Οι αλλαγές στα γονίδιά μας, από τότε που οι πρόγονοί μας και οι πίθηκοι εξελίχθηκαν από έναν κοινό πρόγονο, μας βοήθησαν να αναπτύξουμε μεγαλύτερο εγκέφαλο και όρθιο περπάτημα. Τα τελευταία 15 εκατομμύρια χρόνια, οι πρόγονοί μας απέκτησαν τις γενετικές αλλαγές που τελικά μας χώρισαν από τους πιο στενούς εν ζωή συγγενείς μας – τον χιμπατζή και άλλους μεγάλους πίθηκους.
Ο εγκέφαλος των προγενέστερων ανθρώπων τετραπλασιάστηκε σε μέγεθος, επιτρέποντας μεγαλύτερη ευελιξία στη συμπεριφορά, ενώ οι τροποποιήσεις στη γλώσσα και τις φωνητικές χορδές συνέβαλαν στην ανάπτυξη της ανθρώπινης ομιλίας και γλώσσας.
Οι αρχαίοι άνθρωποι απέκτησαν τροποποιήσεις του σκελετού, των μυών και των αρθρώσεων, που τους επέτρεπαν να περπατούν όρθια, να κινούνται σε μεγάλες αποστάσεις, να πιάνουν και να χρησιμοποιούν όπλα.
Ωστόσο, αν και αυτές οι ταχείες γενετικές αλλαγές μπορεί κάποτε να βοήθησαν τους ανθρώπους να προσαρμοστούν στο περιβάλλον, οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι μπορεί να έχουν αυξήσει τον κίνδυνο εμφάνισης ασθενειών, όπως το Αλτσχάιμερ, η σχιζοφρένεια, η διπολική διαταραχή, ο διαβήτης και η οστεοαρθρίτιδα, αναφέρει ανάλυση του BBC.
Η έρευνα για τα «γονίδια που μας έκαναν ανθρώπους»
Μέχρι τη στιγμή που ο Homo erectus κατοικούσε στην Ανατολική Αφρική πριν από 1,9 εκατομμύρια χρόνια, οι άνθρωποι ήταν πλήρως δίποδοι. Οι άνθρωποι εξέλιξαν την ικανότητα να περπατούν με δύο πόδια αρκετά γρήγορα μετά τον χωρισμό τους από τον τελευταίο κοινό πρόγονο των χιμπατζήδων.
Ωστόσο, κάποιες ανατομικές προσαρμογές στο γόνατο ήταν απαραίτητες πριν οι πρόγονοί μας μπορέσουν να περπατήσουν στα δύο πόδια. Το ανθρώπινο γόνατο είναι παχύτερο από εκείνο των χιμπατζήδων και ενισχύεται από πολλές επιπλέον οστέινες επιφάνειες και χόνδρους, για να γίνει πιο δυνατό.
«Η άρθρωση του γονάτου των χιμπατζήδων είναι εντελώς διαφορετική από τη δική μας καθώς είναι περιπατητές με αρθρώσεις, δεν στέκονται όρθιοι στα δύο πόδια και το βάρος τους κατανέμεται διαφορετικά», εξήγησε ο Terence D Capellini, καθηγητής ανθρώπινης εξελικτικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.
«Το κέντρο μάζας μας βρίσκεται ακριβώς πάνω από τους γοφούς μας, έτσι το βάρος κατευθύνεται προς τα κάτω μέσα από τα πόδια μας και στα γόνατά μας. Τα γόνατά μας είναι φτιαγμένα για να φορτώνουμε το βάρος κατευθείαν κάτω», πρόσθεσε.
Ο Capellini πιστεύει ότι, καθώς το γόνατο είναι τόσο σημαντικό για τον άνθρωπο, θα πρέπει να είναι δυνατό να βρεθούν ίχνη της εξέλιξής του στο γονιδίωμα. Σε μια μελέτη του 2020 , η ομάδα του πήρε κύτταρα χόνδρου από αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικών και ανθρώπων.
Ο χόνδρος λήφθηκε από το ακριβές μέρος, και την ακριβή στιγμή, που το γόνατο αρχίζει να αναπτύσσεται και να σχηματίζει το σχήμα του στο έμβρυο. Στη συνέχεια ανέλυσαν την αλληλουχία του DNA των κυττάρων, αναζητώντας κάτι γνωστό ως «ανθρώπινες επιταχυνόμενες περιοχές», ή αλλιώς Hars.
Τα Hars είναι μέρη στο γονιδίωμα όπου η αλληλουχία είναι ακριβώς η ίδια –ή πολύ παρόμοια– στους χιμπατζήδες, τους ουρακοτάγκους και άλλα πρωτεύοντα, αλλά πολύ διαφορετική στους ανθρώπους. Με άλλα λόγια, είναι καλά μέρη για να αναζητήσουμε «τα γονίδια που μας έκαναν ανθρώπους».
