Filogenija se zrcali u ontogeniji

Tijekom 19. stoljeća utjecajni biolozi, poput Charlesa Darwina, počeli su povezivati morfogenezu koja se događa tijekom embrionalnog razvoja s morfološkim razlikama koje su se tijekom evolucije pojavile između različitih vrsta, a krajem 19. stoljeća Ernest Haeckel postavio je “biogenetski zakon” prema kojem je ontogeneza kratka rekapitulacija filogeneze, tj. embrij tijekom svojeg razvoja (ontogeneza) ukratko ponavlja evolucijsku povijest svoje vrste (filogeneza), no njegova teorija nije bila potvrđena do sada.

Znanstveni tim dr. Domazeta-Loše s Instituta Ruđer Bošković u suradnji s prof.  Diethardom Tautzom s Instituta Max Planck za evolucijsku biologiju u Njemačkoj u izdanju časopisa Nature od 9. prosinca objavili su istraživanje koje potvrđuje Haeckelov "biogenetski zakon". U radu se govori o genomskoj filostratigrafiji, statističkoj metodi pomoću koje se može rekonstruirati evolucija gena. Naime, slično fosilima, prema dr. Domazetu i geni pričaju priču o evoluciji, a osobito je važna poveznica između gena i morfologije.

Zanimljiv dio rada dr. Domazeta je i istraživanje korelacije između filogenije (evolucijski razvoj vrste) i ontogenije (embrionalni razvoj organizma). Naime, u ranim fazama embriji su vrlo slični kod različitih vrsta organizama.

Evolucijsko porijeklo gena može se pratiti pretraživanjem sličnosti u genomima koji predstavljaju čitavo drvo života.

Metodom filostratigrafije uspostavlja se filogenetska skala u kojoj je svaki gen unutar genoma filogenetski rangiran. Pomoću filogenetske hijerarhije moguće povezati sve eksprimirane gene unutar ontogenetske sekvence. Kako bi kvantitativno povezali filogenetsku hijerarhiju s ontogenetskom sekvencom razvili su mjeru koju su nazvali indeks starosti transkriptoma (eng. transcriptome age index - TAI) koji povezuje starost gena s njegovom razinom ekspresije u određenom razvojnom stadiju u odnosu na sve gene eksprimirane u određenim razvojnim stadijima. Što je indeks viši, transkriptom je mlađi. Za svaki gen znamo koliko je star na skali od 1 do 14. 1 je prva stanica, a 14 najmlađi evolucijski period. Koliko su geni uključeni vidimo pomoću fluorescentnih markera na slikama istraživanja.

Za razumijevanje evolucije važno je i pitanje o nastanku probavila te shodno tome postoji mnogo teorija koje objašnjavaju njegov nastanak. Postoji ideja da su usta i anus nastali istovremeno, da su homologni, tj. da imaju isto evolucijsko porijeklo, dok neki kažu da su nastali odvojeno. Iz istraživanja se može zaključiti da su usta i anus najvjerojatnije nastali odvojeno neovisno evoluirali razvijali se u dvije grane, razlika mušica i čovjek. Znači nisu homologne, nego neovisni događaj. Ono što je zanimljivo otkriveno je da se površina tijela životinja brže mijenja nego unutrašnjost, koža i periferni živčani sustav se brže mijenja nego primjerice srce.

“Morfologija vinske mušice (lat. Drosophila) je savršeno istražena i možemo opisati točno kako i kada je koji gen uključen. Gen se fizički može pratiti pomoću posebnih boja pa se vidi gdje i kada se uključio tijekom embrionalnog razvoja vinske mušice.” rekao je dr. Domazet– Lošo.

Dr. Domazet-Lošo i prof. Tautz svojim su istraživanjem po prvi puta pružili snažne molekularne dokaze za poveznicu između filogenije i ontogenije, međutim potvrdili su i model "pješćanog sata" prema kojem su u sredini embriološkog razvoja embriji različitih vrsta morfološki najsličniji, a različiti su do tada od jajeta i nakon embrija do odrasle jedinke. Razlike mogu biti morfološke, stanične, genetičke. Ovo je prvi dokaz, dobiven na ribi zebrici (lat. Danio rerio), koja je poslužila kao model istraživanja filostratigrafije, da se u sredini embrionalnog razvitka događa najstariji trenutak evolucije.

Odgovor na pitanje zašto se u sredini embrionalnog nastanka aktiviraju najstariji geni, a ne kako bi čovjek očekivao na početku stvaranja, u jajetu, još uvijek nije poznat.

Izvori: IRB / Transkript s predavanja dr. Domazeta - Loše (17.12.2011.)