Az egyik gondolat amit időről időre ismételgetni fogok az az, hogy az
evolúció elég szűklátókörű, már olyan értelemben, hogy nem foglalkozik
azzal, hogy milyen változás lehet majd egyszer valamikor előnyös. Ilyen
szempontból sokkal carpe diemesebb a dolog: ami adott pillanatban,
adott körülmények között előnyös az rögzül, ami nem (bármilyen jól is
jöhetne röpke 1 millió év múlva), megy a kukába. Ez a típusú építkezési
logika azzal is jár, hogy olyan változások is rögzülhetnek időnként,
amelyek során egy bizonyos testrész egy olyan funkcióban vállal
hirtelen szerepet amelyhez addig nem volt köze, majd fokozatos
változások révén, a funkció alkalmi hasznos résztvevőjéből
elengedhetetlen összetevőjévé válik. (Ez az úgynevezett koopció jelensége, amelyet a „lecsökkenthetetlen komplexitás” híveinek nem igen sikerül megemészteniük… ;-)).
A koopció egyik szép példája az emlős középfül kialakulása: míg a
hüllőkben egyetlen csontocska (a kengyel megfelelője) játszik szerepet
a hang továbbításban, addig pl. bennünk, három apró csont is található,
a kengyel, a kalapács és az üllő. Ha végignézzük a paleontológiai
leletanyagot jól nyomonkövethető amint a hüllők két állkapocscsontja fokozatosan átalakul a már említett csont-triumvirátus utóbbi két tagjává.
Arról azonban, hogy maga a hüllő középfül hogyan és miért alakult ki, eddig elég keveset tudtunk, ezen változtat azonban a Nature egyik rövid cikke. Martin Brazeau
és főnöke egy lettországi, felső-devonból számazó halszerű kövület
vizsgálata során jöttek rá, hogy egy eddig még le nem írt „átmeneti”
formával állnak szemben: a Panderichthys koponyája ugyanis
egyaránt magán hordoz klasszikus hal- és előbbre mutató jegyeket. A cikk
nem felhőtlenül könnyű olvasmány olyanoknak (pl. jómagam ;-)) akik a
csonttan beszámolókat már sok éve a múlt jótékony feledésébe
süllyesztették, de summa summarum, a lényeg az, hogy a már említett
lény esetében a későbbi közép-fülnek megfelelő helyen egy nagyobb üreg
figyelhető meg, ellentétben a halakkal, viszont hasonlóan a négylábúak
ősének tekintett Acantostegahoz. Ennek a térnek azonban a jelek szerint nem
volt funkciója a hallásban, hanem feltehetően a mai
ráják fecskendőnyílásához hasonlóan, a Panderichthys a
légzéshez, vízáramoltatáshoz használta.
Vagyis a közép-fül
kialakulásában két, időben jól elkülönülő koopciós lépés játszott
fontos szerepet: előszőr egy légzőtérből alakulhatott ki hallótér,
valamikor a szárazföldi gerincesek megjelenésével egyidőben, majd egyes
állkapocscsontok fokozatosan hallócsontokká alakultak.

Az ábrán nyomon követhető a középfül terének a kialakulása. (a = Eusthenopteron, b = Panderichthys, c = Acanthostega; a jobb felső sarokban levő ábrák a rószaszín négyzetek magasságában levő keresztmetszeti képet mutatják).

Brazeau MD and Ahlberg PE (2006) Tetrapod-like middle ear architecture in a Devonian fish. Nature 439: 318-321.

Elmúltak azok az idők, amikor a Nature címlapjára került
egy-egy humán kromoszóma részletes szekvenciájának és térképének
ismertetése, ma már az „mindössze” 5 oldalas cikkel kell beérniük a 8.
kromoszóma elemzőinek. 😉
Ennek szellemében egy valóban rövid összefoglaló:

– a szóbanforgó kromoszómán 793 gén található
(átlagosan kb. 72 kilobázis hosszal) illetve 301 pszeudogén;
– a kromoszóma kb. fele ismétlődő elemekből (transzpozonokból és
mikroszatellitákból) áll;
– a kromoszóma rövidebb karján egy 15 Mb hosszúságú régióban nagyobb a
divergencia a csimpánz és emberi szekvencia között, mint átlagosan a
genomok egészében (itt főleg a fejlődésben és az idegrendszer
jelátvitelében szerepet játszó gének vannak);
– az említett régióban található pár olyan gén amely az emberi
populációkban egyértelműen fontos és ezért pozitív szelekció alatt áll:
ilyen pl. az immunitásban fontos defensin gének, illetve az agy méretének szempontjából fontos microcephalin-1 gén.