Η μελέτη του Capellini βρήκε μια αφθονία Hars που βρίσκεται στους ρυθμιστικούς διακόπτες, οι οποίοι ελέγχουν το σχήμα και τη βιολογία του αναπτυσσόμενου γόνατος. Αντί να κωδικοποιούν απευθείας τις πρωτεΐνες, οι ρυθμιστικοί διακόπτες ελέγχουν την έκφραση άλλων γονιδίων.
Τα ίδια γονίδια που ελέγχουν το σχήμα του γόνατος μεταλλάχθηκαν σε ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα
«Αν ένα γονίδιο είναι σαν μια λάμπα, ο ρυθμιστικός διακόπτης είναι σαν ένας διακόπτης φωτός», υπογράμμισε ο Capellini. Η ομάδα ανέλυσε επίσης την αλληλουχία του DNA των κυττάρων από άλλες περιοχές του αναπτυσσόμενου σκελετού, όπως ο αγκώνας, ο αστράγαλος και ο ώμος. Πολύ λιγότερα Hars βρέθηκαν σε αυτές τις περιοχές. Αυτό υποδηλώνει ότι οι διακόπτες που ελέγχουν το σχήμα του γόνατος υπέστησαν ταχεία εξέλιξη στους ανθρώπους σε σύγκριση με τους διακόπτες που ελέγχουν άλλες περιοχές του σκελετού.
Ωστόσο, φαίνεται ότι μετά από αυτή την «έκρηξη» στην εξελικτική διαδικασία, οι διακόπτες σταμάτησαν να μεταλλάσσονται γρήγορα. Όταν ο Capellini εξέτασε τα γονιδιώματα των ζωντανών ανθρώπων, υπήρχε πολύ μικρή γενετική διαφοροποίηση σε αυτούς τους «διακόπτες σχήματος γόνατος». Αυτό είναι λογικό, επειδή το να έχουμε ένα λειτουργικό γόνατο ήταν ζωτικής σημασίας για την ικανότητα του προγόνου μας να περπατά. Μόλις η εξέλιξη έφτασε σε ένα καλό σχήμα στο γόνατο, περαιτέρω αλλαγές ήταν ανεπιθύμητες.
Τι σχέση έχει όμως αυτό με τις ανθρώπινες ασθένειες; Στο τελευταίο κομμάτι του παζλ, ο Capellini και ο μεταπτυχιακός φοιτητής του, Daniel Richard, εξέτασαν προηγούμενες μελέτες που είχαν χαρτογραφήσει το γονιδίωμα ασθενών με οστεοαρθρίτιδα, μια εκφυλιστική κατάσταση που προκαλεί πόνο στις αρθρώσεις και δυσκαμψία.
Βρήκαν ότι τα ίδια ακριβώς γονίδια που ελέγχουν το σχήμα του γόνατος στα αναπτυσσόμενα έμβρυα ήταν μεταλλαγμένα σε ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα, σε σύγκριση με τον γενικό πληθυσμό. Με άλλα λόγια, τα ίδια ακριβώς γονίδια που μας βοηθούν να περπατάμε στα δύο πόδια συνδέονται πλέον με αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης οστεοαρθρίτιδας.
Μεγαλύτερο μυαλό – «Το νέο γονίδιο είτε δεν μπορούσε να εκφραστεί, είτε δημιούργησε μια ασταθή πρωτεΐνη»Τ
Οι άνθρωποι υποβλήθηκαν σε μια σειρά από γρήγορες εξελικτικές αλλαγές, με αποτέλεσμα να μεγαλώσει το σχήμα του εγκεφάλου, με περισσότερους νευρώνες στον εξωτερικό φλοιό, την περιοχή που είναι υπεύθυνη για τη γνωστική λογική ανώτερης τάξης. Στην πραγματικότητα, το μέγεθος του ανθρώπινου εγκεφάλου σχεδόν τετραπλασιάστηκε στα έξι εκατομμύρια χρόνια από την τελευταία φορά που ο Homo sapiens είχε κοινό πρόγονο με τους χιμπατζήδες.
Ωστόσο, πολλές από τις γενετικές τροποποιήσεις που επέτρεψαν αυτές τις αλλαγές συνδέονται τώρα με διαταραχές όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια, σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα.
Για παράδειγμα, το 2018, δύο ομάδες ερευνητών εντόπισαν μια οικογένεια γονιδίων, το Notch2NL, που φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του φλοιού στους ανθρώπους και μπορεί να ήταν κινητήρια δύναμη στην εξέλιξη του μεγάλου εγκεφάλου μας.
