Horizont

Kada je otkrivena priroda DNK molekula i kada je otkriveno da se geni nalaze u okviru DNK, pretpostavka je bila da je sva DNK funkcionalna, da svaki komad i slovo u genomu, sa možda malecnim izuzecima, nosi u sebi nekakvo značenje. Ovo sledi iz tadašnjeg razumevanja evolucije: pošto prirodna selekcija eliminiše nepotrebno ulaganje energije, za očekivanje bi bilo da se nepotrebni delovi genoma rapidno uklanjaju.

Ovo očekivanje, međutim, je samo donekle tačno. Naime, tačno je da geni koji prestanu da budu upotrebljivi (tj. geni na koje više ne postoji selektivni pritisak) mutiraju i polako nestaju iz genoma. Evolucija, takođe, polako eliminiše velike regione unutar genoma koji se sastoje od neupotrebljive sekvence. Međutim, postoje dve osnovne sile (i gomila malih sporednih stvari) koje se protive ovom trendu u kraćim periodima vremena.

Prvi je mejozna rekombinacija. Naime, u semenim ćelijama se odigrava proces u kome se dve kopije svakog hromozoma (jedan od majke i jedan od oca) postave paralelno jedan sa drugim, i onda se između njih razmene delovi DNK koji su dovoljno slični.

Ovo je pravi razlog zbog koga uopšte i postoji seksualna reprodukcija - ovaj proces omogućava brže kombinovanje pozitivnih mutacija i povećava genetsku raznovrsnost vrste (povećavajući time otpornost prema bolestima i parazitima). Brisanja degenerisanih delova genoma mogu da ometu ovaj proces.

Ako je jedan hromozom izgubio veliki deo, čak iako je taj deo danas neupotrebljiv, ovo može da spreči mejoznu rekombinaciju sa hromozomom koji nije izgubio taj fragment, i da time minira proizvodnju semenih ćelija koje bi taj gubitak prenele u buduće generacije.

Drugi su retrovirusi, koji proizvode retrotranspozone. O ovome govore drugi tekstovi na ovom sajtu, ali vredi ponoviti osnovu. Retrovirusi se integrišu u genom tako što prepoznaju dve sekvence, koje isecaju sa jednog mesta (zajedno sa bilo kakvom sekvencom koja se nalazi između ove dve signalne), i onda ubacuju to parče na neko drugo mesto. U toku infekcije, ovo dovodi do isecanja virusne DNK iz virusnog genoma, i integracije u genom domaćinske ćelije. No, pošto je gen za transpozazu, protein koji vrši ovo prebacivanje, sada takođe integrisan i aktivan u genomu domaćina, on nastavlja da povremeno iseca i prebacuje.

Ako saberemo ovo sa čestim mutacijama koje dovode do duplikacije DNK koda, ovo dovodi do sve većeg i većeg broja kopija ove virusne sekvence.

Zbog ovoga, kratkoročno (u evolucionom smislu - znači na nekoliko desetina ili stotina miliona godina) je moguća postepena akumulacija velike količine đubreta u genomu,
koja se zatim ređe (ali u većim komadima) eliminiše.

Bilo je potrebno nekoliko decenija rada i dokazivanja da bi naučnici prihvatili postojanje nefunkcionalne "džank DNK" uopšte; konačni dokaz je bila eliminacija džank DNK iz nekoliko vrsta (recimo, brisanje više stotina miliona baznih parova ovakve džank DNK iz genoma miševa) bez ikakvog efekta na njihov život ili sposobnosti. Pritom, svi su očekivali da makar neki delovi te naizgled nefunkcionalne DNK ipak imaju neku funkciju, i neke takve funkcije su zaista otkrivene. Pogledajmo ovo detaljnije...

Oko 42% ljudskog genoma je apsolutno transpozonsko đubre. Ovde nema govora o nekoj skrivenoj funkciji, nečemu što još ne razumemo, ili nekoj dalekoj mogućnosti da tu "ipak ima nečega". Za retrotranspozone čvrsto znamo da nemaju nikakvu biološku funkciju, i da predstavljaju ostatak davnih retrovirusnih infekcija. Recimo, oko 11% ljudskog genoma se sastoji od preko milion kopija jedne iste retrovirusne sekvence duge 300 baznih parova.
Ove sekvence, zvane "Alu," i dan danas skakuću sa mesta na mesto, i povremeno dovode do oštećenja i genetskih bolesti.

Približno 10% ljudskog genoma (ne postoji čvrsta cifra, ovo je veoma široka procena) čine procesirani pseudogeni. Radi se o duplikacijama postojećih gena koje su proizvedene kroz akciju transpozaza. Neki od ovakvih gena su verovatno funkcionalni, ali velika većina njih svakako nije. Možemo ovde reći sa visokim nivoom sigurnost da je od tih 10% maksimalno 1% uključen čak i u neke najbleđe funkcije (i to uz veliko preterivanje: do sada otkrivena funkcionalnost je oko 0,01%).

