«Εξελικτικό σκάνδαλο»: Αυτό το είδος ψαριού επιβιώνει για 100.000 χρόνια χωρίς αρσενικά - Πώς γίνεται

Στα ποτάμια του Μεξικού και του νότιου Τέξας κολυμπά ένα ψάρι που δεν θα έπρεπε να υπάρχει. Στα ζεστά, αργά νερά, κινείται νωχελικά μέσα σε κοπάδια αποκλειστικά θηλυκών, με τα ασημένια λέπια της να περνούν ξυστά από τα αρσενικά στενών συγγενικών ειδών. Εκεί επιλέγει σύντροφο.

Όμως, σε μια ασυνήθιστη εξελικτική ανατροπή, τα γονίδιά του δεν παίζουν κανένα ρόλο στους απογόνους της. Πρόκειται για μια βιολογική «ληστεία», γνωστή ως γυνογένεση, κατά την οποία χρησιμοποιεί το σπέρμα του αρσενικού μόνο για να ενεργοποιήσει την ανάπτυξη του ωαρίου, αλλά στη συνέχεια απορρίπτει γρήγορα το DNA του. Γεννά μόνο θηλυκά, το καθένα κλώνο του εαυτού της.

Όπως σημειώνει το BBC, αυτό το ψάρι είναι η Amazon molly, που πήρε το όνομά της από τη φυλή των γυναικών πολεμιστών της ελληνικής μυθολογίας, και έχει προβληματίσει τους επιστήμονες για σχεδόν έναν αιώνα. Η εξελικτική θεωρία υποστηρίζει ότι τα ασεξουαλικά είδη θα έπρεπε να εξαφανίζονται γρήγορα, καθώς χωρίς εγγενή αναπαραγωγή οι επιβλαβείς μεταλλάξεις συσσωρεύονται στο γονιδίωμά τους με την πάροδο του χρόνου. Όμως αυτό το αποκλειστικά θηλυκό είδος έχει επιβιώσει για περίπου 100.000 χρόνια. Με τα συμβατικά δεδομένα, θα έπρεπε να ήταν μια φευγαλέα παρένθεση στο δέντρο της ζωής. Κι όμως, αυτό το μικρό, ασήμαντο φαινομενικά πλάσμα επιμένει.

Πώς έχει επιβιώσει η Amazon molly όταν η θεωρία λέει ότι θα έπρεπε να έχει προ πολλού εξαφανιστεί; Καθώς μια νέα έρευνα αρχίζει να ξεδιαλύνει αυτό το μυστήριο, οι επιστήμονες διαπιστώνουν ότι τα ασεξουαλικά είδη μπορεί να είναι πιο ανθεκτικά από ό,τι θεωρούνταν - αμφισβητώντας τη μακροχρόνια ιδέα ότι η ζωή χωρίς αναπαραγωγή είναι καταδικασμένη να αποτύχει.

Γιατί το σεξ έχει σημασία

Για να καταλάβουμε γιατί η επιβίωση της Amazon molly χωρίς σεξ είναι τόσο αξιοσημείωτη, βοηθά να δούμε: γιατί υπάρχει το σεξ εξαρχής; «Η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι ένας αρκετά περίεργος και πολύπλοκος τρόπος αναπαραγωγής, σωστά;» λέει ο Έντουαρντ Ρίτσεμαϊερ, υπολογιστικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου στη Γερμανία και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης για την Amazon molly.

Το σεξ είναι δαπανηρό, εξηγεί ο Ρίτσεμαϊερ. Τα άτομα πρέπει να βρουν και να ανταγωνιστούν για σύντροφο και κάθε γονέας συνεισφέρει μόνο το μισό του DNA του. Η αναπαραγωγή είναι συχνά άνιση, με τα θηλυκά πολλών ειδών να επενδύουν πολύ περισσότερη ενέργεια από τα αρσενικά στην παραγωγή, γέννηση ή επώαση και ανατροφή απογόνων. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή, αντίθετα, φαίνεται πολύ καλύτερη επιλογή. Δεν χρειάζεται να βρεις (και να διαχειριστείς) σύντροφο και μεταβιβάζεις το 100% των γονιδίων σου.

Όμως σε όλο το δέντρο της ζωής, το σεξ - η ανάμειξη και ανασυνδυασμός γονιδίων από διαφορετικά άτομα - κυριαρχεί πραγματικά. «Αν δεις τη συνολική εικόνα, είναι 99,9% σεξ», λέει ο Ντέιβ Σπέιγερ, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, ειδικευμένος στην προέλευση της σεξουαλικής αναπαραγωγής.

