Háztáji evolúciószimulátor

Nemrég egy fórumon akadtam egy programra, ami elsőre mellbevágott, ez tulajdonképpen egy házi készítésű evolúciószimulátor, ráadásul nyílt forráskódú, egyszerű webes felülettel, így bárki könnyedén játszhat vele. A kezelése egyszerű, a jobb oldali panelen beállítható, hogy milyen kis arcocska legyen a legelőnyösebb, majd a bal oldali ablakban végigkövethetjük, ahogy egy populáció egyedei evolválnak. Annyira megtetszett, hogy mindenképpen szerettem volna róla írni, így megkerestem a szerzőt, sajnos_kacatot, hogy válaszoljon pár kérdésre, magyarázza el, hogyan is működik a program! Az ő válaszai olvashatók alább.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Az ingolák adaptív immunitása

Ha már a különböző logika szerint működő immunrendszerekről beszélünk, mindenképpen érdemes megemlíteni az állkapocs nélküli gerincesek immunrendszerét. Ebbe a csoportba a nyálkahalak és az ingolák tartoznak, ezek a jószágok nem túlzottan ismertek, pedig például ingolával itt Magyarországon is találkozhatunk. Az immunrendszerük megdöbbentő módon hasonló logika szerint működik, mint az emlősöké, de teljesen különböző elemekből áll. No de lássuk csak, mik is ezek az eltérések!

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Dscam

Az emberi immunrendszer működését már mindenki ismeri, úgyhogy szeretnék mutatni az emlősökétől eltérő logikájú rendszereket is. Vegyük elsőként az ecetmuslicát. Nyilván neki is előnyös lenne, ha olyan változékony receptorfehérjéket tudna kifejezni a hemocitáin, mint az emberi immunglobulinok, ám ennek jó pár akadálya van: Egyrészt az élete túl rövid ehhez. Tizenegy nap amíg a petéből kifejlett rovar válik, innentől laborkörülmények között akár hat hétig is elélhet, a természetben ennél sokkal rövidebb idő alatt feldobja a talpát, így nyilván nem lenne ideje heteket várni, amíg kombinatorikai alapon átrendeződnek az immunglobulin génjei. Ez mondjuk előny is, hiszen így semmi szüksége immunológiai memóriára, hiszen hiába jön egy járvány mondjuk évente, azt már a szépunokája sem éli meg. Ugyanígy számításba kell venni a méretét is, hiszen egy ecetmuslica lárvának egy-két ezer hemocitája van csak, ez egyszerűen nem elég egy kombinatorikai alapon működő rendszer fenntartásához, hiszen az emlős immunrendszer működése során a véletlenszerűen előálló receptorfehérjék túlnyomó többsége működésképtelen, az ezeket hordozó sejtek elpusztulnak, az ecetmuslicába összesen nem fér ennyi hemocita. Hogyan tehet szert mégis megfelelő változékonyságú receptorokra egy ecetmuslica, ha csak a genomjában kódolt fehérjékre hagyatkozhat?

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Nem értik 10. – Mi a baj a Miller-Urey kísérlettel?

Nemrég vettem észre egy furcsa aránytalanságot a „szakirodalomban”: Az összes általam olvasott kritikus valamiért úgy tesz, mintha az első, 1953 -as Miller-Urey kísérleten kívül soha senki sem próbált meg egyszerű szervetlen anyagokból szerves anyagokat előállítani. Hogy ezt a hiányt orvosoljam, gyűjtöttem pár közleményt, ahol éppen ilyen kísérleteket írnak le. Ezeket a Miller-Urey kísérlettel szembeni ellenérvek köré csoportosítottam. Ez a kis összeállítás a teljesség igénye nélkül született, a kérdés szakirodalma elég bő, csak éppen néhány önkényesen kiragadott példán keresztül szeretném bemutatni, hogy mégis milyen kísérleteket végeztek a prebiotikus földi körülmények modellezésére. Kiemelten csak aminosavakkal és nukleinsavakkal foglalkoztam, más vegyületeket eredményező kísérletek ismertetése nagyon messzire vezetne.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Nem értik 9. – Mi a baj az evolúcióval?

Ma egy valódi kreacionista írást elemeznék ki.  Nekem eleve valahogyan őszintébbnek tűnnek a valódi kreacionisták, mint az értelmes tervezők, egyszerűen azért, mert legalább nyíltan kimondják, hogy ők bizony azért ellenzik az evolúciót, mert szerintük nem hozható fedésbe a vallásuk szent irataival. Külön jó pont, hogy Kovács Csaba, a blog fenntartója meglepő módon korlátozás nélkül engedélyezi a hozzászólást. Sajnos a magyar evolúciótagadók töredékére jellemző csak, hogy ellenvéleményeknek teret engednének, az általános szokás az, hogy vagy eleve nem lehet megjegyzéseket tenni, vagy a kínos kérdéseket feszegető válaszok éveken át moderálásra várnak és sohasem jelennek meg, így üdítő kivételnek számít a Biblia és tudomány blog, ahol tényleg lehet kommentelni. Ha minden kreacionista így állna hozzá az ügyhöz, krecionizmus már régen nem is létezne. Mivel Kovács Csaba ezen a blogon is megjelenik időnként, remélem a hozzászólások között kifejti majd a véleményét.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Az utolsó közös ős nyomában