Nusbaum C et al. (2006) DNA sequence and analysis of human chromosome 8. Nature 439: 331-335

A tengeri gyűrűsférgek gerincesekére hajadzó intron-exon szerkezete kapcsán esett szó arró, hogy már az egyik legprimitívebb állatcsoporthoz, a csalánozókhoz tartozó Nematostella vectensis
a legújabb kutatások szerint sokkal összetettebb genommal rendelkezett,
mint azt eddig gondoltuk. Számos, a muslicákból hiányzó, de a
gerincesekben előforduló (ezért evolúciósan sokáig „újnak” tekintett)
gén megtalálható benne, s bár még nincs megszekvenálva a teljes
genomja, ami rendelkezésre áll abból már most elképesztően jó dolgokat
lehet kimutatni.
Norvég és ausztrál
biológusok a már említett genomot (illetve néhány közeli rokon hidra
genetikai állományát) bogarászva arra jutottak, hogy a csalánozókban
számos ún. „nem-metazoa” gén lelhető, azaz olyanok, amelyek az állatok
között sehol máshol nem fordulnak elő, de pl. növényekben és/vagy
baktériumokban igen.

1. Ábra A csalánozók génjei között számos olyan
lelhető, amely állatokban nem, de növényekben és baktériumokban
fellelhető. (Ez a filogenetikai fa a demetilmenaquinon metiltranszferáz
fehérjék szekvenciája alapján készült).

Ennek két lehetséges magyarázata lehet: egyrészt valamilyen úton módon,
nem túl régen jutottak be ezek a gének a csalánozók genomjába ún.
horizontális gén-transzferrel, vagy már eleve ott voltak, csak később
az állatok közös őséből elvesztek. Az előbbi feltevés viszonylag hamar
kizárható, mert egyrészt ezen csalánozó génekben is találhatóak
intronok (amely nem jellemző a prokariótákra, így kizárható, hogy egy
baciból „ugrott” volna át az adott gén), másrészt pedig ezek a fehérjék
pont annyira különböznek bakteriális rokonaiktól, hogy a filogenetikai
fákon jól elkülönülő ágakat alkotnak. Marad tehát a második variáció: a
gének már egy ősi genomban jelen voltak. Ez viszont azt jelenti, hogy
kicsit át kell irnunk az ősi genomokról alkotott elképzeléseinket: ezek
nem csak néhány metabolikus génből álló minimál-genomok lehettek, hanem
genetikai információban rendkívül gazdag DNS szekvenciák. És minnél
több mai élőlény genomját ismerjük részletesen meg, annál közelebb
kerülünk, hogy ezeket rekonstuáljuk. Kétségtelen, hogy még vár néhány
meglepetés az úton … ;-))

Technau U, Rudd S, Maxwell P, Gordon PM, Saina M, Grasso LC, Hayward DC, Sensen CW, Saint R, Holstein TW, Ball EE, Miller DJ. (2005) Maintenance of ancestral complexity and non-metazoan genes in two basal cnidarians. Trends Genet. 21(12): 633-639. Epub 2005 Oct 13.

