V sodelovanju z znanstveniki iz Združenega kraljestva, Evrope, Japonske in Združenih držav so raziskovalci v Centru za sekvenciranje človeškega genoma na Baylor College of Medicine odkrili celotno podvajanje genoma med evolucijo pajkov in škorpijonov. Študija se pojavlja v BMC Biology.
Raziskovalci že dolgo preučujejo pajke in škorpijone iz uporabnih razlogov, kot so preučevanje komponent strupa za farmacevtske izdelke in svile za znanost o materialih, ter za osnovna vprašanja, kot so razlogi za evolucijo in razumevanje razvoja in ekološkega uspeha te raznolike skupine mesojedih organizmov.
V okviru pilotnega projekta za i5K, projekt za preučevanje genomov 5000 vrst členonožcev, je Center za sekvenciranje človeškega genoma analiziral genom hišnega pajka Parasteatoda tepidariorum - vzorčne vrste, ki so jo preučevali v laboratorijih - in Arizonski škorpijon Centruroides sculpturatus, - najbolj strupeni škorpijon v Severni Ameriki.
Analiza teh genomov je pokazala, da so se pajki in škorpijoni razvili iz skupnega prednika pred več kot 400 milijoni let, ki je naredil nove kopije vseh genov v svojem genomu, proces, imenovan podvajanje celotnega genoma. Tak dogodek je ena največjih evolucijskih sprememb, ki se lahko zgodi genomu in je med evolucijo živali razmeroma redek.
Dr. Stephen Richards, izredni profesor v Centru za sekvenciranje človeškega genoma, ki je vodil sekvenciranje genoma pri Baylorju, je dejal: "Izjemno razburljivo je videti hiter napredek v našem molekularnem razumevanju vrste, s katero sobivamo na planetu Zemlja. Analiza pajkovega genoma je še posebej zapletena in verjamemo, da je to eden najkakovostnejših pajkovih genomov do zdaj."
Podobno sta bili tudi dve celi podvojitvi genoma pri izvoru vretenčarjev, kar je spodbudilo dolgoletno razpravo o tem, ali so podvojeni geni omogočili novo biološko kompleksnost v evoluciji rodu vretenčarjev, ki vodi do sesalcev. Nova ugotovitev podvajanja celotnega genoma pri pajkih in škorpijonih zato zagotavlja dragoceno primerjavo z dogodki pri vretenčarjih in bi lahko pomagala razkriti gene in procese, ki so bili pomembni za naš lastni razvoj.
"Medtem ko se večina novega genskega materiala, ustvarjenega z podvajanjem celotnega genoma, pozneje izgubi, lahko nekatere od novih genskih kopij razvijejo nove funkcije in lahko prispevajo k diverzifikaciji oblike, velikosti, fiziologije in obnašanja živali, " je dejal dr. Alistair McGregor, profesor evolucijske razvojne biologije na univerzi Oxford Brookes in glavni avtor raziskave."Primerjava celotnega podvajanja genoma pri pajkih in škorpijonih z neodvisnimi dogodki pri vretenčarjih razkriva presenetljivo podobnost. V obeh primerih so se ohranile podvojene skupine Hox genov. To so zelo pomembni geni, ki uravnavajo razvoj telesnih struktur pri vseh živalih, in zato lahko povzroči evolucijske spremembe v načrtih živalskega telesa."
Študija je tudi pokazala, da kopije genov spider Hox kažejo razlike v tem, kdaj in kje so izraženi, kar kaže, da so razvile nove funkcije.
McGregor pojasnjuje, da lahko te spremembe pomagajo razjasniti evolucijske inovacije pri pajkih in škorpijonih, vključno s specializiranimi okončinami in načinom njihovega dihanja, ter proizvodnjo različnih vrst strupa in svile, ki jih pajki uporabljajo za lovljenje in ubijanje plena..
"Mnogi se bojijo pajkov in škorpijonov, toda ta raziskava kaže, kako lep del evolucijskega drevesa predstavljajo," je dejal dr. Richard Gibbs, direktor Centra za sekvenciranje človeškega genoma in katedre Wofford Cain ter profesor molekularne in človeške genetike pri Baylorju.
"Stroški so zdaj dovolj hitro padli z desetine milijonov dolarjev na le nekaj tisoč dolarjev, da se lahko te genomske analize zdaj izvajajo na kateri koli vrsti," je dejal Richards. "Še veliko se je treba naučiti o življenju na zemlji okoli nas in verjamem, da je ta rezultat šele začetek razumevanja molekularne sestave pajkov."