Ένας λόγος, υποστηρίζει ο Σπέιγερ, είναι ότι το σεξ επιτρέπει στους πληθυσμούς να εξερευνούν τον γενετικό «χώρο των δυνατοτήτων» πιο αποτελεσματικά. Κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, το DNA των δύο γονέων ανακατεύεται μέσω μιας διαδικασίας που λέγεται ανασυνδυασμός, δίνοντας σε κάθε απόγονο έναν μοναδικό συνδυασμό γονιδίων. Είναι σαν να ανακατεύεις και να μοιράζεις μια τράπουλα, κάθε ανακάτεμα δημιουργεί ένα νέο «χέρι» που η εξέλιξη δοκιμάζει. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει συνήθως μεγαλύτερη γενετική ποικιλότητα στα σεξουαλικά είδη.

Το σεξ προσφέρει επίσης προστασία. Χωρίς αυτόν τον γενετικό ανασυνδυασμό, τα γονιδιώματα αντιμετωπίζουν μια αργή απειλή που ονομάζεται «καστάνια του Muller» (Muller’s ratchet). Όταν το DNA αντιγράφεται, λέει ο Σπέιγερ, «πάντα υπάρχουν λάθη». Στα σεξουαλικά είδη αυτά τα λάθη μπορούν να «ξεκαθαριστούν» από την ομάδα γονιδίων, αλλά στα κλωνικά είδη μεταβιβάζονται ξανά και ξανά. Με τον χρόνο, αυτές οι επιβλαβείς μεταλλάξεις συσσωρεύονται σαν «βόλτες» καστάνιας μονής κατεύθυνσης - υποβαθμίζοντας το γονιδίωμα, φορά τη φορά, μέχρι το είδος να εξαφανιστεί.

Σύμφωνα με αυτή την ιδέα, τα ασεξουαλικά είδη θα έπρεπε να είναι βραχύβια και καταδικασμένα σε γενετική αποσύνθεση. Κι όμως, κάποια, όπως η Amazon molly, όχι μόνο επιβιώνουν αλλά και ευημερούν. Ο Σπέιγερ θεωρεί ότι μέρος της σύγχυσης μπορεί να προέρχεται από το πώς ερμηνεύεται η θεωρία. «Το φαινόμενο Muller's ratchet δεν λέει “αν δεν έχεις σεξ, θα οδηγηθείς σε γενετική κατάρρευση”». Αντίθετα, την βλέπει ως μια ευρύτερη περιοριστική συνθήκη για όλα τα έμβια όντα: κάθε σύστημα πρέπει να έχει τρόπο να διαχειρίζεται τα γενετικά «λάθη».

Με αυτή την έννοια, τα μακρόβια ασεξουαλικά είδη δεν παραβιάζουν απαραίτητα τους κανόνες της εξέλιξης, αλλά βρίσκουν εναλλακτικούς τρόπους να τους αντιμετωπίσουν.

Ένα «εξελικτικό σκάνδαλο»

Η Amazon molly δεν είναι μόνη. Σε όλο το ζωικό βασίλειο υπάρχουν ασεξουαλικά πλάσματα που φαίνεται να επιβιώνουν για περισσότερο από όσο θα προέβλεπε η θεωρία, από έντομα που ζουν σε θαμνώδεις περιοχές μέχρι μικροσκοπική μικροπανίδα. Αυτά τα είδη διαφέρουν από τις περιπτώσεις «παρθενικών γεννήσεων» (παρθενογένεση), όπου φίδια ή καρχαρίες σε αιχμαλωσία αναπαράγονται χωρίς αρσενικό. Αυτές δεν είναι μόνιμες εναλλακτικές του σεξ - όταν το επιτρέπουν οι συνθήκες, τα ζώα επιστρέφουν στη σεξουαλική αναπαραγωγή.