A Pharyngulán
keresztül jött a hír az ID mozgalom készülő legújabb húzásáról. A
mozgalom egyik atyja, William Dembski azt tervezgeti, hogy dobják az
aktuális nevet és áttérnek az „Intelligens Evolúció”-ra, mert hiszen az
evolúciót azt lehet tanítani az iskolákban, és így majd az Ő
„elméletük” is belekerül a tananyaga. (Az ÉRTEM tagjai lassan nekiállhatnak a www.ertev.hu domain név lefoglalásának … ;-))
A gondolat mégcsak nem is meglepő, eddig is erről szólt
a mozgalom, folytonos újrabrandelésről: kreacionizmusból „tudományos
kreacionizmust” csinálni, majd abból „intelligens dizájnt”…
Ennek apropóján Dembski ostoba pózokban levő plüss-Darwinok eladása (lásd kép) mellett „felvilágosító” kurzusok indítását is tervezi (természetesen nem ingyé). Nem is meglepő, hogy aszongya: „Let me reiterate that ID has been very, very good to me!” Anyagilag nem vitás, dír Bill, bár szakmailag továbbra is teljes csőd a mozgalmatok….

A news@nature
híradása szerint, a Törökországban influenzában meghalt egyik beteg
mintáiból izolált vírus RNSében egy olyan mutációt fedeztek fel, amely
megkönnyíti a vírus számára az emberi felső légutak (orr és torok)
megfertőzését. Mivel a másik áldozat mintájában ugyanez a mutáció nem
lelhető fel, szerencsére ez egyelőre csak izolált esetnek tűnik. De ettől még nem
egyedi: 2003-ban Hong Kong-ban, illete tavaly Vietnámban is észlelték
ezt a fajta mutációt (utóbbi esetben szintén halálos volt a
következménye).
Mint arról korábban írtam,
bár mindenki egy közönséges humán influenza vírus és a H5N1
madárinfluenza vírus genetikai anyagának keveredésétől
(reasszortációjától) várja a következő pandemikus influenzát, az igazi
veszély az lehet, hogy az 1918-as „spanyol náthához” hasonlóan a
madárinfluenza valamilyen módon közvetlenül adaptálódik az emberre. Az
említett mutáció egyértelműen ebbe az irányba tett lépés, de azért
pánikra még messze nincs ok, és nemcsak azért mert az eset izolált
volt, hanem azért is mert egy mutáció még nem lenne elég. Ahhoz, hogy
valóban pandemikus influenzává váljon a H5N1, genetikai állományának
mind a nyolc darabján több mutáció kellene fel halmozódjon.

Előzmény: Influenza-para | Influenza-para -2

A Scientific American honlapján leltem az eheti Nature egyik rövid cikkének összefoglalójára.
Két brit kutató egy hangyafaj, a Temnothorax albipennis
egy érdekes szokását, az ún. „tandem futást” tanulmányozva,
valószínűleg az első, rovar tanítási gyakorlatot írta le. A „tandem
futás” lényege, hogy egy táplálékforrás helyét ismerő hangya megmutatja
„naiv” társának a táplálékhoz vezető utat. Ami azonban külön érdekessé
teszi a jelenséget az az, hogy a megfigyelés szerint a két hangya
kommunikál: amikor az elülső túlságosan előrerohan (hiszen könnyű neki,
Ő már ismeri az utat, amit társa éppen megjegyezni próbál), lelassít és
bevárja, amíg fajtársa beéri és csápjaival megpaskolja a hátát. Mivel
ehhez a művelethez kölcsönös koordinációra van szükség, minden jel
szerint kielégíti a „tanítás/tanulás” fogalmát.

Franks, NR, Richardson, T (2006) Teaching in tandem-running ants. Nature 439, 153

A már említett tavaly decemberi Nature Reviews Genetics
melléklet egy másik cikke a testfelépítés létrejöttében kulcsszerepet
játszó homeobox (Hox) génekkel foglalkozik, pontosabban azzal, hogy
miként is variálódhat ezek funkciója.[1]
A Hox gének a test hosszanti felosztásáért felelnek, expressziójuk
(illetve különböző Hox gének expressziójának kombinációja)
meghatározza, hogy adott pozícióban milyen struktúrák (pl. végtagok)
fejlődnek. Két igen érdekes tulajdonságuk van: egyrész a többsejtű
állatokban szinte univerzálisak és ugyanazt a funkciót látják el (1.
Ábra), másrészt a kromoszómákon egymás mellett találhatóak és
jellegezetes időbeli és térbeli kollinearitást mutat a genomban való
elhelyezkedésük: vagyis az a gén amelyik a „sorban” előrébb található
általában hamarabb és a fejhez közelebbi területen jut kifejeződésre.

