ในหนังสือWonderful Life ของเขาในปี 1989 นักชีววิทยาวิวัฒนาการ Stephen Jay Gould แย้งว่าหากเราสามารถ “เล่นเทปซ้ำ” สิ่งมีชีวิตบนโลกจะวิวัฒนาการแตกต่างกันโดยพื้นฐานในแต่ละครั้ง เขาพูดถูกไหม? วิวัฒนาการแบบมาบรรจบกัน ซึ่งมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันวิวัฒนาการเพื่อทำหน้าที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกันในระยะไกล นำเสนอแบบจำลองที่ยอดเยี่ยมในการดำเนินการทดลองทางความคิดของโกลด์ ตัวอย่างคลาสสิกอย่างหนึ่งของวิวัฒนาการที่บรรจบกันคือวิวัฒนาการของปีก
และการบินอย่างอิสระของแมลง นก เทอโรซอร์ และค้างคาว
อีกประการหนึ่งคือการเกิดมีชีวิต (หรือ “viviparity”) ซึ่งวิวัฒนาการโดยอิสระจากการวางไข่มากกว่า 150 ครั้งในสัตว์มีกระดูกสันหลัง (สัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง)
เพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เราศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับการตั้งครรภ์และการเกิดมีชีพใน 6 สายพันธุ์ที่มีชีวิตที่แตกต่างกัน เราค้นพบว่า แม้จะมีความคล้ายคลึงกันในวงกว้างในด้านกายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาที่เกี่ยวข้อง แต่แต่ละสปีชีส์ก็ใช้เครื่องมือทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงเพื่อให้กำเนิดลูกที่ยังมีชีวิต
การเกิดมีชีพถูกควบคุมโดยชุดยีนสากลหรือไม่?
ในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีชีวิตเกือบทั้งหมดที่ตรวจสอบจนถึงตอนนี้ การเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อระหว่างตั้งครรภ์และกระบวนการทางชีวฟิสิกส์ในระหว่างตั้งครรภ์นั้นคล้ายคลึงกันอย่างมาก
การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างการตั้งท้องและการคลอดจะต้องถูกควบคุมโดยพันธุกรรมเป็นหลัก และเราทราบดีว่าการแสดงออกของยีนเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างตั้งครรภ์ในสัตว์ที่มีชีวิตหลายชนิด
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น ยีนตัวเดียวกันนี้ใช้ในระหว่างตั้งครรภ์ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและปลาหรือไม่ หรือผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันเกิดจากยีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง?
นั่นคือสิ่งที่เราตั้งใจที่จะค้นพบในการศึกษาของเราซึ่งตีพิมพ์ใหม่ใน Molecular Biology and Evolution โดยความร่วมมือกับนักวิจัยจาก University of Queensland และ James Cook University
การวัดกิจกรรมของยีนในระหว่างตั้งครรภ์
พัฒนาการของสัตว์ถูกควบคุมโดยยีน สภาพแวดล้อม และปฏิสัมพันธ์ระหว่างสัตว์ทั้งสอง
ระดับการแสดงออกของยีนจะเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติเมื่อเวลา
ผ่านไป เนื่องจากสัตว์มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและผ่านการ เปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยา เช่น ที่เกี่ยวข้องกับการตั้งครรภ์ การใช้เทคนิคที่เรียกว่า “การถอดเสียง” เราสามารถถ่ายภาพการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในการแสดงออกของยีนเมื่อเกิดขึ้น
ในการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่เกิดขึ้นในมดลูกระหว่างตั้งครรภ์ในสายพันธุ์ต่างๆ เราได้รวบรวมตัวอย่างหรือใช้ข้อมูลที่มีอยู่จากสัตว์มีชีวิต 6 ชนิด ได้แก่ ฉลามจมูกแหลมของออสเตรเลีย กิ้งก่าออสเตรเลีย 3 สายพันธุ์ หนูพันธุ์หางสั้นสีเทา และสีน้ำตาล หนูทดลอง
การสุ่มตัวอย่างสัตว์ที่หลากหลายนี้ช่วยให้เราสามารถระบุได้ว่าการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนแบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการตั้งครรภ์ข้ามสปีชีส์หรือไม่
งานของเราคือการศึกษาเชิงปริมาณครั้งแรกเกี่ยวกับพื้นฐานทางพันธุกรรมของการเกิดมีชีพในระดับวิวัฒนาการที่กว้างเช่นนี้
มีหลายวิธีในการเลี้ยงลูก
เราคาดว่าจะพบยีนเดียวกันหลายตัวที่ใช้ในระหว่างตั้งครรภ์เพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตและการอยู่รอดของตัวอ่อนในแต่ละสายพันธุ์ที่เราสุ่มตัวอย่าง
สมมติฐานนี้ดูมีเหตุผล เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ ในการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาคระหว่างตั้งครรภ์ในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่ มีชีวิต รวมทั้งการค้นพบเชิงคุณภาพจากการวิจัยก่อนหน้านี้
แต่เราพบว่าไม่มี “ยีนที่มีชีวิต” ชุดเดียวที่ใช้ในระหว่างตั้งครรภ์ในสัตว์ตัวอย่างของเรา กล่าวอีกนัยหนึ่ง วิวัฒนาการได้รวมเอาหน้าที่ที่คล้ายคลึงกันสำหรับการตั้งครรภ์ที่ประสบความสำเร็จ แต่หน้าที่เหล่านั้นเกิดขึ้นได้โดยการสรรหายีนกลุ่มต่างๆ
แม้จะไม่ใช่สิ่งที่เราคาดหวัง แต่การค้นพบนี้ก็สมเหตุสมผลเช่นกัน สายพันธุ์สัตว์ที่แตกต่างกันอาจมี”กล่องเครื่องมือ” ที่แตกต่างกันของยีนที่จะดึงออกมา เนื่องจากประวัติวิวัฒนาการที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกมัน
“กล่องเครื่องมือ” ทางพันธุกรรมอาจถูกมองว่าเป็นยีนประเภทกว้างๆ ที่ทำหน้าที่พื้นฐานคล้ายคลึงกัน ในช่วงเวลาอันยาวนานของวิวัฒนาการ ยีนต่างๆ จากกล่องเครื่องมือของบรรพบุรุษนี้สามารถคัดเลือกมาทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาที่เหมือนกันในสัตว์ต่างๆ
ตัวอย่างเช่น ทารกที่กำลังพัฒนาต้องการการเข้าถึงแหล่งกรดอะมิโนเพื่อการพัฒนาที่ประสบความสำเร็จ ในหลายสปีชีส์ กรดอะมิโนเหล่านี้ถูกขนส่งจากแม่สู่ลูกในครรภ์ผ่านรกผ่านยีน
เราระบุยีนพาหะของตัวถูกละลายที่แตกต่างกันมากกว่า 75 ยีนในกล่องเครื่องมือทางพันธุกรรมแบบรวมของสปีชีส์ที่เราศึกษา อย่างไรก็ตาม แต่ละสปีชีส์ได้รับยีนที่แตกต่างกันจากกล่องเครื่องมือเพื่อขนส่งกรดอะมิโนในระหว่างตั้งครรภ์
ความคล้ายคลึงกันในระดับมาก เช่น กายวิภาคศาสตร์และการทำงานของมดลูก ดูเหมือนจะสามารถคาดเดาได้ ดูเหมือนว่าพวกเขาจะพัฒนาซ้ำแล้วซ้ำอีกเพื่อแก้ปัญหาความท้าทายทางชีวฟิสิกส์ของการตั้งครรภ์ที่ประสบความสำเร็จ
