Οι επιστήμονες του Πολυτεχνείου της Λωζάνης (EPFL) έχουν ανακαλύψει τον μηχανισμό εκείνο που καθορίζει την μορφή που παίρνουν πολλά ζώα–συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπων, των μπλε φαλαινών και των εντόμων. Γιατί άραγε τα χέρια μας δεν μεγαλώνουν στο μέσο του σώματός μας; Η ερώτηση δεν είναι τόσο ασήμαντη όσο ακούγεται.
Οι σπόνδυλοι, τα μέλη, τα πλευρά και ο κόκκυγας….μόνο σε δύο μέρες όλα αυτά τα στοιχεία σχηματίζονται σε ένα έμβρυο, στην σωστή τους θέση και με την ακρίβεια ενός Ελβετικού ρολογιού. Οι βιολόγοι, κινούμενοι από περιέργεια για την καταπληκτική αξιοπιστία αυτού του μηχανισμού αναρωτιόντουσαν πολύ καιρό πώς λειτουργεί. Τώρα, οι ερευνητές του EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) και το Πανεπιστήμιο της Γενεύης έχουν λύσει αυτό το μυστήριο. Η ανακάλυψή τους δημοσιεύτηκε σε ένα Επιστημονικό περιοδικό στις 13 Οκτωβρίου, 2011.
Το έμβρυο «χτίζεται» κατά στρώσεις, μία την κάθε φορά: Στην διάρκεια της ανάπτυξης ενός εμβρύου καθετί συμβαίνει μία συγκεκριμένη στιγμή. Σε περίπου 48 ώρες, θα μεγαλώσει από την κορυφή έως τη βάση, μία στρώση (φέτα) κάθε φορά–οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό το στάδιο η κατάτμηση του εμβρύου. «Είμαστε φτιαγμένοι από τριάντα περίεργες οριζόντιες στρώσεις,» εξηγεί ο Denis Duboule, καθηγητής στο EPFL και στην Unige. «Αυτές οι στρώσεις ανταποκρίνονται λίγο ή πολύ στον αριθμό των σπονδύλων που έχουμε.»
Κάθε μία και μισή ώρα, ένα
καινούργιο τμήμα χτίζεται. Τα γονίδια που αντιστοιχούν στους αυχενικούς,
θωρακικούς, οσφυϊκούς σπονδύλους και στον κόκκυγα ενεργοποιούνται την
κατάλληλη στιγμή το ένα μετά το άλλο.
Το DNA συμπεριφέρεται σαν ένας μηχανισμός ρολογιού: Πολύ συγκεκριμένα γονίδια, γνωστά σαν «Hox» εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία και είναι υπεύθυνα για τον σχηματισμό των μελών και της σπονδυλικής στήλης. Αυτά έχουν ένα καταπληκτικό χαρακτηριστικό. «Τα γονίδια Hox τοποθετούνται το ένα ακριβώς μετά το άλλο στην αλυσίδα του DNA, σε τέσσερεις ομάδες. Πρώτα ο αυχένας, μετά ο θώρακας, μετά ο οσφυακός της μέσης, κ.ο.κ.» εξηγεί ο Duboule. «Η μοναδική αυτή διάταξη έπρεπε αδιαμφισβήτητα να παίζει έναν ρόλο.»«Αν το χρονοδιάγραμμα αυτό δεν ακολουθηθεί πιστά, θα καταλήξει κάποιος να έχει τα πλευρά του να βγαίνουν από τους οσφυϊκούς σπονδύλους του,» λέει αστειευόμενος ο Duboule. Πώς τα γονίδια γνωρίζουν πότε να ενεργοποιηθούν για μία πράξη με έναν τέλεια συγχρονισμένο τρόπο; «Θεωρούμε πως το DNA παίζει έναν ρόλο σαν ένα ρολόι. Αλλά δεν καταλαβαίναμε πώς γινόταν αυτό.»
