‘ODPADNA’ DNK  JE (VEČINOMA) FUNKCIONALNA!

Že desetletja poslušamo isto staro lažno poročilo. Glasi se nekako tako: ”Samo 2 do 3 odstotke človekovega genoma je funkcionalnega. Preostanek je nekoristna, odpadna DNK – smeti, ki so ostale od naše evolucijske dediščine.” Čeprav je to še vedno splošno prepričanje, pa so nedavna odkritja dokazala, da je to prepričanje napačno. Zakaj smo potem to poslušali tako pogosto in tako dolgo? Zato, ker biološka evolucija potrebuje odpadno DNK, da lahko rešuje velik matematični problem.

V poznih 50-ih letih 20. stoletja je znameniti populacijski genetik J. B. S. Haldane opozoril, da naravna selekcija sploh ne more izbrati milijonov koristnih mutacij, niti v teku vse človeške evolucijske zgodovine. Namesto tega, in sicer kljub nekaj poenostavljenim predpostavkam v korist evolucijske teorije,[1] bi bilo od našega skupnega prednika s šimpanzi dalje lahko izbranih samo nekaj sto koristnih mutacij.[2] To je postalo znano kot Haldanova dilema, in kljub mnogim nasprotnim trditvam nikoli ni bila rešena.[3]

Namesto tega so iznašli plod evolucijske domišljije. V poznih 60-ih letih 20. stoletja je Kimura razvil idejo o nevtralni evoluciji.[4] Razmišljal je, če večina DNK v celici ni funkcionalna, lahko v teku časa prosto mutira. Tako za organizem to ne bi bil strošek, da bi vzdrževal nefunkcionalne dele (strošek je merjen v smislu, koliko dodatnih potomcev se mora roditi v populaciji, da jih naravna selekcija ubije, zato da odstrani slabe mutacije in ohrani sposobne v teku časa,[5] ob predpostavki, da naravna selekcija lahko opazi slabe mutacije, ki jih mora odstraniti).

Ohnu so pripisali izum izraza odpadna DNK (angl. junk DNA) okoli štiri leta kasneje.[6] Zamisel o odpadni DNK je v evolucijski matematiki izjemno pomembna. Kaj bi se zgodilo, če bi se izkazalo, da je ni? Kaj bi se zgodilo, če genom ne bi bil 97 % odpaden, temveč 97 % funkcionalen?

Moderna tehnologija je zdaj uničila idejo o odpadni DNK. To se je zgodilo po zaključku projekta Human Genom Project. Celo pred tem je bilo jasno, da je napačna, toda temu, da bi zavrgli teorijo o odpadni DNK, so se trmoglavo upirali. Mnogo razlogov je za to, da danes verjamejo, da je večina DNK v celici funkcionalna. Na primer, za mnoge retrotransposone,[7] ki so jih nekoč imeli za dele virusov, ki naj bi se v teku milijonov let vrinili v naš genom, so našli funkcije.

Poleg tega so našli funkcije tudi za večino velikih področij DNK, ki ne kodirajo proteinov in so med geni. Izkaže se, da je večina genoma aktivnega. Projekt ENCODE, ki je obsegal več univerz in je porabil več milijonov dolarjev v večletnem študiju, je bil načrtovan, da določi, kolikšen del človekovega genoma se prepisuje (se spremeni v RNK, kar je merilo funkcije). Analizirali so samo 1 % genoma, vendar so v tej raziskavi vključili oboje, področja, ki kodirajo proteine, in področja ‘odpadne’ DNK. Ta projekt je pokazal, da je vsaka črka genoma v povprečju uporabljena v šestih različnih prepisih RNK.[8] To ne pomeni, da se vse spremeni v proteine, daleč od tega. To niti ne pomeni, da ima vse obvezno funkcijo ali celo, da so črke uporabljene pogosto. Pomeni pa, da skoraj vse črke delajo nekaj. Ker je splošno pravilo biologije, da oblika sledi funkciji, potem dejstvo, da so ta področja aktivna, močno nakazuje na to, da imajo funkcijo. Čemu bi sicer celica dovoljevala toliko prepisovanj? Pomemben del celičnih virov je namenjen izdelavi RNK, ki ne kodira proteinov. Tako bi celica ogromno pridobila, če bi izključila tako trošenje energije. Naravna selekcija bi v teku milijonov let iztrebila nepotrebno procesiranje RNK. To se ni zgodilo, ker je potrebno za celično funkcioniranje. Dejansko lahko zdaj gledamo na genom kot na računalnik RNK (glejte v nadaljevanju).

Splošno pomanjkanje odpadne DNK je še ena Ahilova peta evolucijske genetike, kajti brez nje evolucijska matematika ne deluje, in vedno več funkcij ugotavljajo za tiste dele DNK, ki ne kodirajo proteinov. Dejansko je videti, da je ‘odpadna’ DNK bolj aktivna od ‘genov’, kar obrača na glavo staro idejo, da smo na proteinih osnovani organizmi. Po besedah evolucijskega biologa, J. S. Matticka:

Nesposobnost, da bi spoznali vse posledice tega – posebno možnosti, da bi vmesna nekodirna zaporedja lahko prenašala vzporedne informacije v obliki molekul RNK – bo prav lahko šla v zgodovino kot ena največjih napak v zgodovini molekularne biologije.[9]

Vir: Carter, R. (ured.), 2014., Evolutions’ Achilles’ Heels, Creation Book Publishers, Powder Springs, Georgia, USA

[1] ReMine, W. J., Cost theory and the cost of substitution – a clarification, J. Creation 19(1):113–125, 2005. creation.com/cost.

[2] Haldane J. B. S., The cost of natural selection, Journal of Genetics, 55:511–524, 1957.

[3] Batten, D., Haldane’s dilemma has not been solved, J. Creation 19(1):20–21, 2005; creation.com/haldane. Glejte tudi saintpaulscience.com/Haldane.htm.

[4] Kimura, M., Evolution rate at the molecular level, Nature 217:624–626, 1968.

[5] ReMine, W. J., ref. 18.

[6] Ohno, S., So much ‘junk’ DNA in our genom, Evolution of genetic systems, Brookhaven Symposia in Biology, no. 23 (ured. Smith, H.,H.) str. 366–370, 1972.

[7] Carter, R. W., The slow and painful death of junk DNA.

[8] Birney, E., at. al., Identification and analyses of functional elements in 1 % of human genom by the ENCODE pilot project, Nature 447:799–816, 2007.

[9] J. S. Mattick, kot ga navaja Gibbs, W. W., The Unseen genome: gems amid the junk, Scientific American, str. 47–53, Nov 2003.