Obrnuta evolucija u rajčicama

Na mlađim otocima Galapagoškog arhipelaga, divlje rastuće rajčice rade nešto neobično. Odbacuju milijune godina evolucije, vraćajući se u primitivnije genetsko stanje koje uskrsava drevne kemijske obrane.

Ove rajčice, koje potječu od južnoameričkih predaka koje su vjerojatno donijele ptice, tiho su počele stvarati otrovni molekularni koktel kakav nije viđen milijunima godina, onaj koji nalikuje spojevima koji se nalaze u patlidžanu, a ne u modernoj rajčici.

U studiji nedavno objavljenoj u časopisu Nature Communications, znanstvenici sa Sveučilišta u Kaliforniji, Riverside, opisuju ovaj neočekivani razvoj događaja kao mogući slučaj „obrnute evolucije“, termina koji je obično kontroverzan među evolucijskim biolozima.

To je zato što se evolucija ne bi trebala vraćati unatrag. Općenito se promatra kao jednosmjerni marš prema prilagodbi, a ne kao kružni put natrag do izgubljenih osobina. Iako organizmi ponekad ponovno steknu značajke slične onima svojih predaka, to učiniti putem potpuno istih genetskih putova je rijetko i teško dokazati.

„To nije nešto što obično očekujemo“, rekao je Adam Jozwiak, molekularni biokemičar na UC Riversideu i glavni autor studije. „Ali evo, događa se u stvarnom vremenu, na vulkanskom otoku.“

Ključni akteri u ovom kemijskom preokretu su alkaloidi. Rajčice, krumpir, patlidžan i ostalo velebilje proizvodi ove gorke molekule koje djeluju poput ugrađenih pesticida, odvraćajući insekte predatore, gljivice i životinje koje pasu.

Iako je Galapagos poznat kao mjesto gdje životinje imaju malo predatora, isto ne vrijedi nužno i za biljke. Stoga je potrebno proizvoditi alkaloide.

Istraživači su započeli ovaj projekt jer alkaloidi u usjevima mogu biti problematični. U visokim koncentracijama su toksični za ljude, stoga je želja razumjeti njihovu proizvodnju i smanjiti ih u jestivim dijelovima voća i gomolja.

Ono što ove galapagoške rajčice čini zanimljivima nije samo to što proizvode alkaloide, već to što proizvode 'pogrešne' alkaloide, ili barem one koji nisu viđeni u rajčicama od njihovih ranih evolucijskih dana.

Istraživači su analizirali više od 30 uzoraka rajčica prikupljenih s različitih geografskih lokacija diljem otoka. Otkrili su da biljke na istočnim otocima proizvode iste alkaloide koji se nalaze u modernim kultiviranim rajčicama, no na zapadnim otocima, rajčice su proizvodile drugačiju verziju s molekularnim otiskom srodnika patlidžana od prije milijuna godina.

Ta razlika svodi se na stereokemiju, odnosno način na koji su atomi raspoređeni u trodimenzionalnom prostoru. Dvije molekule mogu sadržavati potpuno iste atome, ali se ponašati potpuno drugačije ovisno o tome kako su ti atomi raspoređeni.

Kako bi shvatili kako su rajčice izvršile promjenu, istraživači su ispitali enzime koji sastavljaju ove molekule alkaloida. Otkrili su da je promjena samo četiri aminokiseline u jednom enzimu dovoljna da se struktura molekule promijeni iz moderne u drevnu.

Dokazali su to sintetiziranjem gena koji kodiraju te enzime u laboratoriju i njihovim umetanjem u biljke duhana, koje su odmah počele proizvoditi stare spojeve.

Uzorak nije bio slučajan. Poklapao se s geografijom. Rajčice na istočnim, starijim otocima, koji su stabilniji i biološki raznolikiji, proizvele su moderne alkaloide. One na mlađim, zapadnim otocima, gdje je krajolik neplodniji, a tlo manje razvijeno, usvojile su stariji kemijski sastav.

Istraživači sumnjaju da okoliš na novijim otocima može potaknuti preokret. „Moguće je da molekula predaka pruža bolju obranu u težim zapadnim uvjetima“, rekao je Jozwiak.

Kako bi provjerili smjer promjene, tim je napravio svojevrsno evolucijsko modeliranje koje koristi modernu DNK za zaključivanje o osobinama davno izumrlih predaka. Rajčice na mlađim otocima odgovarale su onome što su vjerojatno proizvodili ti rani preci.

Ipak, nazvati ovo "obrnutom evolucijom" je smjelo. Iako je ponovna pojava starih osobina dokumentirana kod zmija, riba, pa čak i bakterija, rijetko je to ovako jasno ili kemijski precizno.

„Neki ljudi ne vjeruju u ovo“, rekao je Jozwiak. „Ali genetski i kemijski dokazi ukazuju na povratak u stanje predaka. Mehanizam postoji. Dogodilo se.“