Η διαδικασία είναι απίστευτα απλή. Κατά τη διάρκεια των πρώτων στιγμών του εμβρύου, τα γονίδια Hox είναι αδρανή, στοιβαγμένα σαν ένα καρούλι νήματος πάνω στο DNA. Όταν έρθει η κατάλληλη στιγμή, το νήμα αρχίζει να ξετυλίγεται. Όταν το έμβρυο αρχίζει να σχηματίζεται από το άνω επίπεδo, τα γονίδια που εμπεριέχουν τις πληροφορίες για τον σχηματισμό των αυχενικών σπονδύλων ξετυλίγονται από το καρούλι και ενεργοποιούνται. Μετά είναι η σειρά των θωρακικών σπονδύλων και επαναλαμβάνεται η διαδικασία προς τα κάτω μέχρι τον κόκκυγα. Η αλυσίδα του DNA συμπεριφέρεται αρκετά σαν τις παλιές διάτρητες καρτέλες που χρησιμοποιούσαν οι υπολογιστές, οι οποίες μετέφεραν συγκεκριμένες πληροφορίες καθώς προχωρούσαν σταδιακά μέσα στο μηχάνημα.
«Ένα καινούργιο γονίδιο βγαίνει έξω από το καρούλι κάθε ενενήντα λεπτά, το οποίο αντιστοιχεί στο χρόνο που χρειάζεται για να χτιστεί μία νέα στρώση στο έμβρυο,» εξηγεί ο Duboule. «Χρειάζονται δύο μέρες για κάθε αλυσίδα για να ξετυλιχθεί εντελώς· αυτό το διάστημα είναι το ίδιο ακριβώς που χρειάζονται όλες οι στρώσεις ώστε να ολοκληρωθεί το έμβρυο.» Αυτό το σύστημα είναι το πρώτο «μηχανικό» ρολόι που έχει ανακαλυφθεί ποτέ στον τομέα της γενετικής. Και εξηγεί γιατί το σύστημα είναι τόσο απίστευτα ακριβές.Αυτή η ανακάλυψη είναι το αποτέλεσμα πολλών ετών έρευνας. Υπό την καθοδήγηση του Duboule και του Daniël Noordermeer, η ομάδα ανέλυσε χιλιάδες καρούλια με τα γονίδια Hox. Με τη βοήθεια του Ελβετικού Ινστιτούτου της Bioinformatics, οι επιστήμονες ήταν ικανοί να συγκεντρώσουν τεράστιο αριθμό πληροφοριών και μοντέλων σχετικών με τη δομή τους και πώς αυτά ξετυλίγονται όταν περνάει ο χρόνος.
Το φίδι είναι μία πραγματική σπονδυλική γραμμή συναρμολόγησης. Την
διαδικασία αυτή που ανακάλυψε το EPFL την μοιράζονται πάρα πολλοί
ζωντανοί οργανισμοί, από τους ανθρώπους μέχρι μερικά είδη σκουληκιών,
από τις μπλε φάλαινες μέχρι και τα έντομα. Η δομή αυτών των ζώων–η
κατανομή των σπονδύλων τους, των άκρων τους και των άλλων μερών τους
κατά μήκος του σώματός τους–είναι καταγεγραμμένη σαν μία παρτιτούρα
μουσικής που αποτυπώνει την σειρά των γονιδίων Hox κατά μήκος της
αλυσίδας του DNA.
“Το ρολόι των Hox ήταν ένα παράδειγμα για την εκπληκτική περιπλοκότητα της εξέλιξης. Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό αυτού του μηχανισμού είναι η καθολική σταθερότητά του,” εξηγεί ο Duboule. Τα κιρκαδιανά ρολόγια ή αυτά της έμμηνου ρύσεως βασίζονται σε πολύπλοκη χημεία. Έτσι, μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα, αλλά γενικότερα δεν είναι αρκετά ασαφή. Ο μηχανισμός που ανακαλύψαμε πρέπει να είναι απείρως πιο σταθερός και ακριβής. Ακόμα και η μικρότερη αλλαγή θα οδηγούσε στη δημιουργία νέων ειδών.”
terrapapers.com
ntokoumentagr.blogspot.gr
