Naučnici zapanjeni analizom pasa iz Černobilja: Evo šta se desilo sa njihovim genima

Nakon eksplozije i nuklearne katastrofe u Černobilju, najteže u istoriji, mnoge životinje, uključujući pse, ostale su na tom području. Tokom decenija provedenih bez ljudskog prisustva, u visoko radioaktivnom i masovno kontaminiranom okruženju, počele su da se prilagođavaju ovom novom svetu. Studija objavljena u časopisu Genes sada opisuje kako su ti psi u tome uspeli i šta je to promenilo u njima.

Slučaj prirodne selekcije

Iako ove dve populacije žive na maloj udaljenosti jedna od druge, genetski su toliko udaljene da deluje kao da žive na dva izolovana ostrva. Nova istraživanja nastojala su da objasne kako su ove razlike nastale. Rezultat: one nisu posledica mutacija, suprotno onome što su pojedini naučnici prvobitno pretpostavljali.

U stvarnosti je reč o slučaju prirodne selekcije: procesu tokom kog geni koji pogoduju prilagođavanju jedinke njenoj životnoj sredini postepeno postaju rasprostranjeniji u populaciji. Tačnije, na delu je direkciona (usmerena) selekcija: čitava populacija vremenom evoluira ka manjem broju korisnih osobina. Ova pojava se obično povezuje sa promenama u životnoj sredini kojima vrste nastoje da se prilagode.

Drugi mehanizam je genetički drift: slučajne genetske promene koje nisu nužno povezane sa prilagođavanjem, ali koje se uprkos tome na kraju prošire unutar populacije. Ova pojava je češća u malim, izolovanim populacijama, jer je verovatnoća slučajnog prenošenja ovih promena u njima veća, što može dovesti do smanjenja genomske raznolikosti. To se posebno uočava kod životinja koje žive na ostrvima, pa bi se samim tim moglo primeniti i na izolovane pse u Černobilju.

Nema smanjenja genetičke raznolikosti

Kako bi rešili ovu misteriju, naučnici su analizirali ne samo gene životinja iz kontaminirane zone već i gene običnih populacija pasa u istočnoj Evropi, kao i gene pasa sa Galapagosa, arhipelaga koji predstavlja simbol evolucije u izolovanom okruženju.

Ispostavilo se da, uprkos malobrojnosti černobiljske populacije, nije primećeno nikakvo smanjenje genetičke raznolikosti, što sugeriše da uzrok nije genetički. Pored toga, populacija iz elektrane se genetski značajno razlikuje od drugih geografski izolovanih populacija pasa, uključujući i one sa ostrva Galapagos.

Detaljna analiza černobiljskih pasa otkrila je da se prilagođavanje uslovima u zoni isključenja manifestuje na najmanje stotinu mesta u genomu. Ovi markeri se uglavnom odnose na lokacije povezane sa odbranom od raka, imunitetom i pre svega popravkom (reparacijom) DNK.

Za autore studije ovo predstavlja dokaz prirodne selekcije: radijacija i toksične supstance oštećuju DNK, a te promene mogu podstaći pojavu malignih tumora. Jedinke sposobne da poprave ova oštećenja imaju prednost nad ostalima i mogu preneti te osobine na svoje potomstvo.

Pitanje hronologije ostaje otvoreno

"Iako ne možemo sa sigurnošću da tvrdimo da ono što smo otkrili direktno predstavlja dokaz selekcije, identifikujemo genomske markere koji na to ukazuju“, navode autori studije.

"Kada detaljnije ispitamo ove genomske regione, primećujemo da su obuhvaćeni geni uključeni u biološki relevantne procese koji psima verovatno omogućavaju da prevaziđu efekte izloženosti toksičnim supstancama u ovom okruženju."

Pitanje vremenskog toka ipak ostaje otvoreno.

"Smatramo da ishod nije nužno imao za cilj genomsko prilagođavanje. Moguće je da su jedinke koje su preživele početno izlaganje radijaciji jednostavno posedovale osnovni nivo genetske raznolikosti i varijante koje su im omogućile bolju adaptibilnost", ističu autori.

"Jasno je da je reč o nagađanju i ne znamo tačno šta se dogodilo. Ipak, možemo sa sigurnošću reći da smo sproveli veoma temeljnu analizu i pronašli znakove selekcije u biološki relevantnim oblastima", zaključuju naučnici.

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(MONDO)

Après l'explosion et la catastrophe nucléaire de Tchernobyl, la plus grave de l'histoire, de nombreux animaux, dont des chiens, sont restés sur place. Au fil des décennies passées sans présence humaine, dans un environnement à la radioactivité élevée et massivement contaminé, ils ont commencé à s'adapter à ce nouveau monde. Une étude publiée dans la revue Genes décrit désormais comment ces chiens y sont parvenus et ce que cela a changé en eux.