Αντίθετα, η Amazon molly ανήκει σε μια αποκλειστικά θηλυκή «λέσχη» ειδών που ζουν χωρίς πατέρες, γενιά τη γενιά. Το πώς αυτά τα μακρόβια ασεξουαλικά είδη αποφεύγουν τη μοίρα που προβλέπει το Muller's ratchet παραμένει αντικείμενο συζήτησης. Μερικά φαίνεται να διατηρούνται γενετικά υγιή για εκατομμύρια χρόνια χωρίς εμφανή «σεξουαλική διάσωση». Ένα παράδειγμα είναι τα βδελλοειδή τροχόζωα. «Έχουν χαρακτηριστεί εξελικτικό σκάνδαλο», λέει η Χιόρα Μποσκέτι, ειδική στα τροχόζωα και λέκτορας ζωολογίας στο Πανεπιστήμιο του Πλίμουθ στο Ηνωμένο Βασίλειο.

Αυτοί οι μικροσκοπικοί οργανισμοί έχουν μέγεθος κόκκου άμμου, αλλά είναι εκπληκτικά πολύπλοκοι, με κεφάλι, πεπτικό σύστημα και δύο μικρά «ποδαράκια». Ζουν σε γλυκά νερά σε όλο τον κόσμο και ανήκουν σε μια μικρή ομάδα που ονομάζεται «αρχαία ασεξουαλικά» - ζώα που υπάρχουν εδώ και εκατομμύρια χρόνια χωρίς σεξουαλική αναπαραγωγή. Στην περίπτωσή τους, δεκάδες εκατομμύρια χρόνια χωρίς αρσενικά. «Ειλικρινά, δεν ξέρουμε πώς έχουν επιβιώσει τόσο πολύ», λέει η Μποσκέτι.

Υπάρχουν όμως ενδείξεις. Μία από τις πιο παράξενες είναι η ικανότητά τους να αποκτούν DNA από το περιβάλλον - μια διαδικασία γνωστή ως οριζόντια μεταφορά γονιδίων. Σε αντίθεση με τα περισσότερα ζώα, που κληρονομούν γονίδια μόνο από τους γονείς τους, τα βδελλοειδή «κλέβουν» γενετικό υλικό από άσχετους οργανισμούς. Για την Μποσκέτι, το πιο εντυπωσιακό δεν είναι αυτό. «Αυτά τα γονίδια που αποκτώνται οριζόντια χρησιμοποιούνται πραγματικά για επιβίωση», λέει.

Κάποια σχετίζονται με αντοχή στην αφυδάτωση, άλλα με άμυνα απέναντι σε παθογόνα. Μπορούν να αντέξουν ακραίες συνθήκες, ακόμη και διαστημικές πτήσεις ή κατάψυξη για 24.000 χρόνια σε σιβηρικό μόνιμο πάγο. Όμως δεν είναι σαφές αν αυτή η «κλοπή DNA» αντικαθιστά πλήρως τον γενετικό ανασυνδυασμότου σεξ.  «Πιθανότατα πράγματι δημιουργεί γενετική ποικιλότητα», λέει η Μποσκέτι, «αλλά το κατά πόσο τα γονίδια που αποκτήθηκαν μέσω οριζόντιας μεταφοράς συμβάλλουν στην ασεξουαλική αναπαραγωγή δεν είναι ακόμη απολύτως σαφές».

Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων από μόνη της πιθανότατα δεν εξηγεί ολόκληρη την εικόνα. Η Μποσκέτι πιστεύει ότι τα βδελλοειδή τροχόζωα ίσως βασίζονται σε ένα «μωσαϊκό» μηχανισμών για να κρατούν υπό έλεγχο τις επιβλαβείς μεταλλάξεις. Παρ' όλα αυτά, έπειτα από δεκαετίες μελέτης, παραμένουν κατά κάποιον τρόπο ένα εξελικτικό «μαύρο κουτί», όπως λέει η ίδια. Μέχρι πρόσφατα, το μυστικό της μακροζωίας της Amazon molly ήταν εξίσου μυστηριώδες. Τώρα, όμως, μια νέα μελέτη έριξε φως στο πώς ακριβώς αυτό το ψάρι καταφέρνει να επιβιώνει και να ευημερεί.

Ένα σύστημα «αντιγραφής και επικόλλησης»

«Στη θεωρία έλειπε ένα κομμάτι», λέει ο Ρίτσεμαϊερ. «Και αυτό το κομμάτι ήταν η γονιδιακή μετατροπή». Η γονιδιακή μετατροπή είναι ένας μηχανισμός επιδιόρθωσης DNA και δεν είναι μοναδικός στην Amazon molly. Υπάρχει και στους ανθρώπους.