Dodatnih 20% ljudskog genoma (opet, veoma otprilike procenjeno) su neprocesirani pseudogeni. Ovde spadaju evolucioni ostaci, kao što su u drugim tekstovima pominjani geni za receptore mirisa, ili za proizvodnju vitamina C. Mi u našem genomu imamo nekoliko hiljada takvih polu-uništenih gena, koji polako i dalje mutiraju i propadaju. Opet, verovatno je da će se među ovim pseudogenima naći bar nekoliko koji su očuvali nekakvu biološku funkciju. No, velika većina takvu funkciju nema. Opet, možemo veoma sigurno reći da je od gornjih 20%, manje od 1% možda uključeno u bilo kakve funkcije, dok je ostalo čisti džank (opet, ovde strahovito preterujemo: do sada je nađena funkcionalost za ukupno pet pseudogena, od više desetina hiljada).

Još oko 25% čine druge džank sekvence, kao što su introni, terminatori, UTR-ovi, i tome slične stvari. Među ovima se nalazi značajan broj funkcionalnih elemenata. Recimo, 3' UTR regioni se nalaze ispred gena, i transkribuju se u RNK zajedno sa genom; u određenom malom broju slučajeva, oni naknadno kontrolišu transport RNK do mesta za lokalnu translaciju. Drugi primer su neki introni, koji mogu da ograniče splajsing konačne verzije RNK, i time regulišu dozu određenog gena. Ali svi ovi funkcionalni regioni su udenuti u ogromne oblasti potpuno nefunkcionalne sekvence. Od ovih 25%, možda je 1-2% funkcionalno u najboljem slučaju.

Oko 1% čine nekodirajuće RNK. Većina ljudi zna da se DNK transkribuje u RNK, a da se odatle prevodi (translacija) u proteinske sekvence. Nekodirajuće RNK se traskribuju na osnovu DNK, ali ne idu dalje - ne proizvode proteine. Ovo su sekvence koje se povremeno pojavljuju u vestima sa naslovom "Naučnici su otkrili funkciju za džank DNK" - kao da to nije bilo od početka očekivano.



Deo ovih RNK predstavlja male dodatke za takozvane ribonukleoproteine, tj. proteine kojima je za funkciju neophodan mali komadić RNK sekvence. Pre oko deset godina je otkriveno da neke od ovih dodatnih RNK (zvane siRNK) regulišu nivoe aktivnosti određenih gena, i ućutkuju gene koji su aktivni na pogrešnom mestu ili u pogrešnom trenutku. Za većinu preostalih nekodirajućih RNK postoje neke opšte ideje o funkciji, što znači da možemo napisati jedno opšte pravilo: DNK koja se transkribuje u RNK skoro sigurno ima i biološku funkciju.

Manje od 2% genoma čine sami geni, kojih kod čoveka ima oko 25000.

Na čemu nas ovo ostavlja? Oko 6-7% ljudske DNK je verovatno funkcionalno. Postoji veoma mala mogućnost da je ovaj broj nešto veći, možda i do 10%. Ali ostatak ljudskog genoma, preostalih 90%, je akumulirano evoluciono đubre, koga se ne možemo otarasiti - uglavnom zbog problema sa mejozom koji bi tako nastali.

Ideja zajedničkog pretka izgleda jasna i razumljiva, u stvari se radi o nečemu malčice komplikovanijem. Pogledajmo ovo na jednostavan način. Svako od nas ima dvoje roditelja, četvoro deda i baba, osmoro praroditelja, šesnaest pra-praroditelja...itd. Idite samo dvadeset generacija unazad, i naćićete 1.048.576 ljudi koji su vaši direktni preci!


Tih milion i kusur ljudi naravno nisu samo vaši preci, već su i preci mnogih drugih ljudi - vaši zajednički preci. Što dalje idete u prošlost, imate sve više predaka, i ti preci su istovremeno preci sve većem delu ljudske vrste.

Prateći nagomilane mutacije u specijalnim vrstama DNK,
mi otud možemo da nađemo kada su živeli ljudi koji su bili zajednički preci celom čovečanstvu. Tako, recimo, prateći mutacije u mitohondrijalnoj DNK (koju deca nasleđuju samo od majke) možemo da vidimo da je poslednji zajednički ženski predak ljudske vrste, takozvana "Mitohondrijalna Eva," živela pre oko 200.000 godina. Sličnim praćenjem Y-hromozoma (koji sinovi nasleđuju samo od oca), našli smo da je poslednji zajednički muški predak svih ljudi, takozvani
"Y-hromozomalni Adam," živeo pre oko 60-90 hiljada godina.