1. Ábra: A homebox gének mind a testtengely
mentén való expressziója, mind a kromoszómákon való helyzete igen
hasonló a legkülönbözőbb fajok között.[1]

Annak ellenére, hogy rengetegen foglalkoznak ezekkel a génekkel,
hosszú évek óta, a szabályozásukról illetve a kollinearitás okáról még
mindig csak halvány sejtéseink vannak. Tudjuk, hogy az egyes Hox gének
képesek egymás expresszióját szabályozni, és nemrég arra is fény
derült, hogy rövid, nem kódoló, de egyes gének végső szakaszával
komplementer mRNS molekulák (miRNA) is szabályozhatják a
kifejeződésüket (ezek a génről átíródott mRNS-hez kötődve serkentik

annak lebontását) (2. Ábra). A kollinearitás oka egyesek szerint a
kromoszómák, pontosabban az ún. kromatin szerkezetében kereshető. A DNS
molekula ugyanis jellegzetes módon ösze van csomagolva, és általában
csak az éppen átíródó gének körül lazul fel ez a csomagolás (az ilyen
laza csomagolódású DNS alkotja az ún. eukromatint). Mivel a Hox gének
fizikailag egymás után találhatók a kromoszómán, elképzelhető, hogy
amikor ezen gének átírásra kerülnek a csomagolás legelől nyílik először
fel, és az eukromatinná való alakulás csak fokozatosan terjed tova, ami
időbeli eltolódást okoz a hátrébb lelhető gének kifejeződésében.

2. Ábra: A homebox gének szabályozása is
evolúciósan konzervált: mind a zebrahal, mind a muslica fejlődő
egyedeiben igen hasonló expressziója miRNA molekulák szabályozzák egyes
Hox gének átírásának helyét.[1]

A Hox gének expressziójának bütykölése az evolúció kedvelt időtöltése, mint azt láttuk a kígyók esetében,
de számos egyéb példa is akad: az egyik legelegánsabb a rákfélék
csoportjához kapcsolható, ahol kimutatták, hogy az Ubx-Antp homeobox
gének expressziója befolyással van arra, hogy egyes rendekben a torhoz
kapcsolódó végtagok az étkezésben használatos szervé ún. maxillapédiává
módosulnak vagy lábként működnek (3. Ábra).[2]

3. Ábra: A rákfélék között az Ubx-Antp gének
expressziója pontosabban annak hiánya szabályozza a tor egyes
szelvényein lelhető nyúlványok identitását: ahol az említet gének
hiányoznak (fehér) vagy csak igen alacsony szinten vannak jelen
(narancssárga), ott a táplálkozásnál használt maxillapédiák alakulnak
ki, szemben a magas expressziójú szelvényekkel (piros), ahol lábakat
találunk.[2]

Végezetül ugyancsak az ízeltlábúak jóvoltából, arra is tudunk példát
mutatni, hogy homeobox gén elveszti a homeotikus funkcióját és más
szerepet kap. A Drosophila bicoid (bcd) génje például
gazdája hossztengelyének legfontosabb szabályozója: már az mRNS is a
pete egyik (leendő elülső) végében koncentrlódik, amely révén egy
gradiens jön létre a fehérje szinten. Ez a gradiens szabályozza aztán
később más, a testfelépítésben fontos transzkripciós faktorok
működését. Azonban, mint az már régebben kiderült ez egy kicsit különc
tulajdonsága a muslicáknak és a legtöbb többi rovarban más rendszer
felelős a fent leírt szabályozásért. A bcd eredetileg egy Hox3
gén duplikációjával jött létre (erről helyzete is árulkodik, 1. Ábra),
majd fokozatosan elvesztette eredeti funkcióját és újat vett fel
(részletesebben a Pharyngulán olvashat erről, akit érdekel).
A másik példa, szintén Drosikból a fushi-tarazu (ftz)
gén esete, amely a Hox6 génből származtatható, és amely fokozatos
doméncsereberével egy klasszikus homebox génből, egy a szegmentációt
befolyásoló génné alakult (4. Ábra) [3,4].

