A többsejtűek eredete?

Sokat beszélünk arról, hogy az evolúció során meghatározó a környezet, amiben az adott élőlény éppen él, hiszen minden változás csak a környezet függvényében értelmezhető. Azt viszont nem hangsúlyozzuk eléggé, hogy egy élőlény környezetében milyen óriási szerepet játszik a többi élőlény. Márpedig a ragadozó és zsákmánya közti kapcsolat kiemelt fontosságú, hiszen mindkettejüknek szó szerint létkérdés a másikhoz való viszonya. Már a hetvenes évek óta feszegetik a kérdést, hogy a ragadozó eukarióták megjelenése milyen mértékben hatott a többi élőlényre, hiszen ekkor egy teljesen új fenyegetésre kellett válaszolniuk. Az ehhez hasonló hirtelen változások magyarázhatják a korszakokon át nagyjából változatlan életformák hirtelen robbanásszerű változásait, amik mindig is izgatták a biológusok képzeletét.

Martin E. Boraas és munkatársai egy ilyen modellrendszerrel dolgoztak, Chlorella vulgaris egysejtű algát tartottak a laborjukban, egy félliteres üvegcsőben, folyamatos megvilágítás mellett, a közlemény megjelenésekor már huszonnégy éve, ami alatt jelentős változást nem tapasztaltak a viselkedésében. Azonban a kísérlet kezdetén fogták magukat és egy Ochromonas vallescia nevű ragadozó egysejtűvel fertőzték be az üveghengert, majd figyelték, mi történik.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Egy gén története

Az evolúció egyik fontos kérdése, hogyan születnek új gének? A mai cikkünkben Richard Cordaux és munkatársai ennek jártak utána. A SETMAR gént először kísérleti hibának gondolták, egy kiméra messenger RNSként írták le, ami egy SET domént és egy mariner – szerű ugráló genetikai elem transzpozáz enzimjét kódoló RNSt tartalmaz. Viszont negyvennyolc különböző mintából sikerült kimutatni ugyanezt a transzkriptet, így hamar kiderült, hogy nem hiba, hanem egy valóban létező, emberi sejtekben átíródó transzkriptum, amiről fehérjetermék is képződik. Az általa kódolt fehérje 671 aminosav hosszúságú és hiszton metiltranszferáz aktivitással rendelkezik. A fehérje ortológját megtalálták zebrahalban, patkányban, kutyában, tehénben, ezek azonban egy lényeges ponton különböztek tőle: Nem tartalmazták a transzpozáz enzimhez hasonlító MAR domént.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Csernobili füvek

Gyakran fölmerül a kérdés fórumokon, hogy ha van evolúció, a Csernobili erőműbaleset után miért nem alkalmazkodtak az élőlények a sugárzáshoz? A válasz roppant egyszerű: De igen alkalmazkodtak, csak az alkalmazkodás nem azt jelenti, hogy megelevenedik a Fallout vagy az X-men világa. Igor Kovalchuk és munkatársai éppen ezt vizsgálták, Arabidopsis növénykéket gyűjtöttek a sugárfertőzött területekről, 1986 és 1992 között. A növénykéket metil metán szulfonáttal (MMS) és egy RB nevű szabadgyökképző anyaggal kezelték. Ezek DNS károsodást okoznak, ezzel körülbelül modellezik a radiokatív sugárzás hatásait.

 

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Fajkeletkezés szúnyogéknál

Ma ismerkedjünk meg a Culex pipiens nevű szúnyoggal! Mivel sok városban él, az ember közvetlen környezetében, ráadásul a nyugat nílusi vírust is hordozhatja, viszonylag sok adatunk van róla, rengetegen vizsgálták mindenféle környezetekben. A C. pipiens szúnyogok az esetek túlnyomó töbségében madarak vérét szívják, ritkán fanyalodnak csak emlősökre. Két populációjuk ismert, a Culex pipiens pipiens és a Culex pipiens molestus, amelyek egymástól jellegzetesen különböznek. A pipiens egyedek a felszínen élnek, nagyrészt madarakból táplálkoznak és kizárólag tágas helyeken párzanak és a telet nyugalomban töltik, míg a molestus egyedek a föld alatt élnek nagyobbrészt emlősökből táplálkoznak szűk helyeken párzanak és egész éven át aktívak. A pipiens egyedek a szabadban élnek, a molestus egyedek viszont általában emberkéz alkotta épületekben élnek, különösen kedvelik a metróalagutakat, ahol egész évben azonos hőmérsékleten élhetnek, ráadásul a rengeteg ott található emlős bőséges táplálékot jelent nekik.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Wolbachiák és az egyszerűsíthetetlen összetettség

