Jaunākajās Galapagu salu arhipelāga salās savvaļas tomāti pārraksta evolūcijas likumus, atjaunojot senu ķīmisko aizsardzību, kas izmira pirms miljoniem gadu.Starptautiska zinātnieku grupa ir atklājusi, ka daži savvaļas tomātu veidi jaunākajās arhipelāga salās atjauno senu ķīmisko aizsardzību, kas izmira pirms miljoniem gadu.
Saturs
Uz karstajām lavas virsmām rietumu Galapagu salās, kur vējš pūš pāri gandrīz izsīkušajai augsnei un ainava atgādina citu planētu, aug tomāti, kas izaicina iedibinātos evolūcijas likumus. Tā vietā, lai pielāgotos modernākām vai sarežģītākām formām, šie augi apgriež savu evolūcijas ceļu, atjaunojot īpašības, kas tika uzskatītas par neatgriezeniski zaudētām.
Par to liecina jauns pētījums, kas publicēts žurnālā Nature Communications un ko vadīja zinātnieku grupa no Kalifornijas Universitātes Riversaidā un Veicmana institūta Izraēlā. Šis atklājums ir mulsinājis evolūcijas biologus: pirmo reizi augu “reversās evolūcijas” gadījums ir dokumentēts ar ķīmisko un ģenētisko precizitāti – koncepcija, kas līdz šim tika uzskatīta par ārkārtīgi retu un grūti pārbaudāmu.
Šie augi nevis vienkārši mutē nejauši, bet gan, gluži pretēji, ar pārsteidzošu precizitāti atdzīvina senu bioķīmisko mehānismu, kas ļauj tiem ražot toksiskus savienojumus, kuri vairs nav sastopami to mūsdienu radiniekiem. Citiem vārdiem sakot, tie atdzīvina senu molekulāro vairogu, kas miljoniem gadu bija paslēpts to DNS.
Pirmskvēlo ķīmiskā aizsardzība
Pētījums koncentrējas uz divām savvaļas tomātu sugām: Solanum cheesmaniae un Solanum galapagense , kas ir Dienvidamerikas augu pēcteči, kuri, visticamāk, uz salām nokļuva kopā ar putniem. Zinātnieki analizēja vairāk nekā piecdesmit paraugus, kas tika savākti no dažādām arhipelāga salām. Negaidīta likumsakarība tika atklāta jaunākajās un vulkāniski aktīvākajās salās, piemēram, Fernandīnā un Isabellā.
Tomāti šajās salās ne tikai ražoja alkaloīdus — rūgtus savienojumus, kas darbojas kā dabīgi pesticīdi, — bet arī to arhaisku versiju, kas ir ļoti līdzīga tām, kas atrodamas baklažānos, kas senos laikos tomātos netika novērota. Atšķirībā no tā, vecākajās, stabilākajās austrumu salās augi turpināja ražot mūsdienu versijas, kas izplatītas mūsdienu kultūrās.
Šī izmaiņa nav triviāla. Atminējuma atslēga slēpjas stereokīmijā: lai gan “senie” un “mūsdienu” alkaloīdi sastāv no vieniem un tiem pašiem atomiem, to trīsdimensiju struktūra ir atšķirīga, kas pilnībā maina to bioloģisko uzvedību. Šī konfigurācija ir līdzīga ķīmiskai slēdzenei: pietiek ar minimālu izmaiņu, lai mainītu tās darbību organismā.
Tikai četras aminoskābes mainīja visu.
Lai saprastu, kā šie augi panāca šo transformāciju, zinātnieki identificēja fermentu, kas atbildīgs par alkaloīdu galīgo salikšanu. Pats pārsteidzošākais atklājums bija tas, ka, lai atjaunotu tā funkciju un atgrieztos pie sākotnējās versijas, bija nepieciešamas tikai četras izmaiņas šī fermenta aminoskābju ķēdē. Pateicoties šai mutācijai, augi atkal ieguva spēju sintēzēt “priekšvēsturiskos” savienojumus.
Pētnieki pat sintēzēja šos modificētos gēnus laboratorijas apstākļos un ievadīja tos tabakas augos, kuri sāka ražot senos alkaloīdus. Pierādījumi bija neapgāžami: tas nav sakritība vai vienkārša spontāna mutācija, bet gan funkcionāla un strukturēta atgriešanās pie aizmirstā bioķīmiskā ceļa.
Šī fenomena ģeogrāfiskā izplatība arī norāda uz ekoloģisku cēloni. Rietumu salas, kas ir jaunas un pakļautas ekstremāliem apstākļiem, acīmredzot piedzīvo citādu evolūcijas spiedienu, kur agresīvāku aizsardzības mehānismu atjaunošanās var kļūt par izšķirošu priekšrocību. Šajā kontekstā dabiskā atlase nevirza uz priekšu, bet drīzāk atjauno pagātnē pieņemtus risinājumus.
Unikāls gadījums.. vai ieskats tajā, kas mūs gaida?
“Atgriezeniskās evolūcijas” koncepcija vienmēr ir izraisījusi skepsi . Klasiskā teorija apgalvo, ka pēc pazīmes zaudēšanas tās atkārtota parādīšanās ar to pašu ģenētisko ceļu ir ārkārtīgi maz ticama. Tomēr šis pētījums parāda, ka tas ir ne tikai iespējams, bet var notikt precīzi, konsekventi un veselas populācijās.
Konkrēti gadījumi ir aprakstīti jau iepriekš, piemēram, čūskas, kurām ataug rudimentāras kājas, vai baktērijas, kas reaktivizē senus gēnus. Taču nekad ar tādu ķīmiskās detalizācijas līmeni un attiecībā uz augu, kas ir nozīmīgs pasaules pārtikas resursu ziņā. Tomāti ir viens no visvairāk patērētajiem produktiem uz planētas.
Šis atklājums ne tikai pārraksta augu evolūcijas mācību grāmatas, bet arī paver jaunas iespējas ģenētiskajā inženierijā. Ja pietiek ar tikai dažām aminoskābju modifikācijām, lai pārveidotu bioķīmisko ceļu, mēs varēsim radīt kultūras, kas ir izturīgākas pret kaitēkļiem, drošākas lietošanai pārtikā vai pat piemērotas ārstnieciskām vajadzībām. Bet vispirms, kā brīdina grupa, ir svarīgi saprast, kā to dara daba.
Pagātne, kas nevēlas pazust
Galu galā šis atklājums uzsver svarīgu ideju: evolūcija nav taisna līnija uz „progresu”. Tā ir sarežģīta deja, kustība uz priekšu un atpakaļ, kurā kustība uz priekšu dažkārt nozīmē atskatīšanos uz pagātni. Gēns glabā atmiņu par pagātnes lēmumiem, kas ir gatavi parādīties, kad to prasa apstākļi.
Tas, ka tas notika tālu un gandrīz neskartajos Galapagu salās, nav nejaušība. Šī dabas laboratorija, kas reiz iedvesmoja Darvinu, turpina mums sniegt dziļas atziņas par dzīves elastīgumu. Un, iespējams, kā liecina pētījums, tas, ko mēs redzam šajos tomātos, var būt tikai viens no piemēriem plašākam fenomenam, kas var skart pat mūsu pašu sugu, ja apstākļi uz planētas būtiski mainīsies.