Les chercheurs s'intéressent depuis longtemps aux chiens de Tchernobyl. Ils ont observé que la population s'est scindée en deux groupes dans la zone d'exclusion, chacun évoluant de façon différente. Le premier vit dans la ville de Tchernobyl et reste génétiquement assez proche d'autres populations de chiens en Russie ou en Biélorussie. Le second, qui vit directement dans l'enceinte de la centrale ou à ses abords immédiats, présente un profil génétique nettement distinct : ces animaux ont développé des mécanismes capables de réparer leur ADN.

Un cas de sélection naturelle

Bien que les deux populations vivent à faible distance l'une de l'autre, elles sont génétiquement si éloignées qu'elles semblent vivre sur deux îles isolées. Les nouvelles recherches ont cherché à comprendre comment ces différences sont apparues et ce qui les explique. Résultat : elles ne sont pas dues à des mutations, contrairement à ce qu'avaient initialement supposé certains scientifiques.

Il s'agit en réalité d'un cas de sélection naturelle : le processus par lequel les gènes favorisant l'adaptation d'un individu à son environnement deviennent progressivement plus répandus dans une population. Plus précisément, c'est la sélection directionnelle qui est à l'œuvre : l'ensemble d'une population évolue au fil du temps vers un nombre réduit de traits avantageux. Ce phénomène est généralement associé à des changements environnementaux auxquels les espèces cherchent à s'adapter.

Le second mécanisme est la dérive génétique : des modifications génétiques aléatoires qui ne sont pas nécessairement liées à l'adaptation, mais qui finissent malgré tout par se répandre dans une population. Ce phénomène est plus fréquent dans les petites populations isolées, car la probabilité de transmettre ces changements au hasard y est plus élevée, ce qui peut conduire à une réduction de la diversité génomique. On l'observe notamment chez les animaux vivant sur des îles et il pourrait donc s'appliquer aux chiens isolés de Tchernobyl.

Aucune réduction de la diversité génétique

Pour percer ce mystère, les scientifiques ont analysé non seulement les gènes des animaux de la zone contaminée, mais aussi ceux de populations de chiens ordinaires en Europe de l'Est, ainsi que ceux des chiens des Galapagos, archipel emblématique de l'évolution en milieu isolé.

Il s'avère que malgré la faible taille de la population de Tchernobyl, aucune réduction de la diversité génétique n'a été observée, ce qui suggère que la dérive génétique n'est pas en cause. Par ailleurs, la population de la centrale se distingue génétiquement de manière significative des autres populations de chiens géographiquement isolées, y compris celles des îles Galápagos.

Une analyse détaillée des chiens de Tchernobyl a révélé que l'adaptation aux conditions de la zone d'exclusion se manifeste à au moins une centaine d'endroits dans le génome. Ces marqueurs concernent principalement des sites liés à la défense contre le cancer, à l'immunité, et surtout à la réparation de l'ADN. Pour les auteurs de l'étude, cela constitue une preuve de sélection naturelle : les radiations et les substances toxiques endommagent l'ADN, et ces altérations peuvent favoriser l'apparition de tumeurs malignes. Les individus capables de réparer ces erreurs ont un avantage sur les autres et peuvent transmettre ces traits à leur descendance.

La question de la chronologie demeure

"Bien que nous ne puissions pas affirmer avec certitude que ce que nous avons découvert constitue directement une preuve de sélection, nous identifions des marqueurs génomiques qui la suggèrent", écrivent les auteurs de l'étude. "Lorsque nous examinons ces régions génomiques plus en détail, nous constatons que les gènes concernés sont impliqués dans des voies biologiquement pertinentes, susceptibles de permettre aux chiens de surmonter les effets d'une exposition à des substances toxiques dans cet environnement."

La question de la chronologie reste néanmoins ouverte. "Nous soutenons que la conséquence n'avait pas nécessairement pour but l'adaptation génomique. Il est possible que les individus ayant survécu à l'exposition initiale aux radiations disposaient simplement d'un niveau de diversité génétique de base et de variants leur conférant une plus grande adaptabilité", avancent les auteurs.

"Il est clair qu'il s'agit de spéculation, et nous ne savons pas précisément ce qui s'est passé. Cependant, nous pouvons dire avec confiance que nous avons mené une analyse très approfondie et trouvé des signes de sélection dans des domaines biologiquement pertinents," ajoutent les scientifiques.