Maradjunk még kicsit a Wolbachiáknál! A legutóbbi bejegyzésben írtam egy olyat, hogy ha egy Wolbachia baktérium megfertőz egy ízeltlábút, elképzelhető, hogy a kettejük szimbiózisa olyan szorossá válik, hogy már nem élhetnek egymás nélkül. Na jó, de hát mégis hogyan történik ez? Erre szeretnék most egy példát mutatni.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Wolbachiák és a fajkeletkezés

Ha már belekezdtünk a Wolbachiákba, ne hagyjuk annyiban a dolgot, nézzük meg, mit tudunk még ezekről a baktériumokról. Mivel anyai öröklődést mutatnak, ráadásul gyakran már embriókorában megfertőzik az utódokat, természetesen könnyedén bele tudnak szólni a termékenységbe. Ha már tartós szimbiózisra léptek a gazdával, könnyedén előállhat olyan helyzet, hogy a baktérium is meghatározza, mely más egyedekkel képes termékeny utódokat létrehozni a gazda, így ezek az endoszimbionta baktériumok könnyedén a fajkeletkezés motorjává válhatnak. Hogy ezt a feltevést megerősíthessük, kézenfekvő, hogy olyan élőlényeket kellene találni a természetben, amelyek éppen a közepén járnak ennek a folyamatnak.

Éppen ilyen a Drosophila paulistorum nevű légy, amely öt fél-fajra (semispecies) osztható, ezek olyan populációk, amelyek még valamennyire képesek egymással kereszteződni, de már két semispeciesbe tartozó egyednek nagyon kevés életképes utóda kel ki. Ezek a populációk éppen félúton járnak a fajkeletkezés rögös útján. A hat populáció ez esetben az Amazóniai (AM), Andok-Brazil (AB), Középamerikai (CA), Belső (IN), Orincói (OR), Átmeneti (TR). Ezek a semispeciesek nagyobbrészt földrajzilag is elkülönülnek, de mindegyik esetében találhatók olyan területek, ahol több semispecies egyszerre fordul elő. Az elkülönülésüket azonban több tényező biztosítja: A keresztezésekből származó utódok kilenctizede életképtelen, az egyedfejlődés nagyon korai szakaszában elpusztul, valamint a túlélő hímek terméketlenek, csak a nőstények képesek szaporodni.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Az egyszerűsíthetetlenül összetett rendszerek kialakulása

Mint azt annak idején már Darwin is felismerte, bonyolult biológiai rendszerek – ő példának az emberi szemet használta – vélhetőleg nem a ma ismert formájukban alakultak ki a semmiből, hanem számos köztes alakon keresztül, működési változásokkal jöttek létre. Nyilván ezen átmenetek tanulmányozása gyakran nehézségekbe ütközik, de kérdés, hogy ez a folyamat modellezhető –e valahogyan?

Richard E. Lenski és munkatársai éppen erre vállalkoztak, számítógépes programokkal, mondhatni digitális élőlényekkel modellezték egy bonyolult működés kialakulását. Mint tudjuk, az evolúció három alapfeltétele, hogy a résztvevő egységek önmagukat lemásolják, szaporodjanak (1), magukhoz hasonló utódokat hozzanak létre, hogy ezekben a másolatokban időnként hibák, mutációk történjenek (2) és végül, hogy az egyes változatok életképessége különbözzön, (3) azaz szelekciós nyomás hasson az egységekre. A kísérletben használt digitális élőlények ezt a három feltételt teljesítették, önmagukat másolták, időnként hibásan és végig versengtek egymással. A modellhez az Avida platformot használták, ahol az egyes digitális élőlények egymástól függetlenül szaporodnak, ám időnként hibás másolatok készülnek róluk, energiát pedig a környezettől függően különböző logikai műveletek teljesítésével nyerhetnek. A genomjuk egy körkörös utasítássor, amelyeket egymás után hajt végre, kivéve, ha az utasítás egy másik utasításhoz ugrasztja. Minden egyes utasítás huszonhat féle lehet, ezek láthatóak a második ábrán. Az induló program csak szaporodni volt képes, semmilyen logikai műveletet sem hajtott végre, saját magát utasításonként másolta le. A másolásba azonban hibák csúsztak, pontmutációk inszerciók és deléciók történtek a digitális élőlények genomjában. A kutatók semmilyen előfeltételt sem szabtak a mutációknak, az egyes mutáns genomok működése egyedül az utasításkészletüktől függött. Éppen úgy mint a természetben, a mutációk többsége az Avida programban is hátrányos vagy semleges, csak kis részük előnyös.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Horizontális génátvitel ízeltlábúakban

