Συρρίκνωση DNA νυχτερίδας και ελαστικά γονιδιώματα

Πάρτε ένα κρεμμύδι. Κόψτε το πολύ λεπτές. Πιο λεπτό από το λεπτό λεπτό χαρτί:λεπτότερο με ένα κύτταρο. Στη συνέχεια, βουτήξτε μια φέτα σε μια σειρά από χημικά λουτρά μαγειρεμένα για να λεκιάσουν το DNA. Τα βαμμένα νήματα θα πρέπει να εμφανίζονται σε λαμπερό ματζέντα - τα δακτυλικά αποτυπώματα των οδηγιών της ζωής τόσο ζωντανά όσο τα ροδοπέταλα σε ένα συζυγικό κρεβάτι. Τώρα μπορείτε να μετρήσετε πόσο DNA υπάρχει σε κάθε κύτταρο. Είναι απλά θέμα όγκου και πυκνότητας. Ένας υπολογιστής μπορεί να αναβοσβήνει την απάντηση σε δευτερόλεπτα:17 πικογραμμάρια. Πρόκειται για περίπου 16 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων — τους μοριακούς κρίκους μιας αλυσίδας DNA.

Ίσως αυτός ο αριθμός δεν σημαίνει πολλά για εσάς. Ή ίσως ξύνετε το κεφάλι σας, υπενθυμίζοντας ότι το δικό σας κληρονομικό σχέδιο ζυγίζει μόνο 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων. «Ε;» αστειεύτηκε ο Ilia Leitch, ένας εξελικτικός βιολόγος στους Βασιλικούς Βοτανικούς Κήπους, στο Kew, στην Αγγλία. Η αντίδρασή της μιμήθηκε τη σύγχυση αμέτρητων ανθρωποκεντρικών μυαλών που έχουν προβληματιστεί σχετικά με αυτήν την ασυμφωνία από τότε που οι επιστήμονες άρχισαν να συγκρίνουν τα γονιδιώματα των ειδών πριν από περισσότερα από 70 χρόνια. «Γιατί ένα κρεμμύδι έχει πέντε φορές περισσότερο DNA από εμάς; Είναι πέντε φορές πιο έξυπνοι;»

Φυσικά, δεν ήταν μόνο το κρεμμύδι που ανέτρεψε τις υποθέσεις σχετικά με τη σύνδεση μεταξύ της πολυπλοκότητας ενός οργανισμού και του μεγάλου όγκου του γενετικού του κώδικα. Στην πρώτη ευρεία έρευνα για τα μεγέθη του γονιδιώματος των ζώων, που δημοσιεύτηκε το 1951, οι Arthur Mirsky και Hans Ris —πρωτοπόροι στη μοριακή βιολογία και την ηλεκτρονική μικροσκοπία, αντίστοιχα — ανέφεραν με δυσπιστία ότι η σαλαμάνδρα που μοιάζει με φίδι Amphiuma περιέχει 70 φορές περισσότερο DNA από ένα κοτόπουλο, «ένα πολύ πιο ανεπτυγμένο ζώο». Οι δεκαετίες που ακολούθησαν έφεραν περισσότερες εκπλήξεις:ιπτάμενα πουλιά με μικρότερο γονιδίωμα από ακρίδες. πρωτόγονα πνευμονόψαρα με μεγαλύτερα γονιδιώματα από τα θηλαστικά. ανθοφόρα φυτά με 50 φορές λιγότερο DNA από τον άνθρωπο και ανθοφόρα φυτά με 50 φορές περισσότερο. μονοκύτταρα πρωτόζωα με μερικά από τα μεγαλύτερα γνωστά γονιδιώματα όλων.

