Pre šest godina jedan međunarodni tim stručnjaka otpočeo je utvrđivanje redosleda DNK baza, ili „slova”, u genomu šimpanze (Pan troglodytes ).Jedan od učesnika ovog poduhvata bila je i Ketrin Polard, koja je želela da uporedi ljudsku DNK i DNK šimpanze. Razočaravajuća istina izbila je tada na videlo – naš DNK zapis je oko 99 odsto isti kao kod ovog majmuna. To jest, od tri milijarde slova koja čine ljudski genom, samo petnaest miliona – manje od jedan odsto – promenilo se za oko šest miliona godina, od kada su se ljudska i majmunska loza razdvojile. Negde među tih petnaest miliona baza leži razlika koja nas čini ljudima.

Većina slučajnih genetskih mutacija niti doprinosi niti šteti nekom organizmu i nagomilava se ustaljenom brzinom. Ovaj tok promena često se naziva „otkucavanje molekularnog sata”. Nasuprot tome, ubrzavanje toka promena u pojedinim delovima genoma znak je za korisnu selekciju – mutacije koje pomažu organizmu da preživi i umnoži se, imaju veću verovatnoću da će se preneti na potomstvo. Drugim rečima, oni delovi genetskog koda koji su pretrpeli najveće promene otkako su se šimpanza i čovek razdvojili, verovatno su delovi niza koji su oblikovali čoveka – izdvojili nas od ostalog životinjskog sveta.

Ketrin Polard, po struci biostatističar, odlučila je da napravi takav računarski program koji će pretraživati ljudski genom i moći da otkrije delove DNK koji su se najviše promenili od vremena razdvajanja čoveka i najbližeg srodnika. Krajem 2004. godine, posle višemesečnog prilagođavanja programa da radi na snažnom računarskom sistemu koji ima Univerzitet Kalifornije u Santa Kruzu, Polardova je uspela da dobije elektronski dokument s listom brzo evoluirajućih delova niza. Sa mentorom, profesorom Dejvidom Haslerom, gledala je s ponosom u niz od 118 baza koje su zajedno dobile ime HAR1 (human accelerated region 1).

Da bi što više saznala o njemu, Ketrin Polard pozvala je u pomoć genetski pretraživač Univerziteta – elektronsku bazu podataka koja se stalno dopunjava genetskim podacima iz mnogih naučnih ustanova. Pažnju je usredsredila na sve ono što se tiče HAR1. Pretraživač je pokazao HAR1 sekvence čoveka, šimpanze, miša, pacova i kokoške – svih onih vrsta kičmenjaka čiji su genomi do tada bili dešifrovani. Takođe, imao je podatke i o nekim ranijim ogledima koji su otkrili rad HAR1 u ćelijama ljudskog mozga (tada još niko nije proučio ovaj niz). Bio je to pogodak, glavni dobitak! HAR1 mogao je da bude deo gena koji je nov za nauku, a radi u mozgu. Dobro je poznato da se mozak čoveka i šimpanze značajno razlikuju po veličini, radu i složenosti. To je značilo da možda HAR1 ima tu skrivenu sposobnost koja bi mogla da rasvetli najmanje razumljive i najtajanstvenije tokove ljudskog organizma.

Istraživači su celu narednu godinu potrošili na proučavanje evolutivne istorije HAR1, upoređujući ovu oblast genoma kod raznih vrsta, uključujući i dvanaest novih (kičmenjaka), koje su u međuvremenu dešifrovane. Ispostavilo se da se do trenutka pojave čoveka HAR1 vrlo sporo, malo menjao. Kod kokošaka i šimpanzi, čije su se loze razdvojile pre oko trista miliona godina –samo se dve baze, od ukupno 118, razlikuju. Ali, između čoveka i šimpanze, čije su se loze razdvojile kasnije, razlika je u 18 baza.

Činjenica da je tokom stotina miliona godina HAR1 bio zapravo zamrznut od promena, govori nam da je ovaj deo genoma nešto veoma važno. Nagla promena kod ljudi nagovestila je da je u našoj lozi došlo do značajne promene njegove uloge u organizmu.

Do ključnog dokaza o radu i ulozi HAR1 u mozgu došlo se 2005. godine. Tada je belgijski stručnjak Pjer Vanderhagen, prilikom posete Univerzitetu Santa Kruz, dobio bočicu s kopijama HAR1. Potom je osmislio fluorescentnu molekularnu nalepnicu (marker) koja je mogla da zasvetli kad god je HAR1 proradio u živim ćelijama, to jest, kopirao se iz DNK u RNK. Kad se uobičajeni gen uključuje u ćeliji, ona najpre stvara pokretljivu kopiju, informacionu RNK, a zatim RNK koristi kao mustru za izgradnju neke belančevine koja je potrebna. Svetleća nalepnica otkrila je da je HAR1 aktivan u vrsti neurona koji igraju ključnu ulogu u razvoju sive moždane mase, kore velikog mozga.