4. Ábra: Az ízeltlábúakon belül jól követhető amint a fushi-tarazu gén homeotikus génből, szegmentációt szabályozóvá válik.[4]

[1] Pearson JC, Lemons D, McGinnis W. (2005) Modulating Hox gene functions during animal body patterning. Nat Rev Genet. 6(12): 893-904.
[2] Averof M, Patel NH. (1997) Crustacean appendage evolution associated with changes in Hox gene expression. Nature 388: 682-6.
[3] Damen WG. (2002) fushi tarazu: a Hox gene changes its role. Bioessays 24(11): 992-5.
[4] Lohr U, Pick L.
(2005) Cofactor-interaction motifs and the cooption of a homeotic Hox
protein into the segmentation pathway of Drosophila melanogaster.Curr Biol. 15(7):643-9.

Előzmény: Test, alkat – 1.

Az esélyegyenlőség jegyében kutyák után essen szó macskákról is.
Az aktuális Science egyik cikke a macskafélék családfájának felgöngyölítésébe kezdett bele. A Felidae
családba tartozó fajok különböző DNS szakaszainak összehasonlítása
alapján egy folytonos vándorlással egybekötött speciáció, azaz
fajkeletkezés képe sejlik fel.

A mai macskafélék utolsó közös őse Ázsia sztyeppéit rótta úgy cirka
11 millió éve. A családfa első elágazására, amely a nagymacskákat
magába fogaló Panthera vonal keletkezését jelzi, 10.8 millió
éve került sor. Ezt követte a borneói vörösmacska illetve a karakál
vonalának önállósodása, illetve utóbbi Afrikába vándorlása (M1). Közben
egy másik csoport (az ocelot, a hiúz, a házimacska, a leopárd és a puma
őse) az akkor meglevő földhídon keresztül É-Amerikába kóborolt el (M2),
sőt az ocelotot létrehozó ősi populáció meg sem állt D-Amerikáig (M3).
Mások azonban nem lehettek teljesen elájulva a lehetőségektől mert
visszatértek Eurázsiába (M4). Ezzel azonban még koránt sincs vége a
kóborlásnak sőt, most kezdődik csak igazán (talán nem véletlen, hogy a
házimacska is imád csavarogni, már ősei sem csináltak mást, igaz, ők
egy kicsit nagyobb léptékben „gondolkoztak”). Például a gepárdok ősei a
puma vonalból váltak ki és É-Amerikából Ázsián át érkeztek el Afrikába
(M5). Hasonlóan, az ázsiai és európai hiúzok ősei szintén É-Amerikából
vándoroltak „vissza” (M6), miközben az ázsiai nagymacskák egy része
É-Amerikába (jaguár – M7) illete Afrikába (oroszlán – M9)
csatangolt.Végül pedig az afrikai vadmacskák ősei is eljutottak
Ázsiából későbbi élőhelyükre (M10).

A tanulmány egyetlen szépséghibája lehet, hogy amint a Loom-on
is rámutatnak: igazából a fosszilis anyagot főleg a molkeuláris óra
„beállításához” veszi igénybe (hogy pontosan meg tudják becsülni, hogy
egyes DNS mutációk milyen ütemben halmozódhattak fel) és ahhoz pedig,
hogy pontosan hol történtek az egyes fajkialakulások, alig.

Johnson WE, Eizirik E, Pecon-Slattery J,Murphy WJ, Antunes A, Teeling E, and O’Brien SJ (2006) The Late Miocene Radiation of Modern Felidae: A Genetic Assessment. Science 311: 73-77.

Néhány hete már esett szó arról, hogy a di- és trinukleotid
ismétlődéseknek (mikroszatellitáknak) milyen kulcsszerepe lehet az
evolúciós folyamatokban. Az akkori postban utóbbiakra kerestem példát,
bemutatva, hogy milyen hatása lehet annak, ha ezen ismétlődések száma a
fehérjét kódoló DNS szekvencián belül változik. Azonban számos fajban a
genomot alkotó DNS nagy része nem kódol fehérjéket, így logikus, hogy
számos mikroszatellita növekedése vagy csökkenése nem érinti
közvetlenül a kódoló régiókat. Érintheti ellenben az egyes gének
szabályozó részeit, mint hamarosan kiderül.