Ακόμη και αν παραμερίσουμε τις γενετικές μικρογραφίες των ιών, τα μεγέθη του κυτταρικού γονιδιώματος που έχουν μετρηθεί μέχρι σήμερα ποικίλλουν περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές. Σκεφτείτε τα βότσαλα εναντίον του Έβερεστ. «Είναι απλά τρελό», είπε ο Leitch. "Γιατί να είναι αυτό;"

Μέχρι τη δεκαετία του 1980, οι βιολόγοι είχαν μια μερική απάντηση:Το μεγαλύτερο μέρος του DNA δεν αποτελείται από γονίδια – αυτές οι λειτουργικές γραμμές κώδικα που μεταφράζονται στα μόρια που εκτελούν τη λειτουργία ενός κυττάρου. «Τα μεγάλα γονιδιώματα έχουν τεράστιες ποσότητες μη κωδικοποιητικού DNA», είπε ο Leitch. "Αυτό είναι που οδηγεί τη διαφορά."

Αλλά παρόλο που αυτή η εξήγηση έλυσε το παράδοξο του έξυπνου κρεμμυδιού, δεν ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητική. «Απλώς άνοιξε περισσότερα κουτιά σκουληκιών», είπε ο Ryan Gregory, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Guelph που διαχειρίζεται τη διαδικτυακή βάση δεδομένων μεγέθους γονιδιώματος των ζώων. Γιατί, για παράδειγμα, ορισμένα γονιδιώματα περιέχουν πολύ λίγο μη κωδικοποιητικό DNA — επίσης, αμφιλεγόμενα, αποκαλούμενο συχνά «άχρηστο DNA» — ενώ άλλα το συσσωρεύουν; Όλη αυτή η ακαταστασία —ή η έλλειψή της— εξυπηρετεί κάποιο σκοπό;

Τον περασμένο Φεβρουάριο, μια δελεαστική ένδειξη προέκυψε από έρευνα με επικεφαλής την Aurélie Kapusta, ενώ ήταν μεταδιδακτορική συνεργάτιδα με τον Cedric Feschotte, έναν γενετιστή τότε στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, μαζί με τον Alexander Suh, έναν εξελικτικό βιολόγο στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία. Η μελέτη, μια από τις πρώτες του είδους της, συνέκρινε αλληλουχίες γονιδιώματος σε διάφορες σειρές θηλαστικών και πτηνών. Έδειξε ότι καθώς τα είδη εξελίχθηκαν, κέρδισαν και απέρριψαν εκπληκτικές ποσότητες DNA, αν και το μέσο μέγεθος των γονιδιωμάτων τους παρέμεινε σχετικά σταθερό. «Βλέπουμε ότι το γονιδίωμα είναι πολύ δυναμικό, πολύ ελαστικό», είπε ο Feschotte, ο οποίος τώρα βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο Cornell.

Για να εξηγήσει αυτόν τον τεράστιο κύκλο εργασιών DNA, ο Feschotte προτείνει ένα «μοντέλο ακορντεόν» εξέλιξης, σύμφωνα με το οποίο τα γονιδιώματα διαστέλλονται και συστέλλονται, συγκεντρώνοντας για πάντα νέα ζεύγη βάσεων και απορρίπτοντας τα παλιά. Αυτή η μοριακή γυμναστική αντιπροσωπεύει κάτι περισσότερο από μια περιέργεια. Υπονοούν τις κρυφές δυνάμεις που διαμορφώνουν το γονιδίωμα — και τους οργανισμούς που γεννούν τα γονιδιώματα.

Η δυναμική του DNA

Τα πρώτα σημάδια ότι η κληρονομικότητα περιλαμβάνει τη μετάδοση περισσότερων από απλά γονίδια εμφανίστηκαν την εποχή που ο Mirsky και ο Ris θαύμαζαν την τεράστια έκταση του γονιδιώματος της σαλαμάνδρας. Στη δεκαετία του 1940, ένας Σουηδός γενετιστής ονόματι Gunnar Östergren γοητεύτηκε με τις περίεργες κληρονομικές δομές που βρέθηκαν σε ορισμένα φυτά. Ο Östergren έγραψε ότι οι δομές, γνωστές ως χρωμοσώματα Β, φαινόταν ότι «δεν έχουν καθόλου χρήσιμη λειτουργία για τα είδη που τα φέρουν». Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτές οι εξωτερικές αλληλουχίες ήταν «γενετικά παράσιτα» - αεροπειρατές του αναπαραγωγικού μηχανισμού του γονιδιώματος του «ξενιστή». Τρεις δεκαετίες αργότερα, ο εξελικτικός βιολόγος Richard Dawkins εδραίωσε αυτή την ιδέα στο δημοφιλές βιβλίο του 1976 The Selfish Gene; η θεωρία προσαρμόστηκε γρήγορα για να εξηγήσει το μέγεθος του γονιδιώματος.

