Egerek és jellemek

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.

ID = Kreacionizmus

És most már papír is van róla. Néhány perce John E Jones II, a
Kitzmiller vs Dover School Board per bírája közzé tette, az ítéletet (a
teljes doksi – 139 oldal – itt érhető el).
Talán a kulcsmegállapítása (az egészet nyilván még én sem olvastam):

“ID cannot uncouple itself from its creationist, and thus religious, antecedents.”

A történet valószínűleg még nem ér véget, mert bár az új összetételű
doveri iskolai tanács nem fogja megfellebbezni a döntést, Amerikáról
lévén szó, amíg az ügy nem jut el a Legfelsőbb Bíróságig és az ID
biológia órán való tanítása a “tudományos kreacionizmus”-hoz hasonlóan
nem lesz megfellebezhetetlenül alkotmányellenesnek nyilvánítva, addig
nem fognak lenyugodni a kedélyek. Addig is azonban ez egy szép
karácsonyi ajéndék mindenkinek, aki számára valóban fontos a tudomány,
a tudományos gondolkozás fejlődése. Kellemes Ünnepeket (mert korántsem
biztos, hogy lesz időm addig újból posztolni ;-)))

Kis hvg.hu kritika

Nahát igen, sajnos az MTI ill. a ráhivatkozó hvg.hu
sem arról lesz híres, hogy a tudományos irományaik pontosságát gondosan
ellenőrizzék, neagyisten, a tudományos szerkesztő elolvassa a
szóbanforgó cikkeket, s ne csak unottan és szórakozottan másolgasson
valami külföldi hírportál anyagából. (Csak tudnám, akkor vajon miért
fizetik…?!?)
Szóval mint az igazából kiszámítható volt, örömmel lovagolták meg Ők is az előzőleg már kritizált “ezagénabőrszíngén” mániát, de ez még jelen esetben a kisebbik baj. A nagyobb ez itt:

“A genetikusok rákkísérleteket folytattak halakon, amikor felfedezték a kérdéses gént.”

Mondjunk bombasztikusat, nem baj ha nem is igaz. Mint előző hozzászólásból
is kitűnik erről szó sem volt. Egyszerűen egy hal pigmentáció mutánst
vizsgáltak. Annyiban jött ide a melanóma, hogy valamelyik híradónak
nyilatkozva Keith Cheng utalást tett arra, hogy egyszer majd akár ezzel
is kapcsolatba hozható lesz a felfedezett gén.
Emellett valóban eltörpül, hogy Cheng-et “a Pennsylvaniai Egyetem orvosi karának rákszakértője”-ként
aposztrófálják. Ezzel az a gondom, hogy a “Pennsylvaniai Egyetem”
semmitmondó és félrevezető lehet. Pennsylvániában két nagy egyetem van
(illetve van több is, de azok neve szempontjából a hír nem lenne
félrevezető), az egyik az Ivy League-hez tartozó University of Pennsylvania (UPenn vagy Penn), amelyik egy Philadelphiában található magánegyetem, a másik pedig a Penn State,
amely egy állami intézmény, több campusszal Pennsylvania szerte (ahol
Cheng dolgozik, az a csokigyáráról híres Hershey-ben található).
(Egyébként pont amiatt, hogy külföldiek gyakran keverik a két
egyetemet, a UPennen gyakran lehet látni embereket “NOT Penn State” feliratú polóban.)

