Από τα περιστέρια ως τον άνθρωπο

Ο Κάρολος Δαρβίνος, ο βρετανός φυσιοδίφης και «πατέρας» της εξελικτικής θεωρίας, διέβλεπε ότι στην ποικιλομορφία των περιστεριών κρυβόταν το «μυστικό» που θα τον βοηθούσε να καταδείξει ότι οι διαφορετικές ράτσες του ίδιου είδους προέρχονται από έναν κοινό πρόγονο. Η εκτεταμένη μελέτη των πτηνών αυτών οδήγησε σε εντυπωσιακές περιγραφές και εικονογραφήσεις, οι οποίες συμπεριλήφθηκαν στο βιβλίο του με τίτλο «The Variation of Animals and Plants Under Domestication», το οποίο εκδόθηκε το 1868. Περίπου ενάμιση αιώνα μετά την ενασχόληση του μεγάλου φυσιοδίφη με τα εξημερωμένα περιστέρια, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα στις ΗΠΑ αναγνώρισαν ένα γονίδιο το οποίο συμβάλλει καθοριστικά στην ποικιλομορφία του μήκους του ράμφους των περιστεριών. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Current Biology» και είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα για το πεδίο της αναπτυξιακής βιολογίας, αφού το συγκεκριμένο γονίδιο διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του κρανίου και του προσώπου όλων των σπονδυλωτών, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου.

Το «παράδοξο»
του ράμφους

Τα άτομα του είδους Columba livia, δηλαδή των γνωστών σε όλους μας περιστεριών, διαθέτουν χαρακτηριστικά τα οποία διαφοροποιούνται με μεγάλο βαθμό από άτομο σε άτομο. Ενα από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι το μέγεθος του ράμφους. Η ποικιλομορφία του ράμφους, πέραν του ότι προσδίδει στα άτομα του είδους μία ξεχωριστή γοητεία, οδηγεί σε κάποιες περιπτώσεις σε ένα «παράδοξο»: σε μερικά άτομα, το ράμφος είναι τόσο μικρό που τα πτηνά δεν καταφέρνουν να θρέψουν τους απογόνους τους. Μέχρι πρότινος, οι επιστήμονες είχαν ενδείξεις ότι υπάρχουν γονίδια τα οποία εμπλέκονται στη ρύθμιση του μήκους του ράμφους, ωστόσο δεν είχαν αναγνωρίσει ποια γονίδια ακριβώς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του χαρακτηριστικού αυτού. Τα εξημερωμένα περιστέρια αποτελούν το ιδανικό «μοντέλο» για να εντοπιστούν τα γονίδια αυτά. «Επιλέξαμε να μελετήσουμε τα περιστέρια επειδή παρουσιάζουν μία εξαιρετική ποικιλομορφία στο ράμφος και σε άλλα χαρακτηριστικά» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science ο επικεφαλής της δημοσίευσης δρ Μάικλ Σάπιρο, συμπληρώνοντας ότι «όλα τα εξημερωμένα περιστέρια ανήκουν σε ένα είδος, κάτι που καθιστά τις γενετικές μελέτες πιο ολοκληρωμένες». Σε ένα είδος τα άτομα του οποίου μοιράζονται ένα κοινό γενετικό υπόβαθρο, είναι πιο εύκολο να ανιχνεύσει κανείς ενδεχόμενες διαφορές στην αλληλουχία του γενετικού υλικού μεταξύ των ατόμων, και ως εκ τούτου να εντοπίσει γονίδια τα οποία προσδίδουν τη μεγάλη ποικιλομορφία στο μήκος του ράμφους.

Διασταυρώνοντας
περιστέρια

Για να εντοπίσουν αυτές τις διαφορές, οι επιστήμονες προχώρησαν σε δύο είδη πειραμάτων. Αρχικά πραγματοποίησαν διασταυρώσεις μεταξύ περιστεριών τα οποία είχαν ράμφος μικρού μήκους με περιστέρια τα οποία είχαν ράμφος μεσαίου μήκους. Αφού προέκυψε η πρώτη γενιά απογόνων, οι επιστήμονες διασταύρωσαν εκ νέου τα περιστέρια μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να προκύψει μία δεύτερη γενιά απογόνων, οι οποίοι παρουσίαζαν εξαιρετική ποικιλομορφία ως προς το μήκος του ράμφους. Επειτα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μία τεχνική η οποία ονομάζεται υπολογιστική μικροτομογραφία, με την οποία αποτύπωσαν σε τρεις διαστάσεις το μήκος και το σχήμα του ράμφους και του κρανίου των υπό μελέτη περιστεριών. Συγκρίνοντας τις τρισδιάστατες αποτυπώσεις, η επιστημονική ομάδα διαπίστωσε ότι το μήκος του ράμφους δεν συνδέεται με άλλα μορφολογικά χαρακτηριστικά του κρανίου.