Μέχρι τότε, οι επιστήμονες είχαν μάθει ότι τα χρωμοσώματα Β είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα των μοριακών παρασίτων που κάνουν τα γονιδιώματα λίπος. Οι πιο παραγωγικοί freeloaders είναι κινητές σειρές DNA που ονομάζονται τρανσποζόνια, που αναγνωρίστηκαν το 1944 από την Barbara McClintock, την πρωτοποριακή κυτταρογενετική που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για αυτή την ανακάλυψη. Τα τρανσποζόνια είναι ευρέως γνωστά ως «γονίδια άλματος», αν και σπάνια είναι στην πραγματικότητα αληθινά γονίδια. Μπορούν να μεταδοθούν από τη μια γενιά στην άλλη ή να μεταδοθούν μεταξύ των ειδών, όπως οι ιοί, και έρχονται σε διάφορες γεύσεις. Μερικά κωδικοποιούν ένζυμα που κόβουν ένα τρανσποζόνιο από τη θέση του σε ένα γονιδίωμα και το επικολλούν αλλού. Άλλοι αντιγράφουν τον εαυτό τους κατασκευάζοντας πρότυπα RNA ή κλέβοντας ένζυμα από άλλα τρανσποζόνια. ("Μπορείτε να πάρετε παράσιτα μέσα στα παράσιτα", είπε ο Gregory.)

Δεν είναι δύσκολο να δούμε πώς αυτά τα αντίγραφα θα μπορούσαν να πολλαπλασιαστούν γρήγορα, καταλαμβάνοντας τελικά μεγάλα τμήματα ενός γονιδιώματος. (Περισσότερες από 100 μπορούν να εμφανιστούν σε μία μόνο γενιά μυγών· αποτελούν το 85 τοις εκατό του γονιδιώματος του καλαμποκιού και σχεδόν το μισό δικό μας.) Οι υποστηρικτές της θεωρίας του «εγωιστικού DNA» είδαν αυτή τη συσσώρευση ως την κινητήρια δύναμη της εξέλιξης του γονιδιώματος:Μέσα στο οικοσύστημα του πυρήνα ενός κυττάρου, η φυσική επιλογή θα ευνοούσε τα ταχέως πολλαπλασιαζόμενα τρανσποζόνια. Αλλά μόνο μέχρι ένα σημείο. Μόλις ένα γονιδίωμα φτάσει σε ένα ορισμένο μέγεθος, ο κύριος όγκος του θα άρχιζε να παρεμβαίνει στην ευημερία ενός οργανισμού - για παράδειγμα, επιβραδύνοντας τη διαίρεση των κυττάρων και επομένως τον ρυθμό ανάπτυξης του οργανισμού. Η επιλογή θα επανέλθει, αποτρέποντας περαιτέρω επέκταση. Το όριο θα εξαρτηθεί από τη βιολογία του οργανισμού.

Νέα στοιχεία σύντομα περιέπλεξαν αυτή την εικόνα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, ο Ντμίτρι Πετρόφ, τότε διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, άρχισε να παρακολουθεί μικρές μεταλλάξεις σε έντομα - τυχαίες γενετικές αλλαγές έως και μερικές εκατοντάδες ζεύγη βάσεων που προέκυψαν από βλάβη στο DNA, λάθη αντιγραφής και κακή επιδιόρθωση κλώνου. Ξεκίνησε με μύγες. Αναλύοντας τα ανενεργά τρανσποζόνια, έδειξε ότι ο παλιός κώδικας διαγραφόταν πιο γρήγορα από ό,τι γράφονταν νέες γραμμές (επειδή οι τυχαίες μεταλλάξεις είναι πιο πιθανό να διαγράψουν υπάρχοντα ζεύγη βάσεων παρά να εισάγουν νέα). Αναρωτήθηκε αν αυτή η «προκατάληψη διαγραφής» θα μπορούσε να εξηγήσει το σχετικά συμπαγές γονιδίωμα της μύγας. Επανέλαβε το πείραμα σε γρύλους και ακρίδες, των οποίων το γονιδίωμα είναι, αντίστοιχα, 10 και 100 φορές μεγαλύτερο από αυτό της μύγας. Αυτή τη φορά, τα ποσοστά διαγραφής, αν και εξακολουθούν να κυριαρχούν, ήταν πράγματι πολύ πιο αργά. Ήταν ορισμένα γονιδιώματα πιο ογκώδη από άλλα απλώς και μόνο επειδή δεν ήταν τόσο γρήγορα να καθαρίσουν τα συντρίμμια;

