Omul are una dintre cele mai mari rate de mutații dintre toate speciile. O consecință este că aproximativ 5% dintre noi suferim de o boală genetică „rară”.
Pentru Hamlet al lui Shakespeare, noi, oamenii, suntem „culmea creației din lumea animală”. Dar progresele recente în genetică sugerează că oamenii sunt departe de a fi cea mai importantă realizare a evoluției.
De exemplu, oamenii au o proporție excepțional de ridicată de ovule fertilizate cu un număr incorect de cromozomi și una dintre cele mai mari rate de mutații genetice nocive.
În noua mea carte, „The Evolution of Imperfection” (Evoluția imperfecțiunii), susțin că două trăsături ale biologiei noastre explică de ce genetica noastră se află într-o stare atât de precară.
În primul rând, multe dintre trăsăturile umane au evoluat când populațiile erau mici și, în al doilea rând, ne hrănim copiii printr-o placentă.
Reproducerea noastră este riscantă atât pentru mamă, cât și pentru embrion. Pentru fiecare copil născut, alte două ovule fertilizate nu ajung niciodată să se dezvolte.
Majoritatea embrionilor umani aflați în stadii incipiente au probleme cromozomiale. La mamele mai în vârstă, acești embrioni tind să aibă prea mulți sau prea puțini cromozomi din cauza unor erori în procesul de formare a ovulelor care ar trebui să conțină doar o copie a fiecărui cromozom. Cei mai mulți embrioni cu anomalii cromozomiale nu ajung nici măcar până în săptămâna a șasea, astfel că nu sunt recunoscuți ca sarcini propriu-zise.
Aproximativ 15% dintre sarcinile recunoscute se încheie prin avort spontan, de obicei înainte de săptămâna a 12-a, acest procent crescând până la 65% la femeile peste 40 de ani. Aproape jumătate dintre avorturile spontane sunt cauzate de probleme cromozomiale.
Și alte mamifere se confruntă cu probleme similare de număr cromozomial, dar cu o rată de eroare de aproximativ 1% pe cromozom. Vacile, de exemplu, ar trebui să aibă 30 de cromozomi în spermatozoizi sau ovule, dar aproximativ 30% dintre ovulele lor fertilizate au un număr incorect de cromozomi.
La oameni, care au 23 de cromozomi, ar trebui să avem aproximativ 23% dintre ovulele fertilizate cu un număr greșit de cromozomi, dar rata noastră este mai mare, în parte pentru că în prezent ne reproducem târziu, iar erorile cromozomiale cresc odată cu vârsta maternă.
Dacă embrionul supraviețuiește, urmează riscul de diabet gestațional și probleme de tensiune arterială, în special preeclampsia, o afecțiune potențial letală pentru mamă și copil, care afectează aproximativ 5% din sarcini. Este un fenomen strict specific oamenilor.
Notă scientia - preeclampsia este o complicație a sarcinii caracterizată prin hipertensiune arterială, exces de proteine în urină și niveluri crescute ale enzimelor hepatice.
Istoric vorbind, până în jurul anului 1800 nașterea era extrem de periculoasă, cu un risc de mortalitate maternă de aproximativ 1%, în principal din cauza preeclampsiei, hemoragiilor și infecțiilor.
La macacii japonezi în schimb, chiar dacă puii au și ei capul mare, nu se observă mortalitate maternă.
Progresele în îngrijirea maternală au făcut ca în prezent rata mortalității materne în Marea Britanie să scadă la 0,01%.
Multe dintre aceste probleme sunt legate de placentă. Să ne comparăm, de exemplu, cu pasărea kiwi, care încarcă un ou mare cu resurse și apoi stă pe el, chiar dacă este deja mort: timp și energie irosite. La mamifere, dacă embrionul nu este viabil, mama s-ar putea să nici nu știe că a fost conceput.
Rata ridicată a anomaliilor cromozomiale în stadiile incipiente ale sarcinii este o trăsătură tipică mamiferelor și se leagă de faptul că întreruperea timpurie a unei sarcini reduce costurile — mai puțin timp pierdut ținând un embrion mort și fără a sacrifica resursele necesare pentru ca un embrion viabil să devină copil.
