با DNA تاریک آشنا شوید؛ ژنی مخفی که می تواند تصورات ما در مورد تکامل را تغییر دهد
فناوری تعیین توالی دی‌ان‌ای به دانشمندان کمک می کند تا به پرسش های بسیاری که مدت ها است انسان ها در مورد حیوانات دارند پاسخ داده شود. امروزه ما با درک بهتر ژنوم حیوانات، می توانیم بهتر متوجه شویم که زرافه ها چگونه صاحب گردن های بسیار بلند شده اند و چرا طول مارها تا این اندازه زیاد است. تشخیص توالی ژنوم ها به ما اجازه می دهد که دی‌ان‌ای حیوانات مختلف را با یکدیگر مقایسه کرده و متوجه شویم که چگونه هر کدام از آن ها به شکل های ویژه ای تکامل یافته اند.
گویا آی تی – فناوری تعیین توالی دی‌ان‌ای به دانشمندان کمک می کند تا به پرسش های بسیاری که مدت ها است انسان ها در مورد حیوانات دارند پاسخ داده شود. امروزه ما با درک بهتر ژنوم حیوانات، می توانیم بهتر متوجه شویم که زرافه ها چگونه صاحب گردن های بسیار بلند شده اند و چرا طول مارها تا این اندازه زیاد است. تشخیص توالی ژنوم ها به ما اجازه می دهد که دی‌ان‌ای حیوانات مختلف را با یکدیگر مقایسه کرده و متوجه شویم که چگونه هر کدام از آن ها به شکل های ویژه ای تکامل یافته اند.
اما در برخی موارد با معماهایی مواجه می شویم. به نظر می رسد که در ژنوم برخی از حیوانات، جای ژن های مشخصی خالی باشد، ژن هایی که در گونه های مشابه وجود دارند و برای زنده نگاه داشتن جانوران ضروری هستند. این ژن های مشخص گمشده “دی‌ان‌ای تاریک” نامیده شده اند. و وجود این ژن ها می تواند تصورات ما در مورد تکامل حیوانات را کاملا تغییر دهد.
من و همراهانم نخستین بار زمانی با این پدیده مواجه شدیم که در حال تعیین توالی ژنوم موش صحرایی (Psammomys obesus) بودیم، گونه ای از موش ها که در بیابان ها زندگی می کنند. به طور دقیق تر ما می خواستیم ژن هایی از موش صحرایی را مورد مطالعه قرار دهیم که با تولید انسولین در ارتباط هستند، و از این طریق متوجه شویم که چرا این جانور به طور ویژه ای در معرض ابتلا به دیابت نوع ۲ قرار دارد.
اما زمانی که ژنی به نام Pdx1 را جست و جو می کردیم که ترشح انسولین را کنترل می کند، متوجه شدیم که این ژن به همراه ۸۷ ژن دیگر در اطراف در ژنوم این حیوان وجود نداشتند. برخی از این ژن های گمشده، شامل Pdx1، بسیار حیاتی بوده و بدون آن یک حیوان نمی تواند زنده بماند. پس این ژن ها کجا هستند؟
اولین سرنخ آن بود که در چند نوع از بافت های بدن موش صحرایی، مواد شیمیایی پیدا کردیم که دستورهای صادر شده از ژن های گمشده باعث ساخت و تولید این مواد می شوند. چنین اتفاقی تنها در صورتی امکان پذیر است که این ژن ها در جایی از ژنوم وجود داشته باشند، و مشخص شود که در واقع گمشده نیستند، بلکه حضوری پنهانی دارند.
رشته های دی‌ان‌ای این ژن ها از مولکول های G و C بسیار غنی هستند، دو نوع از مولکول های “پایه” ای که دی‌ان‌ای را تشکیل می دهند.
ما میدانیم که رشته های غنی از GC برای برخی از فناوری های تعیین توالی دی‌ان‌ای مشکلاتی ایجاد می کنند. بنابراین احتمال دارد که ژن هایی که به دنبال آن ها هستیم وجود داشته باشند، و تنها تشخیص آن ها برای ما دشوار باشد. به همین دلیل، ما رشته های مخفی را “دی‌ان‌ای تاریک” می نامیم، مشابه ماده تاریک، که تصور می کنیم ۲۵ درصد از دنیا را تشکیل داده است، اما هنوز نتوانسته ایم آن را شناسایی کنیم.