Με βάση αυτές και παρόμοιες παρατηρήσεις, ο Petrov παρουσίασε ένα νέο μοντέλο μεγέθους γονιδιώματος. Τα τρανσποζόνια, υποστήριξε, συσσωρεύονταν πάντα, μερικές φορές πολύ γρήγορα. (Ο αραβόσιτος, για παράδειγμα, έχει διπλασιάσει το γονιδίωμά του σε μόλις 3 εκατομμύρια χρόνια.) Αλλά με την πάροδο των αιώνων, μικρές εκτομές θα εξαφανίζονταν σιγά-σιγά στον κύριο όγκο ενός γονιδιώματος. Τελικά, ο ρυθμός της αποβολής θα ταιριάζει με τον ρυθμό δημιουργίας και το γονιδίωμα θα βρισκόταν σε ισορροπία. Οποιοσδήποτε αριθμός δυνάμεων στον χαοτικό πυρήνα μπορεί να ρυθμίσει — ή να επαναφέρει — αυτή την ισορροπία.

Δεν ήταν όλοι πεπεισμένοι. Ο Γρηγόρης, για ένα, υποστήριξε ότι η αυθόρμητη αλλαγή συνέβη πολύ αργά για να εξηγήσει τη δραματική μεταμόρφωση του μεγέθους του γονιδιώματος σε πολλές γενεαλογίες. Αλλά κανείς δεν μπορούσε να αρνηθεί ότι η απώλεια ήταν μια ισχυρή μεταμορφωτική δύναμη. Όπως έγραψε ο Gregory στο The Evolution of the Genome , «υπάρχουν πιο περίπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ [τρανσποζονίων] και των ξενιστών τους παρά αυστηρός παρασιτισμός». Το δύσκολο κομμάτι ήταν η εύρεση τους.

Τα κυματιστά γονιδιώματα των νυχτερίδων

Για τον Feschotte, η πληροφορία ήρθε από μια νυχτερίδα. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, μετά την πρόοδο στον προσδιορισμό της αλληλουχίας του DNA, τα εργαστήρια είχαν αρχίσει να αποκωδικοποιούν ολόκληρα γονιδιώματα και να μοιράζονται τα δεδομένα στο διαδίκτυο. Εκείνη την εποχή, η ομάδα του Feschotte δεν ενδιαφερόταν ιδιαίτερα για την εξελικτική δυναμική του μεγέθους του γονιδιώματος, αλλά ήταν εξαιρετικά περίεργοι για το τι θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τα τρανσποζόνια για την ιστορία της ζωής. Έτσι, όταν το γονιδίωμα της κοινής μικρής καφέ νυχτερίδας (Myotis lucifugus ), η πρώτη αλληλουχία γονιδιώματος από μια νυχτερίδα, εμφανίστηκε το 2006, η Feschotte ενθουσιάστηκε. Οι νυχτερίδες έχουν εντυπωσιακά μικρά γονιδιώματα για ένα θηλαστικό - μοιάζουν περισσότερο με αυτά των πτηνών - και φαινόταν πιθανό να επιφυλάσσουν εκπλήξεις.