Dar reducerea costurilor nu este suficientă pentru a explica de ce problemele cromozomiale sunt atât de frecvente la mamifere.
În timpul procesului de formare a unui ovul fertilizabil cu o singură copie a fiecărui cromozom, se produce o celulă „soră”, numită „corp polar”. Acesta are rolul de a elimina jumătate dintre cromozomi. Din punct de vedere evolutiv, este posibil ca un cromozom să „refuze” să meargă în corpul polar și să rămână în ovulul ce urmează a fi fertilizat.
Acest lucru forțează redirecționarea resurselor către embrionii viabili. Aceasta ar putea explica de ce erorile cromozomiale sunt în majoritate de origine maternă și de ce alte vertebrate, care nu pot redirecționa la fel de eficient energia economisită, nu par să aibă aceleași probleme cromozomiale embrionare.
Problemele noastre cu diabetul gestațional sunt o consecință a faptului că fătul eliberează substanțe chimice din placentă în sângele mamei pentru a menține glucoza disponibilă. Problemele legate de preeclampsie sunt asociate cu placente disfuncționale, în parte din cauza respingerii fetale de către sistemul imunitar matern.
Sexul neprotejat regulat poate proteja femeile împotriva preeclampsiei, ajutând corpul mamei să se obișnuiască cu proteinele paterne. Faptul că preeclampsia este specifică oamenilor ar putea să aibă legătură cu placentele noastre extrem de invazive, care pătrund adânc în mucoasa uterină — probabil o necesitate pentru dezvoltarea creierelor noastre neobișnuit de mari.
Alte particularități ale noastre sunt prezise de cea mai influentă teorie evoluționistă din ultimele 50 de ani: teoria aproape-neutră. Aceasta afirmă că selecția naturală este mai puțin eficientă atunci când o specie are un număr mic de indivizi.
O mutație ușor dăunătoare poate fi eliminată dintr-o populație dacă aceasta este mare, dar poate deveni mai frecventă, prin hazard, dacă populația este mică. Cele mai multe trăsături specifice umane au evoluat când mărimea populației noastre era în jur de 10.000 de indivizi, în Africa, înainte de extinderea recentă (ultimii 20.000 de ani). O dimensiune minusculă în comparație cu, de exemplu, populațiile de bacterii.
Aceasta explică de ce genomul nostru este atât de încărcat. Rolul principal al ADN-ului este să ofere instrucțiuni celulelor noastre despre cum să producă proteinele esențiale pentru viață.
Aceasta este realizată de doar 1% din ADN-ul nostru, în timp ce la bacteria intestinală Escherichia coli 85% din ADN are acest rol. O parte din ADN-ul nostru este necesar din alte motive, cum ar fi controlul activării genelor. Totuși, doar aproximativ 10% din ADN-ul nostru pare că ar fi util.
Dacă o populație este mică, apar și mai multe dificultăți în a corecta erorile genetice, cum sunt mutațiile. Deși unele mutații ADN pot fi benefice, în general ele sunt o povară. Ele sunt baza bolilor genetice, fie complexe (precum boala Crohn sau predispoziția la cancer), fie cauzate de un singur gen (precum fibroza chistică sau boala Huntington).
Avem una dintre cele mai mari rate de mutații dintre toate speciile. Alte specii cu populații masive au rate de mutație de peste o mie de ori mai mici — o altă predicție a teoriei aproape-neutre.
Rata de mutație (per pereche de baze pe generație) este mai mare când dimensiunea populației este mai mică, așa cum prevede modelul aproape-neutru al evoluției.
Credit: Laurence D. Hurst
O consecință a ratei noastre ridicate de mutație este că aproximativ 5% dintre noi suferim de o boală genetică „rară”.
Medicina modernă poate ajuta la vindecarea multor afecțiuni, dar dacă nu putem face nimic în privința ratei noastre de mutație, tot ne vom îmbolnăvi.
Traducere după How did humans evolve such rotten genetics de Laurence D. Hurst, profesor de genetică evolutivă la The Milner Centre for Evolution, University of Bath.