Ha már legutóbb a horizontális génátvitelről volt szó, ne maradjanak ki az ízeltlábúak sem. Nagyon sok ízeltlábú fertőzött különböző Wolbachia baktériumokkal.  A „nagyon sok” kifejezés ez esetben nem túlzás becslések szerint a rovarfajok ötöde fertőzött Wolbachiákkal. A baktérium és a gazdaszervezet kapcsolata sokféle lehet ismertek egyértelműen élősködő Wolbachiák, ahol a gazdának hátránya származik a Wolbachia jelenlétéből, de ismertek szimbiózis jellegű kapcsolatok is.

Ha már ilyen sok ízeltlábút fertőz ez a baktérium, nyilvánvaló a kérdés, hogy megfigyeltek –e valaha horizontális génátviteli eseményeket a baktérium és a gazda között. Az első ilyen közlemény 2002 –ből származik, Kondo N. és munkatársai egy Callosobruchus chinensis nevű jószágot vizsgálták, amely három különböző Wolbachia törzzsel is fertőzött. Első lépésként a szokásos módon megpróbálták kiirtani a gazdából a baktériumokat, rifampicinnel és tetraciklinnel kiegészített táptalajon tartották a bogarakat, majd PCR módszerrel ellenőrizték, hogy kipusztultak –e belőlük a baktériumok? Egyszerűen DNS –t izoláltak a bogarakból és megpróbáltak ebből egy Wolbachia specifikus szakaszt amplifikálni, abból kiindulva, hogy amikor kipusztulnak a gazdából a baktériumok, többé nem keveredik majd a DNS –ük a gazda örökítőanyagához, így amikor eltűnik a PCR jel, eltűntek a baktériumok is. Az ábrán látható a három baktériumtörzsre specifikus három PCR termék, az első oszlopban az antibiotikumkezelés előtt, a többi háromban sorrendben 1, 5, 10 nemzedékkel a kezelés után. Látható, hogy a három törzsből kettőt kiirtott az kezelés, egyet viszont nem. Megállapították, hogy ez a wBruAus nevű baktériumtörzs szokatlan módon rendkívül ellenálló a tetraciklinre és rifampicinre, pedig ilyet eddig egyetlen Wolbachiánál sem tapasztaltak még.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Hasznos mutációk?

Mint ahogy tudjuk, egy élőlény örökítőanyagának megváltozását mutációnak nevezzük. A mutációs események viszonylag ritkák, a DNS másolását végző polimeráz enzim általában néhány százmillió – egymilliárd bázisnyi DNSben ejt egyetlen hibát. Hogy ez sok vagy kevés, az erősen viszonylagos, mint ahogyan az is erősen kutatott kérdés, hogy mi történne, ha a mutációs ráta csökkenne vagy éppen nőne?  Hogyan lehetne mégis kísérletesen vizsgálni ezt a kérdést?

Loh és munkatársai egyszerűen közelítették meg a kérdést. Egy csomó DNS polimeráz I mutáns Escherichia coli törzset hoztak létre, amelyekben így nagy mértékben különbözött a mutációk bekövetkezésének az esélye. Voltak köztük vad típusú DNS polimerázt hordozók, olyanok, amelyek a vad típusúnál sokkal ritkábban építettek be hibás bázisokat (antimutátor) és olyanok is, amelyek a vad típusú enzimnél sokkal gyakrabban hibáztak (mutátor). A legerősebb antimutátor polimeráz ezerszer kevesebb hibás bázist épített be, mint a vad típusú, a legerősebb mutátor enzim pedig a vad típusúnál ezerszer több hibát hozott létre. Végül tizenegy mutátor, ötvenegy antimutátor és négy vad típusú törzzsel dolgoztak. A törzsek a mutáns polimerázokat kódoló géneket plazmidon hordozták, a kromoszómális genomjuk azonos volt, így kizárták az esetleges háttérmutációk hatását.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….