Αναλύοντας τα 2 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων του πλάσματος, ο Feschotte και οι συνεργάτες του σκόνταψαν σε κάτι περίεργο. «Βρήκαμε μερικά πολύ περίεργα τρανσποζόνια», είπε. Επειδή αυτές οι παράξενες αλληλουχίες παρασίτων δεν εμφανίστηκαν σε άλλα θηλαστικά, ήταν πιθανό να εισέβαλαν αφού οι νυχτερίδες αποκλίνονταν από άλλες γενεαλογίες, ίσως συλλεγμένες από ένα σνακ εντόμου πριν από περίπου 30 έως 40 εκατομμύρια χρόνια. Επιπλέον, ήταν απίστευτα ενεργοί. «Πιθανώς το 20 τοις εκατό ή περισσότερο του γονιδιώματος της νυχτερίδας προέρχεται από αυτό το αρκετά πρόσφατο κύμα τρανσποζονίων», είπε ο Feschotte. «Έγινε ένα παράδοξο γιατί όταν βλέπουμε μια έκρηξη της δραστηριότητας τρανσποζονίων, θα προβλέψαμε μια αύξηση στο μέγεθος». Αντίθετα, το γονιδίωμα της νυχτερίδας είχε συρρικνωθεί. "Έτσι, ήμασταν μπερδεμένοι."

Υπήρχε μόνο μία πιθανή εξήγηση:Οι νυχτερίδες πρέπει να είχαν εκτοξεύσει πολύ DNA. Όταν η Kapusta εντάχθηκε στο εργαστήριο της Feschotte το 2011, το πρώτο της έργο ήταν να μάθει πόσο. Συγκρίνοντας τρανσποζόνια σε νυχτερίδες και εννέα άλλα θηλαστικά, μπορούσε να δει ποια κομμάτια μοιράζονταν πολλές γενεαλογίες. Αυτά, καθόρισε, πρέπει να προέρχονται από κοινό πρόγονο. «Είναι πραγματικά σαν να κοιτάς απολιθώματα», είπε. Οι ερευνητές είχαν συγκεντρώσει προηγουμένως μια πρόχειρη ανακατασκευή του αρχαίου γονιδιώματος των θηλαστικών, όπως θα μπορούσε να υπήρχε πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Με 2,8 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, ήταν σχεδόν ανθρώπινου μεγέθους.

Στη συνέχεια, ο Kapusta υπολόγισε πόσο προγονικό DNA είχε χάσει κάθε γενεαλογία και πόσο νέο υλικό είχε αποκτήσει. Όπως υποψιάζονταν αυτή και ο Feschotte, οι γενεαλογίες των νυχτερίδων είχαν αναδιπλωθεί σε ζεύγη βάσεων, απορρίπτοντας περισσότερα από 1 δισεκατομμύριο ενώ συγκεντρώνονταν μόνο άλλες μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια. Ωστόσο, ήταν τα άλλα θηλαστικά που έκαναν τα σαγόνια τους να πέφτουν.

Τα θηλαστικά δεν είναι ιδιαίτερα διαφορετικά όσον αφορά το μέγεθος του γονιδιώματος. Σε πολλές ομάδες ζώων, όπως τα έντομα και τα αμφίβια, τα γονιδιώματα ποικίλλουν περισσότερο από εκατοντάδες φορές. Αντίθετα, το μεγαλύτερο γονιδίωμα στα θηλαστικά (στον κόκκινο αρουραίο viscacha) είναι μόνο πέντε φορές μεγαλύτερο από το μικρότερο (στην νυχτερίδα με λυγισμένα φτερά). Πολλοί ερευνητές θεώρησαν ότι αυτό σημαίνει ότι τα γονιδιώματα των θηλαστικών δεν έχουν πολλά πράγματα. Όπως το έθεσε ο Susumu Ohno, ο γνωστός γενετιστής και ειδικός στη μοριακή εξέλιξη το 1969:«Από αυτή την άποψη, η εξέλιξη των θηλαστικών δεν είναι πολύ ενδιαφέρουσα».