Στα σεξουαλικά είδη όπως ο άνθρωπος, κάθε άτομο έχει συνήθως δύο αντίγραφα των περισσότερων γονιδίων - ένα από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα. Όταν το DNA υποστεί βλάβη, για παράδειγμα από υπεριώδη ακτινοβολία, το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει το ένα αντίγραφο ως πρότυπο για να διορθώσει το άλλο. Αυτό ονομάζεται γονιδιακή μετατροπή και μοιάζει με μηχανισμό «αντιγραφής και επικόλλησης». Στην Amazon molly όμως, φαίνεται να παίζει πολύ πιο κεντρικό ρόλο στη διατήρηση του γονιδιώματός της. Οι ερευνητές, με ανάλυση ολόκληρου γονιδιώματος, παρατήρησαν ότι τμήματα του DNA της «ξαναγράφονται» επανειλημμένα, όχι μέσω σεξουαλικού ανασυνδυασμού, αλλά μέσω αυξημένης γονιδιακής μετατροπής.

Για να κατανοηθεί πώς ένα ασεξουαλικό είδος μπορεί να το κάνει αυτό, πρέπει να δούμε την προέλευσή του. Η Amazon molly προήλθε από ένα τυχαίο υβριδικό γεγονός πριν από περίπου 100.000 χρόνια, όταν ένα θηλυκό Atlantic molly ζευγάρωσε με ένα αρσενικό Ποετσίλια η ιστιοφόρος.

Σε αντίθεση με τα περισσότερα υβρίδια (όπως μουλάρια ή τιγρολέοντες), οι απόγονοι δεν ήταν στείροι. Αντίθετα, δημιουργήθηκε μια γραμμή που αναπαράγεται χωρίς σεξ. Έτσι, κάθε Amazon molly φέρει γενετικό υλικό από δύο προγονικά είδη, κάτι που της δίνει υψηλή γενετική παραλλαγή εξαρχής. Αυτό πιθανότατα είναι το κλειδί για την ικανότητά της να πραγματοποιεί εκτεταμένη γονιδιακή μετατροπή.

Το ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η διαδικασία φαίνεται να συμβαίνει πιο συχνά σε ορισμένα σημεία του γονιδιώματος. «Οι τύποι μεταλλάξεων που θεωρείς πιο επικίνδυνους είναι ακριβώς εκεί όπου βλέπουμε τη γονιδιακή μετατροπή να συμβαίνει πιο συχνά», λέει ο Ρίτσεμαϊερ. Το αποτέλεσμα είναι ένα είδος που διατηρεί εξαιρετική γενετική υγεία παρά τα 100.000 χρόνια χωρίς σεξ.

Μπορεί να ωφεληθεί από αυτό ο άνθρωπος;

Τα ευρήματα αυτής της ανακάλυψης επεκτείνονται πέρα από την Amazon molly. Η κατανόηση εναλλακτικών τρόπων διαχείρισης γενετικών λαθών μπορεί να έχει σημασία και για την ανθρώπινη βιολογία. «Ο καρκίνος είναι ασθένεια μεταλλάξεων», λέει ο Ρίτσεμαϊερ. Αν και τονίζει ότι δεν πρέπει να υπερερμηνεύονται τα αποτελέσματα, θεωρεί ότι κάθε γνώση για τις μεταλλάξεις και τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης είναι σημαντική μακροπρόθεσμα. Όσο για άλλα μακρόβια ασεξουαλικά είδη, πιστεύει ότι η γονιδιακή μετατροπή πιθανότατα παίζει ρόλο και σε αυτά.

Το αν η Amazon molly έχει βρει πραγματικά μια σταθερή εναλλακτική του σεξ παραμένει ανοιχτό ερώτημα. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν πόσο καιρό μπορεί ακόμη να την προστατεύει αυτή η διαδικασία από τν Muller's ratchet. Όμως, για ένα ψάρι που σύμφωνα με τη θεωρία δεν θα έπρεπε να υπάρχει, η εικόνα της γενετικής του υγείας είναι εκπληκτικά ισχυρή. «Πιστεύαμε ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή ήταν ο μόνος σωστός τρόπος να διατηρείται ένα γονιδίωμα υγιές… αλλά τώρα ανακαλύψαμε ότι όχι, υπάρχει και άλλος τρόπος», λέει ο Ρίτσεμαϊερ. «Υπάρχει μια διαφορετική διαδρομή προς το ίδιο αποτέλεσμα».