Η οδός σηματοδότησης Notch είναι ένα αρχαίο σύστημα που χρησιμοποιείται σε όλα τα ζώα για τον έλεγχο της μοίρας των βλαστοκυττάρων στο έμβρυο, καθοδηγώντας εάν διαιρούνται και αναπτύσσονται για να σχηματίσουν νέα βλαστοκύτταρα, διαφοροποιούνται σε πιο εξειδικευμένα κύτταρα ή πεθαίνουν. Ωστόσο, το συγκεκριμένο γονίδιο Notch2NL βρίσκεται μόνο στους ανθρώπους και απουσιάζει από το DNA των χιμπατζήδων, των ουρακοτάγκων και άλλων μεγάλων πιθήκων.
«Αυτό που είναι συναρπαστικό για την ιστορία του Notch2NL είναι ότι στην πραγματικότητα υπήρξε ένα πρωτότυπο γεγονός που συνέβη στον κοινό μας πρόγονο με τον γορίλα, όπου το αρχικό γονίδιο Notch2 διπλασιάστηκε», λέει η Sofie Salama, καθηγήτρια μοριακής, κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Καλιφόρνια Santa Cruz, η οποία συμμετείχε σε μία από τις ερευνητικές μελέτες.
Ο τμηματικός διπλασιασμός γονιδίων είναι μια διαδικασία με την οποία ένα τμήμα του γονιδιώματος αντιγράφεται. Το νέο αντίγραφο στη συνέχεια μεταφέρεται σε άλλο σημείο στο γονιδίωμα, αφήνοντας πίσω δύο πολύ παρόμοια τμήματα DNA.
«Βάσει της ανάλυσής μας φαίνεται ότι αυτό το αρχικό συμβάν διπλασιασμού ήταν κάτι σαν νεκρό κατά την άφιξη και ότι το νέο γονίδιο, είτε δεν μπορούσε να εκφραστεί είτε δημιούργησε μια ασταθή πρωτεΐνη», τόνισε η Salama.
Στη συνέχεια, στην ανθρώπινη γενεαλογία πριν από τρία έως τέσσερα εκατομμύρια χρόνια, το γονίδιο άλλαξε ξανά μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως γονιδιακής μετατροπής. Αυτή τη φορά το νέο αντίγραφο – Notch2NL – ήταν λειτουργικό.
Πώς θα μπορούσε λοιπόν το Notch2NL να οδηγήσει σε μεγαλύτερους εγκεφάλους; Το γονίδιο καθυστερεί τα βλαστοκύτταρα του φλοιού από το να μετατραπούν σε νευρώνες. Αντίθετα, τα βλαστοκύτταρα συνεχίζουν να διαιρούνται και να παράγουν περισσότερα βλαστοκύτταρα. Αυτό τελικά οδηγεί στην παραγωγή περισσότερων νευρώνων και σε μεγαλύτερους εγκεφάλους.
Οι διπλασιασμοί γονιδίων όπως αυτοί που οδήγησαν σε SRGAP2C και Notch2NL, μπορεί να μας έχουν αφήσει ευάλωτους στην ανάπτυξη νευροψυχιατρικών διαταραχών. Το Notch2NL δεν είναι το μόνο παράδειγμα όπου τα γονίδια έχουν διπλασιαστεί σε ανθρώπους. Οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει περισσότερους από 30 διπλασιασμούς γονιδίων που είναι μοναδικοί στο είδος μας. Μερικοί πιστεύουν ότι αυτές οι επικαλύψεις θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για μερικά από τα μοναδικά ανθρώπινα χαρακτηριστικά μας.
Για παράδειγμα, το 2012, ερευνητές στο Ινστιτούτο Zuckerman της Κολούμπια ανακάλυψαν ότι οι άνθρωποι έχουν μια μοναδική, διπλή μορφή του γονιδίου SRGAP, το οποίο ονόμασαν SRGAP2C.
Τα γονίδια SRGAP παίζουν καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο του αριθμού των συνδέσεων, γνωστών ως συνάψεων, που κάνει ένας νευρώνας με τα γειτονικά του κύτταρα. Όσο περισσότερες συνάψεις έχει ένας νευρώνας, τόσο περισσότερες πληροφορίες μπορεί να επεξεργαστεί. Το νέο, ειδικό για τον άνθρωπο γονίδιο SRGAP2C ουσιαστικά επιτρέπει στους ανθρώπους να σχηματίζουν περισσότερες συνάψεις και ισχυρότερες και πυκνότερες συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων.
