Ο λόγος για τον οποίο, οι άνθρωποι έχουν δάχτυλα σήμερα, μπορεί να οφείλεται στην… κλοάκη ενός ψαριού. Νέα έρευνα για την προέλευση της ανάπτυξης των δαχτύλων δείχνει ότι ο γενετικός διακόπτης που ελέγχει τη δημιουργία δαχτύλων στα χέρια και τα πόδια ξεκίνησε από τον σχηματισμό της κλοάκης των ψαριών, πριν από 380 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτό αποτελεί ένα εξαιρετικό παράδειγμα της αρχής της φύσης «τίποτα δεν πάει χαμένο»: γιατί να δημιουργήσεις νέα γενετικά εργαλεία από το μηδέν, όταν τα υπάρχοντα μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για τον ίδιο σκοπό;
«Το ότι εμπλέκονται αυτά τα γονίδια είναι ένα εκπληκτικό παράδειγμα του πώς η εξέλιξη είναι εφευρετική: παίρνει κάτι παλιό για να δημιουργήσει κάτι νέο», λέει ο γενετιστής ανάπτυξης Denis Duboule από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης στην Ελβετία. «Αντί να δημιουργήσει ένα νέο ρυθμιστικό σύστημα για τα δάχτυλα, η φύση επαναχρησιμοποίησε έναν υπάρχοντα μηχανισμό, αρχικά ενεργό στην κλοάκη ».
Το πώς τα τετράποδα, δηλαδή τα ζώα με τέσσερα άκρα, απέκτησαν δάχτυλα εξελισσόμενα από τους προγόνους τους, τα ψάρια, είναι ένα ερώτημα που βασανίζει τους επιστήμονες εδώ και χρόνια. Μία σχολή σκέψης προτείνει ότι τα δάχτυλα προήλθαν από πτερύγια, αλλά δεν είναι η μόνη πιθανή εξήγηση για τα άκρα μας.
Η ανάπτυξη των δαχτύλων των τετραπόδων κωδικοποιείται σε γονίδια που ονομάζονται Hoxd, τα οποία αποτελούν μέρος ενός ευρέος ρυθμιστικού τοπίου. Η ομάδα ερευνητών από τις ΗΠΑ και την Ελβετία συνέκρινε τα γονιδιώματα ψαριών και ποντικών, εστιάζοντας ειδικά τις περιοχές δίπλα στα γονίδια Hoxd που περιέχουν τους γενετικούς «διακόπτες» που τα ελέγχουν.
To ψάρι – ζέβρα, δεν έχει δάχτυλα ενώ δεν έχει ορισμένα από τα γονίδια Hoxd, ανακάλυψαν οι ερευνητές. Ωστόσο, εξακολουθούν να διαθέτουν το ρυθμιστικό γενετικό τοπίο κοντά στα υπόλοιπα γονίδια Hox με τους αντίστοιχους γενετικούς «διακόπτες».
Αυτό έθεσε το ερώτημα σχετικά με την αρχική λειτουργία αυτού του γενετικού τοπίου.
Έτσι, οι ερευνητές «σημάδεψαν» με φθορίζοντες δείκτες ορισμένους από αυτούς τους γενετικούς «διακόπτες» τόσο σε έμβρυα ποντικών όσο και σε ψάρια – ζέβρες, για να φωτιστούν οι ιστοί που εκφράζουν τα γονίδια. Στα έμβρυα των ποντικών, οι διακόπτες φώτισαν τα δάχτυλα, ενώ στα ψάρια-ζέβρες φώτισαν την κλοάκη.
Το επόμενο βήμα, ήταν να ανακαλύψουν τι θα γινόταν αν αφαιρούσαν αυτά τα στοιχεία χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CRISPR-Cas9 – και για άλλη μια φορά, τα αποτελέσματα ήταν πολύ ξεκάθαρα. Στα ποντίκια όπου είχε διαγραφεί η ρυθμιστική περιοχή, τα δάχτυλα στα χέρια και τα πόδια δεν αναπτύχθηκαν σωστά.
Στο ψάρι – ζέβρα, ήταν η κλοάκη που δεν διαμορφώθηκε όπως αναμενόταν – όχι τα πτερύγια του.
Τα αποτελέσματα, σύμφωνα με τους ερευνητές, υποδηλώνουν ότι, ο αρχικός σκοπός του ρυθμιστικού συστήματος, ήταν να βοηθά στην ανάπτυξη της κλοάκης των ψαριών, του πολλαπλών χρήσεων στομίου που χρησιμοποιείται για την απέκκριση και την αναπαραγωγή.
Η έρευνα δείχνει ότι, καθώς τα τετράποδα εξελίσσονταν από τους υδρόβιους προγόνους τους, το συγκεκριμένο γενετικό πλαίσιο απέκτησε μια νέα χρήση.
«Το κοινό χαρακτηριστικό ανάμεσα στην κλοάκη και τα δάχτυλα, είναι πως και τα δύο είναι απολήξεις», εξηγεί η γενετίστρια Aurélie Hintermann, η οποία την περίοδο της μελέτης εργαζόταν στο πανεπιστήμιο της Γενεύης και τώρα, δουλεύει στο ινστιτούτο Stowers στις ΗΠΑ.
«Μερικές φορές αποτελούν το τελικό τμήμα σωλήνων του πεπτικού συστήματος και κάποιες φορές το τελικό τμήμα των χεριών και των ποδιών, δηλαδή τα δάχτυλα. Και στις δύο περιπτώσεις πρόκειται για το τέλος ενός μέρους». Βεβαίως, πρέπει να γίνει περισσότερη έρευνα για να εξερευνηθεί αυτή η σύνδεση, καθώς και άλλα πράγματα που μπορεί να έχουν αλλάξει κατά την πορεία της εξέλιξης της ζωής στη Γη.
Η μελέτη έχει δημοσιευτεί στο Nature.