Már Darwin feltételezte, hogy minden ma létező élőlény egyetlen közös ősből származik, ez azóta az élettudományok alapjává vált. Nyilván számos bizonyítékot ismertünk erre eddig is, de most egy viszonylag friss közleményt szeretnék bemutatni, amely a ritkábban emlegetett bizonyítékokkal foglalkozik. Ugye ha egysejtűekről van szó, főleg, ha prokariótákról, akkor nem beszélhetünk kövületekről, mert apró méreténél fogva egy baktériumkövületről semmi sem állapítható meg. Ugyanígy egyedfejlődési sajátosságokról sem beszélhetünk, így marad a ma élő jószágok ismert tulajdonságainak összehasonlítása.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

A közös eredet szabályos bizonyítása

Már Darwin feltételezte, hogy minden ma létező élőlény egyetlen közös ősből származik, ez azóta az élettudományok alapjává vált. Nyilván számos bizonyítékot ismertünk erre eddig is, de most egy viszonylag friss közleményt szeretnék bemutatni, amely a ritkábban emlegetett bizonyítékokkal foglalkozik. Ugye ha egysejtűekről van szó, főleg, ha prokariótákról, akkor nem beszélhetünk kövületekről, mert apró méreténél fogva egy baktériumkövületről semmi sem állapítható meg. Ugyanígy egyedfejlődési sajátosságokról sem beszélhetünk, így marad a ma élő jószágok ismert tulajdonságainak összehasonlítása.

Szerencsére a rendelkezésünkre álló DNS szekvenciák száma folyamatosan gyarapszik, így ma már igazán nagy lefedettségű elemzéseket végezhetünk kizárólag a nyilvános adatbázisokból hozzáférhető adatokkal is. Douglas L. Theobald éppen ezt tette, mégpedig igazán alapos volt. Abból indult ki, hogy attól, hogy két fehérjeszekvencia hasonlósága nem feltétlenül jelenti azt, hogy azok rokonságban is állnak, csak azt, hogy jobban hasonlítanak egymáshoz, mint ahogy azt véletlen szekvenciáktól elvárnánk. Az általánosan használt E érték, amit egy BLAST keresés eredményeként kapunk tulajdonképpen csak annak a null hipotézisnek a valószínűsége, hogy két véletlenszerűen előállított szekvenciát illesztettünk. Hasonló szekvenciák előállhatnak másként is, mint közös leszármazás által, lehetséges, hogy egy adott működést csak egy nagyon szűk szekvenciatér képes elvégezni, így különböző eredetű enzimek szükségképpen hasonlóak lesznek, vagy éppen a mutációs rátát torzítja valami, vagy éppen ha szelekciós nyomás hat egy bizonyos változatra, esetleg a vakvéletlen is létrehozhat két hasonló szekvenciát.

A szerző nem kisebb feladatra vállalkozott, mint hogy olyan statisztikai módszert hoz létre, amivel elkülöníthetőek egymástól a szekvenciahasonlóságok okai, azaz eldönthető, hogy két hasonló szekvencia közös eredetű, vagy valamilyen más okból egyezik. A megoldást Theobald a modellszelekciós elméletben találta meg, a lényeg annyi, hogy több elméletet vesz figyelembe a vizsgálat elejétől kezdve, amelyek között semmilyen különbséget sem tesz a kiinduláskor. Egy modell elbírálásakor alapvetően két tényezőt vesz figyelembe az illeszkedés mértékét és a parszimóniát, amelyek valamilyen szinten egymással ellentétesen hatnak, hiszen az illeszkedés mértéke tetszőlegesen növelhető újabb és újabb tényezők bevonásával, ám a versengő elméletek közül mindig azt választja majd ki, amely kevesebb hasraütéses alapon meghatározott változót tartalmaz. Minden kérdés esetén a három legelterjedtebb modellszelekciós módszert használta a szerző, a „log likelihood ratio” -t (LLR), az „Akaike information criterion” -t (AIC), és a „log Bayes factor” -t (LBF). A modellekben az egyes fehérjeszekvenciák változásai három szabályt követtek: Az egyes aminosavszekvenciák folyamatosan, mutációkkal változtak; Az új gének a régiek duplikációival jelentek meg; A különböző leszármazási ágak változásai nem hatottak egymásra.