Logikus okokból ahhoz, hogy a genomban megjelenő kismértékű
változások és génexpressziós vagy viselkedésbeli különbségek között
egyértelmű megfeleltetést találhassunk, arra van szükség, hogy a
vizsgált egyedek közötti genetikai különbségeket minimalizáljuk, azaz
ezek lehetőség szerint azonos vagy közeli rokon fajokhoz tartozzanak.
Jó példa erre, hogy míg egyes amerikai egér (Microtus) fajok
(pl. prériegér) életük végéig tartó monogám kapcsolatban élnek, addig
közeli rokonaikra (hegyi egerek) ez egyáltalán nem jellemző, sőt
előbbiekkel szöges ellentétben az apák egyáltalán nem vesznek részt az
utódgondozásban. Azt már korai vizsgálatok kiderítették, hogy a két faj
között az egyik különbség a vazopresszin-1a receptor (v1ar)
expressziójában rejlik, s ennek egyik lehetséges oka a szabályozó
régióban található mikroszatellita hosszában felfedezhető eltérés lehet
(a szociális fajokban hosszabb, míg az antiszociális fajokban
rövidebb). Mivel azonban a vizsgált fajok között természetesen más
genetikai eltérések is voltak, nem lehetett kijelenteni, hogy a
viselkedésbeli különbség teljesen egyértelműen ehhez a dinukleotida
ismétlődéshez köthető-e.

1. Ábra: A v1ar gén szabályozó szekvenciájában egy mikroszatellita található.

A kutatók segítségére sietett azonban a természetes variabilitás,
hiszen, mint kiderült, a prériegerek különböző földrajzi populációi
között is megfigyelhetők különbségek a V1aR szabályozó szekvenciájának
szóban forgó részében, még ha nem is annyira drasztikusak, mint az
egyes fajok között. S így ennek segítségével természetesen ki lehetett
szűrni a genetikai „háttérzajt” és azt vizsgálni, hogy milyen hatása
van önmagában a mikroszatellita méretének a gén kifejeződési területére
és az egerek viselkedésére.

2. Ábra: A hosszabb dinukelotida ismétlődést hordozó hím egerek gondosabbak az utódgondozásban, mint rövid ismétlődésű társaik.

Mint
az kiderült, a hosszabb ismétlődéssel rendelkezo hímek sokkal
szociálisabbak és szignifikánsan több időt töltenek mind párjukkal,
mind az utódok pátyolgatásával, mint rövid ismétlődéssel rendelkező
rokonaik (2. ábra). Sőt, a V1aR expressziója is különbözik az egyes
példányok között (3. ábra), az egyik fontos különbség pont a rágcsálók
viselkedése szempontjából fontos szaglógumóban figyelheto meg.

Ezen adatok miatt különösen érdekes lehet, hogy az emberi V1aR gén
szabályozó részében négy mikroszatellita is található, amelyek közül
ketto egy deléció következtében hiányzik a csimpánzokból, de jelen van
a párkapcsolatuk szorosságáról ismert bonobókban. Sőt, néhány
megfigyelés szerint valamiféle összefüggés létezhet az autizmus és az
említett ismétlődések között. Természetesen óvatosan kell bánni a
nagyívű következtetések levonásával, de érdekes további vizsgálatok
tárgya lehet, hogy mennyiben befolyásolja a V1aR szabályozása az emberi
interakciókat.

3. Ábra: A mikroszatellita hossz és a génexpresszió között erős
összefüggés van. A hosszabb szekvencia intenzívebb expressziót okoz a
szaglógumóban (B vs E) és a dorzolaterális septumban (dLS) (C vs F),
két olyan agyi területen, melyeket korábbi megfigyelések a
viselkedéshez kapcsoltak. Ugyanakkor egyes kortikális területeken és az
amygdalában csökken az expresszió (D vs G).

Hammock EAD and Young LJ (2005) Microsatellite instability generates diversity in brain and sociobehavioural traits. Science 308: 1630-1634.