1.8: حجم الجينوم وتطور الجينات الجديدة

في حين أن كل كائن حي لديه جينوم من نوع ما (سواء كان RNA أو DNA)، إلا أن هناك تباينًا كبيرًا في أحجام هذه المخططات. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على حجم الجينوم هو ما إذا كان الكائن الحي بدائي النواة أو حقيقي النواة. في بدائيات النوى، يحتوي الجينوم على القليل من التسلسل غير المشفر أو لا يحتوي على أي تسلسل، بحيث تتجمع الجينات بإحكام في مجموعات أو مشغلات بشكل تسلسلي على طول الكروموسوم. وعلى العكس من ذلك، فإن الجينات الموجودة في حقيقيات النوى تتخللها فترات طويلة من التسلسل غير المشفر. بشكل عام، يساهم هذا في ظاهرة أن جينومات بدائيات النوى تميل إلى أن تكون أصغر (أي تحتوي على عدد أقل من القواعد) في المتوسط من جينومات حقيقيات النوى.

ومن غير المستغرب، في ضوء هذه الملاحظة، أن أصغر الجينومات المعروفة هي في الغالب بدائيات النوى. على سبيل المثال، تعد كانديداتوس كارسونيلا رودي (Candidatus Carsonella rudii) من البكتيريا البروتينية المبسطة للغاية والتي يبلغ حجم جينومها 160 ألف زوج قاعدي فقط. بعد أن فقدت العديد من الجينات التي كانت بحاجة إليها لتصنيع البروتينات الأساسية للحياة، تطورت لتصبح متكافلة إلزامية داخل الخلايا. وفي الطرف المقابل من الطيف، يعد النبات الزهري الياباني حقيقي النواة باريس جابونيكا واحدًا من أكبر الجينومات المعروفة، حيث يضم حوالي 150 مليار زوج قاعدي. على الرغم من أن عدد الجينات التي يشفرها هذا غير معروف، إلا أن الجينوم يُظهر كميات هائلة من التكرار والتسلسل غير المشفر.

يوجد داخل جينوم بدائيات النوى المتوسطة ما يقرب من 3000 جين. يبلغ متوسط عدد حقيقيات النوى في مكان ما حوالي 20000. لكن حجم الجينوم، وخاصة في حقيقيات النوى، متغير بشكل كبير - ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى كمية التسلسل غير المشفر.

خلق جينات جديدة

من أجل تطوير جينات جديدة، لدى الكائنات الحية عدد قليل من الخيارات الرئيسية. الشيء الوحيد المشترك بين معظم هذه العناصر هو أنها تقوم بتعديل التسلسلات الموجودة بالفعل.

يلعب التضاعف دورًا مهمًا في تكوين جينات جديدة، وهناك أنواع قليلة من التضاعف التي يمكن أن تؤدي إلى هذه التسلسلات الجديدة. في ازدواج الجينات، يتم تكرار جزء من الحمض النووي الذي يحتوي على الجين. هذه النسخة الثانية لا تواجه ضغط الاختيار الذي يقيد الأولى، وبالتالي يمكن أن تتباعد. وبمرور الوقت، يمكن أن يؤدي هذا إلى تطور جينات جديدة لها أدوار جديدة.

هناك نوع آخر من التضاعف - خلط الحمض النووي - يمكن أن يؤدي إلى تكرار جزء فقط من الجين وانضمامه إلى جين آخر. وهذا يمكن أن يؤدي إلى خلق جينات جديدة، مع منتجات جديدة.

في بعض الأحيان تتطور الجينات الجديدة ببساطة من الطفرات المتراكمة مع مرور الوقت. يُعرف هذا بالطفرة داخل الجينات، ويكون أكثر وضوحًا عند المقارنة بين الأنواع أو المجموعات المتباينة.

وأخيرا، من الممكن أيضا الحصول على جينات جديدة من مصادر خارجية، في عملية تعرف باسم نقل الجينات الأفقي. وهذا يعني أنه يمكن دمج المادة الوراثية من أفراد آخرين، وأحيانًا من نفس النوع، ولكن من المحتمل أيضًا أن تكون من نوع آخر تمامًا. وهذا مصدر متكرر للجينات الجديدة في بدائيات النوى والعتائق. وهو أقل شيوعًا في حقيقيات النوى، ولكن ثبت حدوثه، ويمكن لحقيقيات النوى حتى التقاط المعلومات الوراثية من مصادر بعيدة مثل البكتيريا أو الفطريات.