با مطالعه بیشتر ژنوم موش صحرایی، ما متوجه شدیم که بخشی از آن بسیار بیشتر از آنچه که در ژنوم‌های سایر جوندگان مشاهده می شود، جهش یافته است.
تمامی ژن هایی که در این محدوده جهش یافته قرار دارند، اکنون غنی از مولکول های GC هستند، و آن چنان جهش یافته اند که شناسایی آن ها با استفاده از روش های استاندارد بسیار دشوار است. جهش بیش از حد معمولا باعث می شود که یک ژن از کار بیفتد، اما به دلایلی ژن های موش صحرایی، علی رغم تغییرات بسیار با رشته های دی‌ان‌ای اولیه، به انجام وظایف خود ادامه می دهند. این کار برای ژن ها بسیار دشوار است. درست مانند پیروز شدن در بازی شمارش معکوس (Countdown) تنها با استفاده از حروف صدا دار.
این نوع از دی‌ان‌ای تاریک قبلا در پرندگان یافت شده است. دانشمندان دریافته اند ۲۷۴ ژن در ژنوم پرندگان کنونی وجود ندارد. این ژن ها شامل ژن لپتین هستند (هورمونی که تعادل انرژی را تنظیم می کند)، و دانشمندان مدت های طولانی به دنبال یافتن آن بوده اند.
و باز هم این ژن ها از مولکول های GC بسیار غنی بوده و فراورده های آن ها در بافت های بدن پرندگان پیدا می شود، علی رغم ان که به نظر می رسد این ژن ها از رشته های ژنوم پاک شده اند.
روشن کردن دی‌ان‌ای تاریک
در بیشتر منابع معتبر اشاره می شود که تکامل در دو مرحله انجام می گیرد: جهش و به دنبال آن انتخاب طبیعی. جهش دی‌ان‌ای یک فرآیند متداول و پیوسته است و کاملا تصادفی رخ می دهد. سپس انتخاب طبیعی تعیین می کند که آیا این جهش ها حفظ شده و به نسل های بعد انتقال می یابند، یا خیر و این انتخاب معمولا به آن بستگی دارد که آیا این ژن ها نتایج بهتری برای تولیدمثل موفق رقم می زنند یا خیر.
به طور خلاصه، جهش ژن، موجب ایجاد تغییراتی در دی‌ان‌ای موجود زنده می شود، انتخاب طبیعی تصمیم می گیرد که آیا این جهش باقی می ماند یا خیر، و به این ترتیب جهت تکامل مشخص می شود.
اما جهشِ بیشتر در بخش هایی از ژنوم، نشان می دهد که برخی مناطق نسبت به سایر نقاط شانس بیشتری برای جهش دارند. یعنی ایجاد این مناطق پر جهش می تواند نشانه ای از یک مکانیزم ناشناخته باشد که می تواند جهت تکامل را تعیین کند، و ممکن است انتخاب طبیعی دیگر تنها عامل تعیین کننده این جهت نباشد.
تا اینجا، به نظر می رسد که در بدن دو نوع از حیوانات که تفاوت بسیاری با یکدیگر داشته و هرکدام هم تنوع زیادی دارند، دی‌ان‌ای مخفی وجود داشته باشد. اما هنوز مشخص نیست که وجود این دی‌ان‌ای تا چه اندازه می تواند در گونه های مختلف گسترده باشد. آیا ژنوم تمام حیوانات دارای دی‌ان‌ای مخفی است، و اگر نه، چه چیزی باعث تمایز موش صحرایی و پرندگان از سایر حیوانات شده است؟
جالب ترین معمایی که در این رابطه وجود دارد آن است که دی‌ان‌ای مخفی چه تأثیری بر تکامل حیوانات دارد.
در مورد مثال موش صحرایی، ممکن است مناطق پرجهش از ژنوم، سازگاری این جانور با محیط بیابان را امکان پذیر کرده باشد. اما از سوی دیگر، ممکن است این جهش ها آن چنان سریع رخ داده باشند که مرحله انتخاب طبیعی نتوانسته باشد بخش های مخرب را از محتوای دی‌ان‌ای حذف کند.
اگر این فرضیه درست باشد، به آن معنا است که جهش های مخرب می تواند باعث شود