Αλλά τα δεδομένα του Kapusta αποκάλυψαν ότι τα γονιδιώματα των θηλαστικών δεν είναι καθόλου μονότονο, αφού έχουν θερίσει και καθαρίσει τεράστιες ποσότητες DNA. Πάρε το ποντίκι. Το γονιδίωμά του έχει περίπου το ίδιο μέγεθος που είχε πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Και όμως ελάχιστα από το πρωτότυπο έχει απομείνει. «Αυτή ήταν μια μεγάλη έκπληξη:Τελικά, μόνο το ένα τρίτο του γονιδιώματος του ποντικιού είναι το ίδιο», είπε ο Kapusta, ο οποίος είναι τώρα επιστημονικός συνεργάτης στην ανθρώπινη γενετική στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα και στο Κέντρο Γενετικής Ανακάλυψης USTAR. Εφαρμόζοντας την ίδια ανάλυση σε 24 είδη πτηνών, των οποίων το γονιδίωμα είναι ακόμη λιγότερο ποικίλο από αυτό των θηλαστικών, έδειξε ότι και αυτά έχουν ζωηρή γενετική ιστορία.

«Κανείς δεν το προέβλεψε αυτό», είπε ο J. Spencer Johnston, καθηγητής εντομολογίας στο Texas A&M University. «Ακόμη και εκείνα τα γονιδιώματα που δεν άλλαξαν μέγεθος σε μια τεράστια χρονική περίοδο - δεν κάθονταν απλώς εκεί. Κάπως αποφάσισαν τι μέγεθος ήθελαν να είναι και παρά τα κινητά στοιχεία που προσπαθούσαν να τους φουσκώσουν, δεν φουσκώθηκαν. Τότε λοιπόν η επόμενη προφανής ερώτηση είναι:Γιατί όχι;»

Πώς τα κέρδη DNA οδηγούν σε απώλειες

Τα καλύτερα σημεία εικασίας του Feschotte στα ίδια τα μεταθετά. «Παρέχουν έναν πολύ φυσικό μηχανισμό μέσω του οποίου το κέρδος παρέχει το πρότυπο για τη διευκόλυνση της απώλειας», είπε. Να πώς:Καθώς πολλαπλασιάζονται τα τρανσποζόνια, δημιουργούν μακριές συμβολοσειρές σχεδόν πανομοιότυπου κώδικα. Μέρη του γονιδιώματος γίνονται σαν ένα βιβλίο που επαναλαμβάνει τις ίδιες λίγες λέξεις. Αν κόψετε μια σελίδα, μπορεί να την κολλήσετε σε λάθος μέρος γιατί όλα μοιάζουν σχεδόν ίδια. Μπορεί ακόμη και να αποφασίσετε ότι το βιβλίο διαβάζεται μια χαρά ως έχει και να πετάξετε τη σελίδα στα σκουπίδια. Αυτό συμβαίνει και με το DNA. Όταν σπάσει και επανασυνδεθεί, όπως συμβαίνει συνήθως όταν το DNA είναι κατεστραμμένο αλλά και κατά τον ανασυνδυασμό γονιδίων στη σεξουαλική αναπαραγωγή, μεγάλος αριθμός τρανσποζονίων διευκολύνει την κακή ευθυγράμμιση των κλώνων και αυτή η ολίσθηση μπορεί να οδηγήσει σε διαγραφές. "Ολόκληρος ο πίνακας μπορεί να καταρρεύσει αμέσως", είπε ο Feschotte.

Αυτή η υπόθεση δεν έχει δοκιμαστεί σε ζώα, αλλά υπάρχουν στοιχεία από άλλους οργανισμούς. «Δεν είναι τόσο διαφορετικό από αυτό που βλέπουμε σε φυτά με μικρό γονιδίωμα», είπε ο Leitch. «Το DNA σε αυτά τα είδη συχνά κυριαρχείται από έναν ή δύο τύπους τρανσποζονίων που ενισχύονται και στη συνέχεια εξαλείφονται. Ο κύκλος εργασιών είναι πολύ δυναμικός:σε 3 έως 5 εκατομμύρια χρόνια, οι μισές από τις νέες επαναλήψεις θα έχουν φύγει."