A konkrét kérdés, amit föltett pedig viszonylag egyszerű volt: A három nagy élőlénycsoport, az Eukarióták, a Baktériumok és az Archeák vajon egy közös ősből származnak -e? Az elemzéshez huszonhárom általánosan konzervált fehérje szekvenciáit használta, az első elemzésben horizontális génátviteli események figyelembe vétele nélkül tesztelte a szóba jöhető összes változatot, ezek láthatóak az első táblázatban:

ABE= Mindhárom csoport egyetlen közös ősből származik, ez a jelenlegi evolúciós modell
AE+B= Archeák és Eukarióták származnak közös ősből, a Baktériumok függetlenek
AB+E= Archeák és a Baktériumok származnak közös ősből, az Eukarióták függetlenek
BE+A= Baktériumok és az Eukarióták származnak közös ősből, az Archeák függetlenek
A+B+E= Nincs közös ős, mindhárom csoport elszigetelt a többitől
ABE-M+M= A három csoport egy közös ősből származik, kivéve a többsejtűeket, amelyek más eredetűek
ABE-H+H= A három csoport közös ősből származik, kivéve az embert, aki a többiektől független eredetű

Bár a vizsgált 23 fehérjéből kilencről tudjuk, hogy horizontális génátviteli események is szerepet játszottak a létrejöttükben, meglepő módon az összes csoport egy közös ősből származása így is elég nyilvánvaló az eredményekből, ez a feltételezés nagy különbséggel a legjobb pontszámot kapta a statisztikai elemzés során, mindhárom módszerrel. A közös ősből származás e mellett az adatokra legjobban illeszkedő modell és a legegyszerűbb is, úgyhogy mindkét, látszólag egymásnak ellentmondó szempont szerint egyszerre a legjobb magyarázat az adatokra. Ha a modellbe bevezették a horizontális génátvitelt is, ahol az egyes gének szabadon átkerülhettek bármelyik ágról bármelyik másikra, az egyes ágak összeolvadhattak, jóval bonyolultabb leszármazási fákat hozva létre ezzel, nem túl meglepő módon sokkal nagyobb különbséggel győzött a közös őst feltételező modell, vagyis a statisztikai elemzés alapján egyértelműen ez illeszkedik legjobban az ismert adatokhoz és nem mellesleg ez a legegyszerűbb modell is, ez látható a második táblázatból.

Miért érdekes ez a közlemény? Egyrészt egy tisztán statisztikai, előfeltételezésmentes módszerrel megerősíti, hogy a földi élőlények egy közös ősből származnak. Ez nem igazán újdonság, eddig is tudtuk. A módszer előnye, hogy ugyanígy vizsgálható lenne bármilyen más modell is, például az evolúciótagadók ugyanebbe a vizsgálatba beilleszthetnék a saját modelljeiket (ha sikerülne végre alkotni egyet) és ugyanezzel a statisztikai módszerrel azonnal vizsgálhatóvá válna a valószínűsége is.

 

Theobald D.L.(2010): A formal test of the theory of universal common ancestry; Nature 13;465(7295):219-22.

 

Sexcomb

 

 

 

Száll a rege szájról szájra

Ma nyomon követjük, hogyan is terjednek el az evolúciótagadás népmesei elemei a világháló bugyraiban, egyszersmind megláthatjuk, hogyan is születnek az „evolúciót cáfoló” bizonyítékok.

A kérdéses közlemény címe: Hotspots of Biased Nucleotide Substitutions in Human Genes. Hagyományosan abból szokás kiindulni, hogy ha két, rokon élőlény genomjában olyan helyeket találnak, amelyek a genom átlagos mutációs gyakoriságánál több mutációt szedtek össze, akkor erre a génre pozitív szelekciós nyomás hatott, hiszen gyorsabban változott, mint ahogy a genetikai sodródás indokolta volna. Vannak matematikai módszerek, amivel azonosíthatóak az ilyen szakaszok a genomon belül.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Biokémiai utak evolúciója

Manapság Richard Lenski kísérlete kapja a legtöbb figyelmet, de azért már sokkal korábban is végeztek in vitro evolúciós vizsgálatokat. Ma egy ilyen többé-kevésbé elfelejtett munkát szeretnék bemutatni, még a hetvenes-nyolcvanas évekből.

Az E. coli baktérium Lac-operonja a génszabályozás tankönyvi példája. Ennek köszönhetően a baktérium képes laktózt, azaz tejcukrot is felhasználni, ehhez azonban két fehérjére is szüksége van: Mivel a sejt nem képes közvetlenül felhasználni a tejcukrot kell egy β-galaktozidáz nevű enzim, ami egy galaktózra és egy glükózra hasítja a tejcukrot, amelyeket már felhasználhat a sejt. Ezen kívül szükséges még egy laktóz-permeáz nevű fehérje, ami a külvilágból a sejtbe juttatja a tejcukrot. A Lac-operon ezen kívül tartalmaz még egy laktóz transzacetiláz nevű fehérjét kódoló gént is, ez a fehérje egy acetilcsoportot illeszt a tejcukorhoz, ám ez a tejcukor felhasználásához nem elengedhetetlenül szükséges. Ezt a három fehérjét kódoló lacZ, lacY és lacA gén a genomban egymás közvetlen közelében helyezkedik el, egy közös promótert használnak, egy közös messenger RNS képződik róluk, amiről aztán a három különböző fehérje íródik át.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….