ตั้งแต่การค้นพบปรากฏการณ์เช่นการถ่ายโอนยีนในแนวนอน ไม่ได้มาจากพ่อแม่สู่ลูก โลกทั้งใบบนโลกของเราจึงกลายเป็นระบบข้อมูลเดียว และในระบบนี้ มีความเป็นไปได้ที่จะยืมการประดิษฐ์วิวัฒนาการที่ประสบความสำเร็จของสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่ง การถ่ายโอนยีนในแนวตั้งและแนวนอนคืออะไร อะไรคือกลไกของกระบวนการนี้และตัวอย่างในโลกอินทรีย์ - ทั้งหมดนี้คือบทความ
ยีนเพื่อนบ้าน
ใครๆ ก็รู้ว่าเราได้ยีนมาจากพ่อแม่ และมาจากพ่อแม่ของพวกเขา นี่คือการถ่ายโอนในแนวตั้ง และหากจู่ๆ เกิดการกลายพันธุ์ขึ้นซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการอยู่รอดหรือการปรับตัว และตั้งหลักในจีโนมของประชากร สายพันธุ์ก็จะได้เปรียบในการต่อสู้เพื่อดำรงอยู่
คนก็มียีนเป็นของตัวเองเพลี้ยมีของตัวเองและปลาฉลามก็มีของตัวเอง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่พวกมันจะข้ามสายพันธุ์ได้ แต่บางครั้งมันก็เกิดขึ้น - นี่คือการถ่ายโอนยีนแนวนอน
นี่คือสิ่งที่พันธุวิศวกรรมสมัยใหม่ทำ สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมเป็นผลมาจากการถ่ายโอนยีนดังกล่าว (ตัวอย่างเช่น tardigrade ที่ส่องสว่างในภาพด้านบน) แต่โดยธรรมชาติแล้ว ปรากฏการณ์นี้มีมาช้านานแล้ว
หัวใจของเรื่อง
การถ่ายทอดยีนในแนวตั้งเป็นปรากฏการณ์ของการถ่ายโอนสารพันธุกรรมจากรูปแบบพ่อแม่ไปสู่สิ่งมีชีวิตของลูกสาว
การถ่ายโอนยีนในแนวนอนเป็นสถานการณ์ตามธรรมชาติของการถ่ายโอนยีนจากสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มวัยไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน สิ่งมีชีวิตสองชนิดมีอยู่จริง และบางครั้งพวกมันก็อยู่ในสายพันธุ์ทางชีววิทยาที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างการถ่ายโอนยีนแนวนอนในแบคทีเรียคือการถ่ายโอนยีนต้านทานจากแบคทีเรียสายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์
เงื่อนไขบังคับ
เพื่อให้เข้าใจถึงปรากฏการณ์นี้ จำเป็นต้องทราบเงื่อนไขภายใต้หลักการที่สามารถโอนดังกล่าวได้ กล่าวคือ:
- จำเป็นต้องมีตัวกลางในการ "ขนส่ง" ยีนจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง จากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปอีกเซลล์หนึ่ง
- ต้องมีกลไกระดับโมเลกุลที่จะยอมให้ยีนแปลกปลอมถูกแทรกเข้าไปในชุดยีนของโฮสต์
เงื่อนไขเหล่านี้อาจสำเร็จได้ด้วยไวรัส retroviruses และ transposons อื่นๆ (องค์ประกอบ DNA) และเป็นวิธีการถ่ายโอนยีนในแนวนอนที่แม่นยำซึ่งพันธุวิศวกรรมได้นำมาใช้ในปัจจุบัน
แม้ว่าวันนี้มีการศึกษากลไกของการถ่ายโอนยีนดังกล่าวเท่านั้นนอกจากไวรัสแล้วการถ่ายโอนดังกล่าวยังสามารถเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของส่วนที่เป็นอิสระของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (transposoons) ซึ่งเข้าสู่ร่างกายผ่านการแนะนำอย่างง่ายหรือกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นกาฝาก สิ่งหลังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ไม่เพียงแค่เครื่องมือทางพันธุกรรมของโฮสต์ แต่ยังรวมถึงสถานที่ทางนิเวศวิทยาในระบบ biocenosis