Αυτό δεν ισχύει για μεγαλύτερα γονιδιώματα. «Αυτό που βλέπουμε στα γονιδιώματα των μεγάλων φυτών - και επίσης στις σαλαμάνδρες και τα πνευμονόψαρα - είναι ένα πολύ πιο ετερογενές σύνολο επαναλήψεων, καμία από τις οποίες δεν υπάρχει σε [μεγάλους αριθμούς]», είπε ο Leitch. Πιστεύει ότι αυτά τα γονιδιώματα πρέπει να έχουν αντικαταστήσει την ικανότητα να σβήνουν τα τρανσποζόνια με έναν καινοτόμο και αποτελεσματικό τρόπο σίγασής τους. «Αυτό που κάνουν είναι ότι κολλάνε ετικέτες στο DNA που του δίνουν σήμα να συμπυκνωθεί πολύ σφιχτά - κάπως στριμωγμένο - έτσι ώστε να μην μπορεί να διαβαστεί εύκολα». Αυτή η αλλαγή σταματά τις επαναλήψεις από την αντιγραφή τους, αλλά επίσης σπάει τον μηχανισμό εξάλειψής τους. Έτσι, με την πάροδο του χρόνου, εξήγησε ο Leitch, «οποιεσδήποτε νέες επαναλήψεις κολλάνε και στη συνέχεια αποκλίνουν αργά μέσω της φυσιολογικής μετάλλαξης για να παράγουν ένα γονιδίωμα γεμάτο αρχαίες εκφυλιστικές επαναλήψεις».

Εν τω μεταξύ, άλλες δυνάμεις μπορεί να παίζουν. Τα μεγάλα γονιδιώματα, για παράδειγμα, μπορεί να είναι δαπανηρά. «Είναι ενεργειακά ακριβά, όπως η διαχείριση ενός μεγάλου σπιτιού», είπε ο Leitch. Καταλαμβάνουν επίσης περισσότερο χώρο, κάτι που απαιτεί μεγαλύτερο πυρήνα, που απαιτεί μεγαλύτερο κύτταρο, το οποίο μπορεί να επιβραδύνει διαδικασίες όπως ο μεταβολισμός και η ανάπτυξη. Είναι πιθανό σε ορισμένους πληθυσμούς, υπό ορισμένες συνθήκες, η φυσική επιλογή να περιορίζει το μέγεθος του γονιδιώματος. Για παράδειγμα, οι θηλυκές ακρίδες με τόξο, για μυστηριώδεις λόγους, προτιμούν τα τραγούδια των αρσενικών με μικρά γονιδιώματα. Τα φυτά αραβοσίτου που αναπτύσσονται σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη επιλέγουν επίσης μόνοι τους για μικρότερα γονιδιώματα, φαινομενικά έτσι ώστε να μπορούν να παράγουν σπόρους πριν μπει ο χειμώνας.

Ορισμένοι ειδικοί εικάζουν ότι μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει σε πτηνά και νυχτερίδες, τα οποία μπορεί να χρειάζονται μικρά γονιδιώματα για να διατηρήσουν τους υψηλούς μεταβολισμούς που απαιτούνται για την πτήση. Όμως λείπουν οι αποδείξεις. Τα μικρά γονιδιώματα έδωσαν πράγματι ένα πλεονέκτημα στα πουλιά να πάνε στους ουρανούς; Ή μήπως είχαν ήδη αρχίσει να συστέλλονται τα γονιδιώματα των προγόνων δεινοσαύρων χωρίς πτήση των πτηνών για κάποιο άλλο λόγο και οι φυσιολογικές απαιτήσεις της πτήσης συρρίκνωσαν τότε ακόμη περισσότερο το γονιδίωμα των σύγχρονων πτηνών; "Δεν μπορούμε να πούμε ποια είναι η αιτία και το αποτέλεσμα", είπε ο Suh.

