גודל הגנום והתפתחות הגנים החדשים

למרות אופיו הפשוט של הקוד הגנטי, קיימת שונות ניכרת מבחינת גודל הגנום, מהגנומים הקטנים ביותר הידועים - כולל הפרוטאובקטריום Candidatus Carsonella ruddii בפחות מ-160 אלף זוגות בסיסים, לגדולים ביותר, כמו צמח הפרחים היפני Paris japonica בסביבות 150 מיליארד.

למרות הקיצוניות הזו, לחיידקים וארכאונים יש בדרך כלל כ-3,000 גנים בתוך הגנום שלהם. מכיוון שלפרוקריוטים אין כמעט רצפים שאינם מקודדים, משמעות הדבר היא שהגנום שלהם יכול להיות קטן יחסית לאלה של איקריוטים. גנומים קטנים יותר פירושם גם פחות לשכפל בכל סבב של חלוקת תאים - מה שהגיוני לוגיסטית להתרבות מהירה.

לאיקריוטים יש בדרך כלל איפשהו באזור 20,000 גנים, אבל הגנום שלהם מנוקד על ידי רצועות ארוכות של רצפים לא מקודדים - כלומר גודל הגנום שלהם לא בהכרח מתורגם למורכבות.

הגנום של פריז ג'פוניקה הוא אולי גדול פי חמישים מהגנום האנושי - אבל זה נובע, לפחות בחלקו, מכמויות עצומות של רצפים לא מקודדים וכנראה רמות גבוהות של שכפול - לא בהכרח גנים חדשים יותר.

אז איך אורגניזמים מפתחים גנים חדשים? התשובה היא בדרך כלל על ידי שינוי הרצף שכבר קיים.

אחד המשאבים העיקריים להתפתחות גנים חדשים הוא באמצעות שכפול גנים. דמיינו שמקטע דנ"א המכיל גן משוכפל בטעות. עכשיו האורגניזם יש עותק שני של גן קיים.

עותקי גנים חדשים כאלה חופשיים מהמגבלות המוטלות על המקור כדי לשמור על תפקודם, ולכן הם יכולים לסטות - מה שעשוי לפתח תפקיד חדש או פונקציה שונה של המקור.

דרך נוספת ליצור גנים חדשים היא ערבוב דנ"א - שבו מקטעים של גן קיים או עותק גן קיים מופרדים ומועברים להצטרף לאלה של גן אחר - מה שהופך גן היברידי שיכול לקבל תפקיד חדש.

מוטציה תוך-גנית - השינויים ברצף הגנים שהוכנסו על ידי מוטציות לאורך זמן, מהווים גנים "חדשים" רבים. סטייה זו בולטת ביותר כאשר משווים בין מינים או שושלות אשר עצמם מתפצלים באופן עצמאי. ברגע שהסטייה הזו היא מעבר לנקודה מסוימת, או שגן אחד מקבל תפקיד חדש, הם עשויים להיות מסווגים כגנים שונים לחלוטין.

לבסוף, העברת גנים אופקית מביאה גנים ורצפים חדשים לגנום ממקורות חיצוניים - כגון פרטים אחרים ואפילו מינים אחרים. סוג זה של רכישת גנים חדשים נפוץ ביותר בפרוקריוטים ובארכאה, כאשר העברת גנים של עמידות לאנטיביוטיקה היא דוגמה ידועה.

למרות שהוא נדיר באיקריוטים, הוא עדיין נחשב למקור חיוני לחידוש גנטי, וחומר גנטי יכול אפילו להגיע ממינים קרובים רחוקים, כמו החיידקים והפטריות בדוגמה זו.