Kad ovi neuroni ne rade kako treba, posledice mogu biti teške, često u vidu fatalnog ishoda usled poremećaja koji je poznat pod imenom „gladak mozak”. Tada u sivoj kori nedostaju osobeni nabori, što značajno smanjuje njenu površinu. Poremećaj u radu ovih neurona u vezi je i sa šizofrenijom kod odraslih osoba. Znači, kad HAR1 radi na pravom mestu i u pravo vreme, onda je i naša siva moždana kora zdrava. (Neke druge činjenice govore i o njegovoj dodatnoj ulozi u stvaranju sperme.)

Pored svoje izuzetne evolutivne istorije, HAR1 je poseban jer nije šifra za bilo koju belančevinu. A već decenijama molekularni biolozi su, gotovo bez izuzetka, usmeravali pažnju samo na one gene koji određuju belančevine, osnovne gradivne blokove ćelija. Međutim, zahvaljujući Projektu utvrđivanja ljudskog genoma, otkriveno je da samo 1,5 odsto naših gena ima ovu ulogu. Drugih 98,5 odsto –ponekad nazvanih DNK smeće – sadrži nizove koji drugim genima govore kad treba da se uključe i isključe; zatim RNK iz koje neće nastati belančevine i mnogo DNK čiju svrhu nauka tek treba da razjasni. Prvo je predviđeno, a 2006. godine i dokazano ogledima (na pomenutom univerzitetu) da se u HAR1 krije šifra za RNK. Možda izgleda neverovatno da niko ranije nije obratio pažnju na ovaj začuđujući niz od 118 baza u ljudskom genomu. Ali, u nedostatku odgovarajuće tehnologije za lako upoređivanje celih genoma, istraživači nisu mogli da znaju da je HAR1 nešto mnogo više od običnog dela DNK, onog koji je smatran za genetsko smeće.

Pored ove oblasti, otkrivena je još jedna s ubrzanim promenama koja je nazvana HAR2. Prošle godine istraživači sa Lorens Berkli nacionalne laboratorije uspeli su da pokažu da određene razlike u ljudskoj verziji HAR2, u poređenju s onima kod drugih primata, omogućavaju ovom delu DNK da upravlja radom gena za ručni zglob i palac (tokom razvoja fetusa). Ovo je značajno otkriće, jer može da objasni one morfološke promene na ljudskoj šaci koje su omogućile spretnost neophodnu za izradu i korišćenje raznih složenih oruđa. Isto tako, otkriveno je da FOXP2 takođe ima brzo promenljive delove, a poznato je da je odgovoran za sposobnost govora. Ovu njegovu ulogu otkrili su 2001. godine istraživači s Univerziteta Oksford u Engleskoj koji su uočili da ljudi s mutacijama na ovom genu nisu u stanju da izvode neke tanane, brze pokrete lica koji su potrebni za normalan ljudski govor.

Pored pomenutih, naši preci iskusili su i razne promene psihološke prirode i promene ponašanja – one koje su im pomogle da se prilagode izmenjenim okolnostima u životnoj okolini ili da se presele u nove krajeve. Na primer, otkriće vatre, odnosno njenog izazivanja i čuvanja, bio je značajan evolutivni korak. Ona je postala izvor toplote, ali i svetlosti koja je, naročito noću, držala grabljivice na bezbednom odstojanju. Omogućila je našim dalekim precima da mogu da spravljaju hranu bogatiju skrobom i kalorijama. Ipak, ovaj pomak ne bi imao pun značaj da nije došlo i do genetskog prilagođavanja sistema za varenje. Bile su neophodne promene u genu AMY1, šifri za amilazu, enzimu koji učestvuje u varenju skroba. Drugi poznati slučaj tiče se gena za laktazu, enzima koji omogućava sisarima da vare ugljeni hidrat laktozu, odnosno mlečni šećer. Kod većine vrsta jedino odojčad može da ga vari. Ali, pre oko 9000 godina došlo je do promena u ljudskom genomu koje su omogućile i odraslim ljudima (prvenstveno Evropljanima i Afrikancima) da mogu da vare mlečni šećer.

Poređenje celih genoma različitih vrsta takođe je podarilo ključne činjenice za objašnjenje zašto se ljudi i šimpanze toliko razlikuju, uprkos vrlo sličnom genomu. Ispostavilo se da je bitno gde, a ne koliko se promena dogodilo! Drugim rečima, nisu potrebne velike promene u genomu da bi se dobile nove vrste. Put da, od našeg zajedničkog pretka sa šimpanzom, nastane čovek, ne krije se u brzini „otkucavanja molekularnog sata”. Tajna je u brzim promenama koje se odigravaju na mestima u genomima gde te promene stvaraju značajne razlike u radu organizma. HAR1 je sigurno jedno od tih mesta.

Iako HAR oblasti čine mali deo našeg genoma, promene u njima mogu snažno da utiču na rad mozga jer upravljaju celom mrežom gena. Iskristalisao se zaključak da priča o tome šta nas čini ljudima verovatno ne zavisi od promena u genima odgovornim za izgradnju belančevina, već pre od toga kako evolucija spaja te gradivne materije na nove načine, menjajući vreme i mesto u telu gde će se različiti geni uključivati i isključivati.