با استفاده از فرایندی موسوم به تکامل تجربی-کهن، پژوهشگران انیستیتو تکنولوژی جورجیا تک ژن کهن 500 میلیون ساله را احیا کرده و آن را درون باکتری مدرن اِ.کلای تزریق کردند.

این یک پروژه معمولی نیست بلکه احیای حیاتی 500 میلیون ساله است! با این تفاوت که این‌بار به‌جای بازی در صحنه‌ی نمایش فیلم پارک ژوراسیک، در آزمایشگاه انیستیتو تکنولوژی جورجیا روی می‌دهد.

پژوهشگران انیستیتو جورجیا تِک، با استفاده از فرایندی موسوم به «تکامل تجربی-کهن» یک ژن 500 میلیون ساله از یک باکتری کهن را زنده کرده و آن در یک باکتری امروزی به نام اشریشیا کلای E.coli تزریق کردند.

در حال حاظر بیش از هزار نسل از این باکتری در آزمایشگاه در حال رشد است؛ این آزمایش یک فرصت عملی برای پژوهشگران جهت مشاهده‌ی تکامل است. بِتوول کاسار دانشجوی پسادکترای اخترزیست‌شناسی ناسا در مرکز تحقیقات منشأ ریبوزومی و تکامل در جورجیا تِک گفت: «این آزمایش درست مثل آن است که فیلم مولکولی حیات را به عقب برده و دوباره آن را پخش کنیم. توانایی مشاهده‌ی ژنی باستانی در یک موجود زنده‌ی امروزی، در حالی که درون سلول‌های آن تکامل می‌یابد به ما اجازه می‌دهد که دریابیم آیا مسیر تکاملی که یک بار به این شکل خاص رفته دوباره خود را به همین صورت تکرار می‌کند یا مسیر تکاملی تازه‌ای برای تطبیق پیدا می‌کند؟»

در سال 1387/2008 مشاور پسادکترای کاسار، اریک گائوچر، دانشیار زیست‌شناسی، توانست توالی ژنتیکی پروتئین‌‌های باستانی محلول در مایع سلولی، موسوم به فاکتورهای طویل‌سازی Elongation Factors شامل Tu، را با موفقیت تعیین کند؛ این پروتئینی ضروری برای باکتری اِ.کلای است. Efs یکی از فراوان‌ترین پروتئین‌ها در باکتری‌ها‌ هستند که حضورشان در تمام سلول‌های حیاتی باکتری‌ها ضرورت دارد. چنین نقش حیاتی برای Efs باعث می‌شود که پروتئینی تمام عیار، برای پاسخ به سوالات تکامل باشد.

بِتوول کاسار دانشجوی پسادکترا و اریک گائوچر استاد راهنمای او در حال مشاهده‌ی عملی تکامل. 

پس از موفقیت در این آزمایش دشوار، که هدف آن تزریق یکژن با دستور کرومزومی صحیح و نهادن آن درون ژن اِ.کلای بود، کاسار توانست هشت سویه‌ی - یاخته‌های به‌دست آمده‌ از یک یاخته طی یک کشت خالص - باکتریایی مشابه تولید کند. به این ترتیب او اجازه داد حیات باستانی دوباره تکامل یابد اما این بار درون ژنی امروزی! این باکتری به اصلاح «بدون ریشه» ترکیبی از ژن‌های مدرن و ژن‌های باستانی باقی‌مانده است. در این آزمایش معلوم شد که این باکتری، دو مرتبه کندتر از همتای خود که مرکب از ژن‌های جدید بود رشد می‌کند.

گائوچر اضافه کرد: «این موجودات تغییریافته حداقل در ابتدا، به اندازه‌ی نسخه‌ی امروزیشان سالم و متناسب نبودند؛ این آزمایش با سازماندهی یک سناریوی کامل، اجازه ‌داد موجود تغییریافته خود را با شرایط تطبیق دهد و با کمک جهش‌های انباشته‌شده، هر روز متناسب‌تر کند.»

با گذشت زمان، سرعت رشد افزایش یافت و پس از 500 نسل، پژوهشگران برای تعیین چگونگی تطابق باکتری‌ها، ژنوم - کل ژن‌های یک موجود - سویه‌ی هشت تبار را توالی‌یابی کردند. آنها دریافتند که نه‌تنها میزان مطابقت تقریباً به اندازه‌ی باکتری‌های امروزی افزایش یافته بود بلکه، برخی از اجداد تغییریافته حتی از همتایان مدرنشان هم سالم‌تر شده بودند!

این پژوهشگران در بررسی‌های عمیق‌تر خود متوجه شدند همه‌ی ژن‌های EF-Tu جهش نیافتند. بلکه تنها پروتئین‌های جدیدی که با EF-Tu باستانیِ درون باکتری وارد تعامل شده بودند جهش یافته و این جهش‌ها مسئول سازگاری بیشتری است که به سلامت و تطابق بهتر باکتری‌ها منجر می‌شد. خلاصه آن‌که، این ژن باستانی هنوز آنقدر جهش‌نیافته که به فرم امروزی خود شبیه شود شاید هم مسیر تکاملی تازه‌ای برای سازگاری یافته‌اند.

پژوهشگران در انتظارند که ببینند آیا این باکتری مسیر باستانی خود را دنبال خواهد کرد یا یک مسیر تازه برای تغییر و تحول انتخاب می‌کند؟ کاسار بیان داشت: «تصور می‌کنم که این آزمایش به ما در یافتن پاسخ پرسش‌های کهنمان در مورد تکامل و زیست‌شناسی مولکولی کمک خواهد کرد. در واقع ما می‌خواهیم بدانیم که آیا گذشته‌ی تاریخی یک موجود زنده، آینده‌اش را تحت تأثیر قرار می‌دهد یعنی تکامل همیشه به یک نقطه مشخص ختم می‌شود یا این‌که تکامل راه‌حل‌های چندگانه‌ای برای مسائلش برمی‌گزیند؟!»

مجله دانشمند شماره 588

ترجمه: نیلوفر فشنگ‌ساز