Αν και μπορεί να εξηγούν την απαράμιλλη εγκεφαλική δύναμη του είδους μας, οι διπλασιασμοί γονιδίων, όπως αυτοί που οδήγησαν σε SRGAP2C και Notch2NL, μπορεί να μας έχουν αφήσει ευάλωτους στην ανάπτυξη νευροψυχιατρικών διαταραχών. Για παράδειγμα, μεταλλάξεις στην περιοχή του γονιδιώματος όπου εντοπίζεται το Notch2NL σχετίζονται με μια σειρά νευροαναπτυξιακών διαταραχών , όπως η ΔΕΠΥ, η σχιζοφρένεια, η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού και η διανοητική αναπηρία, σύμφωνα με την Salama και τους συνεργάτες της.
Είναι επίσης πιθανό ορισμένα από τα «γονίδια που μας έκαναν ανθρώπους» να βρίσκονται σε περιοχές του γονιδιώματος που είναι επιρρεπείς σε υψηλά ποσοστά μεταλλάξεων, καθιστώντας μας ευάλωτους σε ασθένειες.
Σε μια μελέτη του 2022, ο Craig Lowe, καθηγητής μοριακής γενετικής και μικροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο Duke, ανέλυσε το ανθρώπινο γονιδίωμα για να βρει τα μέρη που είχαν αλλάξει περισσότερο από τότε που οι πρόγονοί μας απέκλιναν από τους χιμπατζήδες. Βρήκε ότι πολλές από τις περιοχές – γνωστές ως Haqers (περιοχές που εξελίχθηκαν γρήγορα από τον ανθρώπινο πρόγονο) – εμπλέκονταν στη ρύθμιση του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου, προκαλώντας για παράδειγμα την ανάπτυξη περισσότερων νευρώνων.
«Αυτές οι περιοχές του γονιδιώματος που μεταλλάσσονται γρήγορα είναι σαν το καζάνι της εξέλιξης, τα μέρη όπου τα πάντα ενώνονται και ανακατεύονται», επεσήμανε ο Lowe. Ο ίδιος, διαπίστωσε ότι οι μεταλλάξεις σε πολλούς Haqers που ανακάλυψε, σχετίζονται με τη σχιζοφρένεια και τη διπολική διαταραχή.
Είναι πιθανό τέτοια γονίδια να μας αρρωσταίνουν τώρα, επειδή οι εξελικτικές ανταλλαγές τραβούν το σώμα μας προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Ο κίνδυνος ανάπτυξης καρκίνου φαίνεται να σχετίζεται αντιστρόφως με τον κίνδυνο εμφάνισης Αλτσχάιμερ, Πάρκινσον και Χάντινγκτον. Ο καρκίνος περιλαμβάνει την ανεξέλεγκτη ανάπτυξη νέων κυττάρων, ενώ αυτές οι ασθένειες συνδέονται με τον κυτταρικό θάνατο.
Εναλλακτικά, αυτό θα μπορούσε να εξηγείται από το γεγονός ότι το περιβάλλον στο οποίο ζούμε τώρα, είναι πολύ διαφορετικό από αυτό των προγόνων μας. «Καταφέραμε να αλλάξουμε και να αναδιαμορφώσουμε το περιβάλλον μας τόσο γρήγορα, και συχνά πολύ πιο γρήγορα από ό,τι μπορεί να συμβαδίσει η εξελικτική διαδικασία», εξήγησε ο Tony Capra, καθηγητής επιδημιολογίας και βιοστατιστικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Φρανσίσκο.
«Αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει μια εξελικτική αναντιστοιχία, όπου οι προσαρμογές που έχουν διαμορφωθεί εδώ και δεκάδες χιλιάδες χρόνια, δεν είναι πλέον κατάλληλες για τη σύγχρονη ζωή μας».
Είναι πιθανό η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ορισμένα γονίδια οδηγούν σε ασθένειες, να είναι σε θέση να βοηθήσει στη δημιουργία νέων θεραπειών. Ορισμένοι επιστήμονες λένε μάλιστα, ότι θα μπορούσε ακόμη και να μας βοηθήσει να προχωρήσουμε προς μια νέα εποχή εξατομικευμένης ιατρικής ακριβείας, όπου στοχευμένα φάρμακα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για κάθε μοναδικό γενετικό προφίλ. Ωστόσο, άλλοι είναι πιο προσεκτικοί: «Νομίζω ότι η εξέλιξη είναι ένας πραγματικά χρήσιμος «φακός» για να δεις τι πάει στραβά, πότε, πώς και γιατί», σημείωσε ο Capra.
«Η κύρια κινητήρια δύναμη της διακύμανσης στην εμφάνιση ασθενειών μεταξύ των ανθρώπων είναι το εάν έχουν πρόσβαση σε υγειονομική περίθαλψη, υγιεινά τρόφιμα και καθαρό νερό. Σε αυτούς τους παράγοντες πιστεύω ότι πρέπει να εστιάσουμε πρώτα τις προσπάθειες», κατέληξε.