พื้นหลัง
เป็นการถ่ายทอดยีนดื้อยาปฏิชีวนะระหว่างแบคทีเรียสายพันธุ์ต่างๆ ที่อธิบายครั้งแรกในญี่ปุ่นในปี 1959
ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 นักชีววิทยาระดับโมเลกุลได้พิสูจน์ว่าการถ่ายโอนยีนแนวนอนในโปรคาริโอตและยูคาริโอตมีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาวิวัฒนาการของชีวิตบนโลกของเรา
ในปี 2010 ได้มีการตีพิมพ์ผลการศึกษาของศาสตราจารย์ Cedric Feschott ซึ่งนำเสนอการวิเคราะห์จีโนมของหนูพันธุ์โอพอสซัมและลิงไซมิริ พวกเขาถูกแมลงชนิดหนึ่งกัด ในจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม พบว่าทรานส์โปซูนมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวถึง 98% กับแมลง สำหรับข้อมูลของคุณ แมลงเหล่านี้ไม่เพียงแต่กัดลิงและหนูพันธุ์เท่านั้น
ต่อจากนี้ไป สมมติฐานของการถ่ายโอนยีนแนวนอนระหว่างโดเมนต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตได้กลายเป็นกระบวนทัศน์ใหม่ของชีววิทยา
แมลงหลากสี
และหากการถ่ายทอดยีนในแนวนอนในแบคทีเรียในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาไม่ได้ทำให้เกิดข้อสงสัยในหมู่นักชีววิทยา ความเป็นไปได้ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ทำให้เกิดคำถามมากมาย ตอนนั้นเองที่เพลี้ยธรรมดาได้รับความสนใจจากนักชีววิทยาซึ่งมีบุคคลที่มีสีเขียวและสีแดงของร่างกาย
การวิเคราะห์เม็ดสีที่ให้สีกับคนสีแดงเผยให้เห็นการมีอยู่ของแคโรทีนอยด์ - เม็ดสีจากพืช เพลี้ยได้รับยีนที่เป็นเอกลักษณ์ของสิ่งมีชีวิตจากพืชที่ไหน? ทุกวันนี้ การจัดลำดับจีโนมของแมลงเป็นเรื่องง่ายสำหรับนักวิจัย นี่เป็นวิธีที่ค้นพบว่ายีนของเพลี้ยที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์เม็ดสีแดงนั้นเหมือนกันทุกประการกับยีนของเชื้อราบางชนิดที่ปรสิตในร่างกายของเพลี้ยโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ
เป็นไปได้มากว่าในช่วงเริ่มต้นของวิวัฒนาการเพลี้ย (ประมาณ 80 ล้านปีก่อน) มีความล้มเหลวในกลไกทางพันธุกรรมและยีนของเชื้อราถูกสร้างขึ้นในจีโนมแมลง
วิวัฒนาการและความหลากหลายทางชีวภาพ
ระบบสายวิวัฒนาการทั้งหมดของโลกอินทรีย์มีพื้นฐานมาจากแนวคิดเรื่องความแตกต่างของดาร์วิน สาระสำคัญมีดังนี้ ทันทีที่การแยกตัวของการสืบพันธุ์ระหว่างประชากรของสปีชีส์หนึ่งๆ เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับกระบวนการของการเก็งกำไรได้ และแล้วสองสปีชีส์ยังคงวิวัฒนาการต่อไปโดยอาศัยการคัดเลือกโดยธรรมชาติและการกลายพันธุ์แบบสุ่ม
การค้นพบการถ่ายโอนยีนในแนวนอนระหว่างสปีชีส์และแท็กซ่าที่ใหญ่กว่านั้นพิสูจน์ได้ว่าในช่วงเวลากาลอวกาศอันสั้น (4 พันล้านปี) สิ่งมีชีวิตบนโลกของเราสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบเซลล์เดียวไปเป็นเซลล์หลายเซลล์ที่มีการจัดระเบียบสูง
ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทั้งโลกจึงกลายเป็นห้องทดลองเดียวสำหรับการสร้างลักษณะทางพันธุกรรมใหม่และเป็นการเคลื่อนที่ในแนวนอนของยีนสามารถและยังคงเร่งกระบวนการวิวัฒนาการอย่างมีนัยสำคัญ
