I Ty masz geny dziobaka

Dziobak został wybrany do badań nieprzypadkowo. Zwierzę to można spotkać wyłącznie w Australii i Tasmanii. Należy do rzędu prymitywnych ssaków zwanych stekowcami. Mimo że stekowce mają podstawowe cechy ssaków - karmią młode mlekiem matki - wykazują również mnóstwo zdolności charakterystycznych dla gadów czy ptaków.

Przede wszystkim dziobak, co zupełnie dla ssaków nietypowe, składa jaja. Jego kończyny połączone są płetwami, a tylnie nogi samców wyposażone są w ostre, jadowe koce. Największą niespodziankę kryje charakterystyczny, kaczy dziób zwierzęcia. Zawiera on wymyślny system elektrolokacji. Dziobak pływa z zamkniętymi oczami, uszami, a nawet nozdrzami. Jednak receptory umieszczone na dziobie powodują, że zwierzę wyczuwa nawet najsłabsze pole elektryczne wytwarzane przez znajdujące się w wodzie potencjalne ofiary.

"Na pierwszy rzut oka dziobak sprawia wrażenie, jakby był ewolucyjnym <wypadkiem przy pracy>" - mówi Francis S. Collins, dyrektor amerykańskiego National Human Genome Research Institute. "Jednak jakkolwiek dziwnie to zwierzę wygląda, jego genom jest bezcenny dla zrozumienia, w jaki sposób ewoluowały wszystkie ssaki, w tym i my".

Najnowsze badania naukowców wykazały, że materiał genetyczny dziobaka zawiera ponad 2 mld bazowych par genów. Z tego ok. 18 tys. to geny, które stanowią przepis na białka. Pod tym względem prymitywny stekowiec nie ustępuje nawet nam (też mamy ok. 18 tys. tego typu genów), a znacznie wyprzedza kurczaka i oposa. Około 80 proc. genów dziobak dzieli z innymi ssakami, których materiał genetyczny został już zsekwencjonowany - w tym z nami, ludźmi.

Pozostałe 20 proc. przyniosło wiele niespodzianek. Między innymi naukowcy odkryli, że DNA dziobaka zawiera bardzo duże fragmenty kodujące białka, z których składają się receptory węchu.

"Spodziewaliśmy się, że tych genów będzie bardzo mało, skoro dziobaki większą część swojego życia spędzają w wodzie" - mówi Wes Warren z Washington University School of Medicine, współautor opublikowanej w "Nature" pracy. Podobne geny znaleziono już u ssaków, dla których węch odgrywa ogromne znaczenie, takich jak gryzonie czy psy. Naukowcy zaczęli więc podejrzewać, że dziobak jest w stanie wyczuwać zapachy w wodzie.

"Budowa genomu dziobaka jest dziwna i trochę niespodziewana" - opowiada Mark Batzer z Louisiana State University, inny współautor badań - mimo że został sklasyfikowany jako ssak, jego materiał genetyczny przypomina też DNA gadów i ptaków. Widać, że to pradawne zwierzę, które przez kolejne tysiąclecia nie zmieniało się ani pod względem fizycznym, ani genetycznym.

Jakie znacznie ma poznanie DNA australijskiego stekowca? Po pierwsze naukowcy mają nadzieję, że pomoże chronić dziobaka, który - jako wyjątkowo nieśmiały i płochliwy - jest w stanie przetrwać tylko w warunkach naturalnych. Po drugie i ważniejsze, stanowi przyczynek do zbadania, jak przebiegała ewolucja wczesnych ssaków. W zakończeniu artykułu w "Nature" naukowcy podkreślają też, że ich praca dopiero otwiera pole do dalszych badań pierwotnych mieszkańców Ziemi.

p

Prof. Zofia Kielan-Jaworowska, paleobiolog, profesor emerytowany w Instytucie Paleontologii PAN w Warszawie: O odkryciu dziwnego zwierzęcia z Australii naukowcy dowiedzieli się pod koniec XVIII w. Wtedy właśnie do europejskich zoologów dotarła pierwsza informacja o dziobaku. Kapitan John Hunter, gubernator karnej kolonii w Sydney, przysłał do literacko-filozoficznego towarzystwa w Newcastle skórę dziobaka, którego opisał jako małe ziemno-wodne zwierzę, zbliżone do kreta.

Zoologowie brytyjscy podejrzewali, że niezwykły zespół cech charakteryzujący dziobaka być może powstał w drodze oszustwa lub żartu australijskiego preparatora. Nie uwierzyli też, że samica dziobaka składa jaja, zanim nie zostało to potwierdzone w Australii. Dopiero na początku XIX w. brytyjski lekarz Sir Everard Home opisał niezwykłą anatomię dziobaka i kolczatki oraz wykazał, że zwierzęta te należą do tego samego rzędu jedynych jajorodnych ssaków.

Najnowsze badania genetyczne, o których czytamy w „Nature”, potwierdziły wnioski wyciągnięte na podstawie anatomii dziobaka i kolczatki, szczególnie dotyczące pokrewieństwa między wielkimi grupami dzisiejszych ssaków (stekowce, torbacze i łożyskowce). Potwierdziły też, że stekowce oddzieliły się od innych ssaków 166 mln lat temu oraz że linie rozwojowe dziobaka i innego stekowca, kolczatki, rozdzieliły się w okresie kredowym.

p

Magdalena Salik: W jaki sposób zsekwencjonowanie genomu tak egzotycznego stworzenia jak dziobak może przyczynić się do poznania mechanizmów działania ludzkiego organizmu?
Wes Warren*: Jednym z najciekawszych wniosków płynących ze zbadania materiału genetycznego dziobaka było stwierdzenie, że zwierzę to posiada wiele kopii genów jadowych - czyli stanowiących przepis na jad znajdujący się w kolcach tylnich nóg samców. Ich badanie może przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów bólu u wszystkich ssaków, a więc i u ludzi.

A czy badania materiału genetycznego pomagają ochronić zagrożone zwierzęta?
Tak. Dzięki nim możemy badać całą populację i ustalić, czy np. wśród dziobaków nie występują zbyt bliskie stosunki pokrewieństwa, które mogłyby zagrozić gatunkowi. Poza tym w DNA zawarte są informacje, które pozwalają ocenić odporność dziobaków na różne choroby – choćby pojawiające się ostatnio epidemie grzybicy.

Genom jakiego zwierzęcia poznamy w przyszłości?
Teraz chcemy zająć się zeberką, ptaszkiem śpiewającym występującym głównie w Australii.

*Wes Warren, genetyk, pracuje w Washington University School of Medicine. Jest jednym z autorów opublikowanej dziś w "Nature" pracy