Είναι επίσης πιθανό το μέγεθος του γονιδιώματος να είναι σε μεγάλο βαθμό αποτέλεσμα τύχης. «Η αίσθηση μου είναι ότι υπάρχει ένας υποκείμενος μηχανισμός που οδηγεί όλη αυτή τη μεταβλητότητα», είπε ο Μάικ Λιντς, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ιντιάνα. «Και αυτό είναι τυχαία γενετική μετατόπιση». Είναι μια αρχή της πληθυσμιακής γενετικής ότι η μετατόπιση - όπου μια γενετική παραλλαγή γίνεται περισσότερο ή λιγότερο κοινή μόνο από καθαρή τύχη - είναι ισχυρότερη σε μικρές ομάδες, όπου υπάρχει λιγότερη ποικιλία. Έτσι, όταν οι πληθυσμοί μειώνονται, όπως όταν τα νέα είδη αποκλίνουν, αυξάνονται οι πιθανότητες οι γενεαλογίες να μετακινηθούν προς μεγαλύτερα γονιδιώματα, ακόμα κι αν οι οργανισμοί γίνουν ελαφρώς λιγότερο κατάλληλοι. Καθώς οι πληθυσμοί αυξάνονται, η επιλογή είναι πιο πιθανό να καταργήσει αυτό το χαρακτηριστικό, προκαλώντας μείωση του γονιδιώματος.

Κανένα από αυτά τα μοντέλα, ωστόσο, δεν εξηγεί πλήρως τη μεγάλη ποικιλία των μορφών γονιδιώματος. «Όπως το σκέφτομαι, έχεις ένα σωρό διαφορετικές δυνάμεις σε διαφορετικά επίπεδα που πιέζουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις», είπε ο Γκρέγκορι. Το ξεμπλέξιμο τους θα απαιτήσει νέα είδη πειραμάτων, τα οποία μπορεί σύντομα να είναι εφικτά. «Είμαστε ακριβώς στο κατώφλι του να μπορούμε να γράφουμε γονιδιώματα», είπε ο Κρις Όργκαν, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Μοντάνα. «Θα είμαστε σε θέση να χειριστούμε πραγματικά το μέγεθος του γονιδιώματος στο εργαστήριο και να μελετήσουμε τα αποτελέσματά του». Αυτά τα αποτελέσματα μπορεί να βοηθήσουν στην αποσύνδεση των χαρακτηριστικών των γονιδιωμάτων που είναι καθαρά προϊόντα τύχης από εκείνα με λειτουργική σημασία.

Πολλοί ειδικοί θα ήθελαν επίσης να δουν περισσότερες αναλύσεις όπως αυτή του Kapusta. ("Ας κάνουμε το ίδιο πράγμα στα έντομα!" είπε ο Τζόνστον.) Καθώς έρχονται περισσότερα γονιδιώματα στο διαδίκτυο, οι ερευνητές μπορούν να αρχίσουν να συγκρίνουν μεγαλύτερους αριθμούς γενεαλογιών. «Τέσσερα έως πέντε χρόνια από τώρα, κάθε θηλαστικό θα αλληλουχηθεί», είπε ο Lynch, «και θα μπορούμε να δούμε τι συμβαίνει σε πιο λεπτή κλίμακα». Τα γονιδιώματα υφίστανται ταχεία επέκταση ακολουθούμενη από παρατεταμένη συστολή καθώς οι πληθυσμοί εξαπλώνονται, όπως υποπτεύεται ο Lynch; Ή μήπως οι αλλαγές συμβαίνουν ομαλά, ανέγγιχτες από τη δυναμική του πληθυσμού, όπως προβλέπουν τα μοντέλα του Petrov και του Feschotte και υποστηρίζει η πρόσφατη εργασία στις μύγες;

Ή ίσως τα γονιδιώματα είναι απρόβλεπτα με τον ίδιο τρόπο που η ζωή είναι απρόβλεπτη - με εξαιρέσεις σε κάθε κανόνα. «Τα βιολογικά συστήματα είναι σαν τις μηχανές Rube Goldberg», είπε ο Jeff Bennetzen, γενετιστής φυτών στο Πανεπιστήμιο της Τζόρτζια. «Αν κάτι δουλέψει, θα γίνει, αλλά μπορεί να γίνει με τον πιο παράλογο, περίπλοκο, πολυβήμα τρόπο. Αυτό δημιουργεί καινοτομία. Δημιουργεί επίσης τη δυνατότητα αυτή η καινοτομία να αλλάξει με ένα εκατομμύριο διαφορετικούς τρόπους.”