojego genomu. Oznaczało to, że każdy gen został skopiowany, tworząc ogromny zastrzyk materiału genetycznego.
Rola genów Brzuch-A
W badaniu zidentyfikowano specyficzną parę genów brzuch-A, która ma kluczowe znaczenie dla rozwoju brodawek pajęczynówek. Eksperymenty na zarodkach pająków wykazały, że wyłączenie tych genów spowodowało powstanie embrionów bez brodawek pająków.
„Wygląda na to, że po duplikacji zduplikowane geny nabyły różne funkcje” – wyjaśnił Li. „Wspólnie tworzą wyspecjalizowane brodawki pajęczynówki, które widzimy dzisiaj”. Sugeruje to, że początkowa duplikacja nie była jedynie przypadkowym zdarzeniem, ale kluczowym krokiem w kształtowaniu ewolucji pająków.
Dlaczego podwojenie genomu ma znaczenie
Duplikacja genomu jest powszechna w ewolucji roślin, ale stosunkowo rzadka u zwierząt. Kiedy tak się dzieje, stwarza to możliwości dla nowych interakcji genów i znaczących zmian ewolucyjnych. Powiązano to ze zróżnicowaniem kręgowców szczękowych i może wyjaśniać, dlaczego u pająków rozwinęły się gruczoły pajęczynówkowe.
Prashant Sharma, biolog z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, zauważa, że chociaż badanie jest „cudowne”, nie wyklucza całkowicie alternatywnych wyjaśnień. Niektóre stawonogi nie mają genu brzuchowego-A, ale mimo to mają skrócone ciała, co sugeruje, że gen ten może kontrolować nie tylko rozwój brodawek pajęczynówek.
„Naukowcy mogli natknąć się na ścieżkę genetyczną prowadzącą do stworzenia zwierzęcia podobnego do pająka morskiego lub roztocza” – mówi Sharma.
Pomimo tej niepewności Lee podkreśla, że duplikacja genomu jest powtarzającym się czynnikiem decydującym o różnorodności zwierząt. To przypadkowe zdarzenie genetyczne mogło być katalizatorem jednej z najbardziej fascynujących adaptacji natury.
Badanie podkreśla, jak poważne zmiany ewolucyjne mogą wynikać z nieoczekiwanych błędów genetycznych, zamieniając przypadek w adaptacje na przestrzeni milionów lat. Pochodzenie pajęczej sieci jest doskonałym przykładem zderzenia przypadku i możliwości w historii życia na Ziemi.