มายืมยีนกัน
ในปี 2015 นักพันธุศาสตร์ Alistair Crisp จากเคมบริดจ์ (สหราชอาณาจักร) ได้ศึกษาจีโนมของแมลงหวี่ Drosophila 12 สายพันธุ์ พยาธิตัวกลม 4 สายพันธุ์ และไพรเมต 10 สายพันธุ์ (หนึ่งในนั้นเป็นมนุษย์) นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาส่วน "เอเลี่ยน" ของ DNA
ผลการวิจัยยืนยันว่ามี 145 ภูมิภาคในจีโนมซึ่งเป็นผลมาจากการถ่ายโอนยีนแนวนอนในยูคาริโอต
ยีนเหล่านี้บางส่วนเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญโปรตีนและไขมัน อีกยีนหนึ่ง - ในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน ที่สำคัญที่สุด เป็นไปได้ที่จะระบุผู้บริจาคที่น่าจะเป็นของยีนเหล่านี้ พวกเขากลายเป็นพวกต่อต้าน (ยูคาริโอตที่ง่ายที่สุด) แบคทีเรีย (โปรคาริโอต) และเชื้อรา
แล้วเราล่ะ
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโดยการถ่ายโอนยีนแนวนอนในมนุษย์ ยีนที่เกี่ยวข้องกับกรุ๊ปเลือด AB0 ก็ปรากฏขึ้น
หลักฐานส่วนใหญ่สำหรับการถ่ายโอนยีนดังกล่าวในไพรเมตนั้นมีต้นกำเนิดที่เก่าแก่มาก ย้อนหลังไปถึงบรรพบุรุษร่วมกับคอร์ดอื่นๆ
จากการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ การก่อตัวของรกในมนุษย์ก็มีส่วนรับผิดชอบต่อยีนของไวรัส ซึ่งถูกจับที่ไหนสักแห่งในช่วงรุ่งอรุณของการก่อตัวของสัตว์ในรก
ผลการจัดลำดับจีโนมมนุษย์พบว่ามีจีโนมไวรัสประมาณ 8% ซึ่งเรียกว่า "ยีนที่หลับไหล"
ยุคแห่งการกลายพันธุ์
มาแล้วจ้าหัวข้อเรื่องสยองขวัญที่นักเคลื่อนไหวสีเขียวทำให้ตกใจ จะเกิดอะไรขึ้นถ้ายีน "กำลังหลับ" เหล่านี้เปิดขึ้น หรือเห็บกัดคนและดึงความน่ากลัวบางอย่างมาสู่จีโนมของเขา? หรือว่าเรากินถั่วเหลืองดัดแปลงพันธุกรรมและกลายพันธุ์? แต่สุดท้ายแล้ว เป็นเวลากว่า 4 พันล้านปี ที่ความหลากหลายทางชีวภาพบนโลกใบนี้ได้เพิ่มขึ้น และคุณกับฉันยังคงเป็นเหมือนปลาวาฬ เพลี้ยอ่อนก็เหมือนเห็ด ทำไมล่ะ
ประการแรก กลไกการเคลื่อนตัวในแนวนอนมีอยู่ในธรรมชาติตราบเท่าที่ยังมีชีวิต และในตัวอย่างของเพลี้ย เป็นที่ชัดเจนว่าการถ่ายโอนยีนดังกล่าวมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มความสามารถในการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้อย่างแม่นยำ (ส่วนสีแดงจะมองเห็นได้น้อยกว่าในบางส่วนของพืช) และพันธุวิศวกรรมในแง่นี้ไม่ได้คิดอะไรใหม่ มะเขือเทศที่มียีนของปลาอาร์กติกเพิ่มความทนทานต่อความหนาวเย็น ซึ่งช่วยให้พวกมันเติบโตในภาคเหนือได้
ประการที่สอง แม้ว่าจะมีการถ่ายทอดทางพันธุกรรม แต่เรายังไม่ได้สังเกตการรวมกัน (ความสม่ำเสมอ) ของจีโนมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกใบนี้ ความเสถียรของระบบชีวภาพ ซึ่งก็คือเซลล์และสิ่งมีชีวิต สูงพอที่จะจำกัดการถ่ายโอนยีนที่ไม่มีประสิทธิภาพ แต่ในขณะเดียวกัน การถ่ายโอนนี้เองคือเครื่องมือของวิวัฒนาการทางชีววิทยา ซึ่งนำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพ อีกไม่นานหมีจะดูเหมือนว่าวและสุนัขจะดูเหมือนกิ้งก่า