Γενετικές
αναλύσεις

Αφού πραγματοποίησαν τις μακροσκοπικές παρατηρήσεις τους, οι ερευνητές εστίασαν την προσοχή τους σε επίπεδο γενετικού υλικού. Εχοντας περιγράψει λεπτομερώς περιστέρια με διαφορετικά μεγέθη ράμφους, συνέκριναν το γενετικό υλικό των περιστεριών ώστε να βρουν κάποια αλληλουχία η οποία να είναι μοναδική στα περιστέρια τα οποία είχαν μικρό ράμφος. Πράγματι, οι αναλύσεις έδειξαν ότι το γενετικό υλικό των περιστεριών όλων των γενεών με μικρό ράμφος διέθετε μία συγκεκριμένη αλληλουχία η οποία δεν εντοπιζόταν στα υπόλοιπα περιστέρια. Οπως κατέδειξαν οι γενετικές μελέτες, η αλληλουχία αυτή κωδικοποιεί μία παραλλαγή του γονιδίου ROR2. «Γνωρίζαμε ότι ένας πολύ μικρός αριθμός γονιδίων έχει πολύ μεγάλη επίδραση στο μήκος του ράμφους» σημειώνει ο δρ Μάικλ Σάπιρο, συμπληρώνοντας: «Ωστόσο, μέχρι πρότινος δεν διαθέταμε σχετικές αναλύσεις με τεχνικές της μοριακής βιολογίας, αφού τα πειράματα τα οποία είχαν πραγματοποιηθεί βασίζονταν σε διασταυρώσεις μεταξύ περιστεριών. Πλέον, χάρη στις τεχνικές αλληλούχησης του γονιδιώματος, μπορέσαμε να βρούμε ένα από αυτά τα γονίδια». Το εύρημα αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, αφού το συγκεκριμένο γονίδιο υπάρχει επίσης στο γενετικό υλικό των ανθρώπων, και μάλιστα συνδέεται με το σύνδρομο Robinow, το οποίο χαρακτηρίζεται από σκελετικές ανωμαλίες στο πρόσωπο και στα άκρα. Στα επόμενα βήματά τους, οι ερευνητές θα επικεντρωθούν στον τρόπο με τον οποίο η μετάλλαξη στο συγκεκριμένο γονίδιο επηρεάζει τη μορφολογία του ράμφους. Απώτερος σκοπός των επιστημόνων είναι όχι μόνο να «λύσουν» το μυστήριο του ράμφους στα περιστέρια, αλλά και να κατανοήσουν σε μεγαλύτερο βάθος το σύνδρομο που συνοδεύεται από σκελετικές ανωμαλίες στον άνθρωπο.

Οι μελέτες του Δαρβίνου

Η εκτροφή περιστεριών ήταν πολύ διαδεδομένη την εποχή που ο Κάρολος Δαρβίνος πραγματοποιούσε τις μελέτες του. Ο μεγάλος φυσιοδίφης είχε τα δικά του περιστέρια, ενώ συμμετείχε σε διαγωνισμούς οι οποίοι διοργανώνονταν από εκτροφείς. Στις έρευνές του μελετούσε τον σκελετό, τις αναλογίες
του σώματος και το χρώμα των περιστεριών.

Η σημασία του ευρήματος

Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα για τους επιστήμονες της αναπτυξιακής βιολογίας. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ένα συγκεκριμένο γονίδιο είναι καθοριστικό για το μήκος του ράμφους» σημειώνει στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Μάικλ Σάπιρο, συμπληρώνοντας ότι «στο μέλλον θέλουμε να διερευνήσουμε εάν το ίδιο γονίδιο εμπλέκεται στη ρύθμιση του μήκους του ράμφους άλλων ζώων. Οι έρευνες αυτές θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε εάν υπάρχουν διαφορετικά μονοπάτια τα οποία ρυθμίζουν χαρακτηριστικά όπως το μήκος του ράμφους ή του προσώπου, ή αντίθετα εάν αυτά εξαρτώνται από περιορισμένο αριθμό παραγόντων. Η έρευνα μέχρι σήμερα υποδεικνύει ότι τα χαρακτηριστικά αυτά καθορίζονται από πολλούς παράγοντες». Οπως σημειώνει ο ίδιος, η συγκεκριμένη έρευνα είναι επίσης σημαντική επειδή αναδεικνύει ένα κοινό χαρακτηριστικό της ανάπτυξης στο ζωικό βασίλειο. «Το γενετικό υλικό των ανθρώπων διαθέτει επίσης το γονίδιο ROR2. Αλλαγές στην αλληλουχία του συγκεκριμένου γονιδίου οδηγούν στην εμφάνιση του συνδρόμου Robinow. Ατομα με το σύνδρομο αυτό εμφανίζουν επίσης πιο μικρά και πεπλατυσμένα χαρακτηριστικά προσώπου» σημειώνει καταλήγοντας ο ερευνητής.