Τα Οργανα Παραγωγής Μεταξιού των Αραχνών Εξελίχθηκαν Λόγω Γενετικού “Λάθους” 400 Εκατομμυρίων Ετών
Η ικανότητα των αραχνών να υφαίνουν ιστούς μπορεί να είναι μια συνέπεια ενός πραγματικά μεγάλου γενετικού λάθους.
Μια προσεκτική ματιά στη γενετική και την ανάπτυξη των νηματοειδών αδένων – των οργάνων παραγωγής μεταξιού των αραχνών – αποκαλύπτει ότι ένας πρώιμος αραχνίδης διπλασίασε ολόκληρο το DNA του εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στις 14 Ιανουαρίου στο Science Advances, υποδεικνύουν ότι βασικά, διπλασιασμένα γονίδια ήταν υπεύθυνα για την εξέλιξη των νηματοειδών αδένων.
Οι συγκεκριμένες γενετικές αλλαγές πίσω από την εξέλιξη αυτών των “βιολογικών εργοστασίων” που παράγουν μετάξι παρέμεναν αδιευκρίνιστες, λέει ο Shuqiang Li, εξελικτικός βιολόγος ανάπτυξης στο Anhui Normal University στο Wuhu της Κίνας. Μια υπόθεση ήταν ότι οι νηματοειδείς αδένες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί μετά από έναν διπλασιασμό των γονιδίων που καθορίζουν τα άκρα.
Ο Li και η ομάδα του ανέλυσαν ολόκληρα τα γενετικά βιβλία οδηγιών δύο ειδών αραχνών και ενός μαστιγοφόρου σκορπιού, ενός αραχνίδη με νύχια και λεπτή ουρά. Σύγκριναν αυτά τα γονιδιώματα με αυτά άλλων ομάδων αραχνιδών και βρήκαν στοιχεία ότι πριν από περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια, ένας πρώιμος πρόγονος της ομάδας που γέννησε τις αράχνες, τους σκορπιούς και τους μαστιγοφόρους σκορπιούς υπέστη μια μαζική μετάλλαξη που διπλασίασε ολόκληρο το γονιδίωμά του. Αυτό το μοναδικό γεγονός οδήγησε σε επιπλέον αντίγραφα γονιδίων σε όλα τα γονιδιώματα των αραχνιδών.
Ένα ζεύγος γονιδίων είναι το abdominal-A, το οποίο – μέσω μιας σειράς γενετικών και αναπτυξιακών πειραμάτων σε έμβρυα αραχνών – ο Li και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι εμπλέκεται σε μεγάλο βαθμό στον σχηματισμό νηματοειδών αδένων από πρωτο-άκρα. Η απενεργοποίηση του γονιδίου ανάγκασε τα έμβρυα να χάσουν τους νηματοειδείς αδένες τους. Κάθε αντίγραφο γονιδίου φαίνεται να έχει αναπτύξει διαφορετικούς ρόλους μετά τον διπλασιασμό, συνεργαζόμενο για τη δημιουργία νηματοειδών αδένων.
“Η γονιδιωματική εργασία είναι όμορφη”, λέει ο βιολόγος ασπόνδυλων Prashant Sharma στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin–Madison, αλλά δεν πιστεύει ότι η μελέτη έχει αποκλείσει εντελώς μια άλλη εξήγηση για την προέλευση των νηματοειδών αδένων. Άλλα αρθρόποδα, όπως οι θαλάσσιες αράχνες και τα ακάρεα, λείπουν το γονίδιο abdominal-A και έχουν εμφανώς αποκομμένα σώματα με ελλείποντα πίσω μέρη του σώματος. Μπορεί τα γονίδια να διέπουν ολόκληρα τα πίσω τμήματα του σώματος αντί για τους νηματοειδείς αδένες συγκεκριμένα.
Οι ερευνητές μπορεί να έχουν αντ’ αυτού σκοντάψει σε μια γενετική οδό για να φτιάξουν ένα ζώο που μοιάζει με θαλάσσια αράχνη ή ακάρεα, λέει ο Sharma.
Η διπλοποίηση ολόκληρου του γονιδιώματος είναι συχνή στην εξέλιξη των φυτών, αλλά σπανιότερη μεταξύ των ζώων. Η διαδικασία μπορεί να δημιουργήσει μια μαζική άνοδο στην γονιδιωματική ακίνητη περιουσία και ευκαιρία να εξελιχθούν νέες γονιδιακές αλληλεπιδράσεις. Έχει συνδεθεί με σημαντικές εξελικτικές αλλαγές, όπως η ενίσχυση της ποικιλομορφίας των σωματικών σχεδίων των σπονδυλωτών με γνάθους.
“Αυτός ο ισχυρός εξελικτικός μηχανισμός είναι ένα επαναλαμβανόμενο θέμα στη δημιουργία της ζωικής ποικιλομορφίας”, λέει ο Li.