Bőrszínek

Miért különbözik egyes emberi csoportok bőrszíne? Nyilván nem azért alakult így, hogy hosszú évszázadokon keresztül, a “mi” és “ők” kategóriák fenntartóinak munícióként szolgáljon, mert a természet nem foglalkozik ilyen hülyeségekkel. Annak, hogy különböző éghajlatokon különbözik az egyes emberek bőrszíne, kőkemény élettani okai vannak. Azokon a területeken, ahol erősen süt a nap és nagy az UV-A sugárzás a fekete bőrszín kiszűri a DNS-ben kárt okozó napsugarakat (éppen ezért sokkal alacsonyabb ezeken az égöveken a sötétbőrszínüek körében a bőrrák aránya), illetve megvédi a lebomlástól a DNS szintézishez fontos folát nevű molekulát. Ugyanakkor a napfénynek nemcsak káros hatása van, hanem nagyon fontos a D-vitamin szintéziséhez, ezért mérsékelt égöveken, ahol a napfény nem annyira erős, a világos bőrszín sokkal több előnnyel jár. A bőrszín egy melanin nevű pigmenttől függ, amelyet a bőrben található sejtek, a melanociták termelnek speciális sejtorganellumaikban a melanoszómákban (világos bőrű emberekben ennek a termelésnek a beindulásához erős napsütésre van szükség, ezért “barnulunk” le a tengerparton). A bőrszínek közötti eredendő különbség ezen melanoszómák számából és nagyságából ered.

Annak ellenére, hogy a bőrpigmenttáció sejttani alapjairól sokat tudunk, a genetikai háttér elég homályos. Eddig főként a melanocortin-1 receptor (MC1R) fehérje szekvenciája és a bőrszín között írtak le összefüggést [1], most azonban egy újabb gént lehet a listához adni (a jól csengő és könnyen megjegyezhető slc24a5-ről van szó) és ezúttal némi funkcionális adatsor is alátámasztja ezt a megfigyelést [2].
A felfedezés egy zebrahal mutánsnak köszönhető, amely a narancssárgás színe miatt a golden keresztnévre hallgat. Ha hinni lehet a szakmabeli pletykáknak, Keith Chang csoportja közel tíz éve klónozgatta a mutációt okozó gént, míg végül siker koronázta törekvéseiket, olyannyira, hogy az eheti Science címlapjáig (majd onnan a vezető hírportálokig) jutott az eredményük.

1. Ábra: A golden zebrahalak bőrében kisebb és halványabb melanociták találhatók (A,B). [2]

A golden zebrahalak pigmentációjának hibája ahhoz vezet, hogy a melanocitáik kisebbek és halványabbak, bennük kevesebb melanoszóma van (naná, hogy jó modellnek tűnt az emberi bőrpigmentáció tanulmányozásához is) (1. Ábra). Mint azt a hosszas klónozás eredménye kiderítette, a mutációt egy iontranszporter, a már említett SLC24A5 szekvenciájának megváltozása okozza, amely egy diszfunkcionális (és ezért még mRNS korában lebomló) fehérjét hoz létre. Maga az iontranszporter a sejt belsejében található, feltételezhetően a melanszómához tartozó membránokban mutatható ki, s a Ca2+ ionok bejutását segíti elő az említett sejtstruktúrába, illetve szerepe lehet a melanoszóma pH-jénak szabályozásában is. (Mivel ez a két esemény fontos a melanoszóma enzimjeinek működéséhez, könnyű levonni a következtetést, hogy mivel jár, ha a transzporter nem működik.)

Ami igen érdekes, hogy a mutációt ellensúlyozni lehet, nemcsak a normális zebrahal slc24a5 gén mRNS-ének a halembrióba való bejuttatásával, hanem a humán megfelelővel is, ami azt sugallja, hogy az emberekben a gén igen hasonló funkciókat tölthet be. Ez vezetett oda, hogy a kutatók az emberi genetikai állomány variációit feltérképező Hap-Map Project segítségével elkezdték vizsgálni, hogy van-e összefüggés a gén variációi és a bőrszín között. Egyetlen nukleotida különbséget fedeztek fel, amely a fehérje szinten egy aminosav (Ala->Thr) cseréjét okozta. Míg a 111. aminosavpozícióban levő ősibb alanint (Ala111) kódoló szekvencia 93-100% arányban szerepelt az afrikai-, indián-, vagy kelet-ázsiai származású mintákban, addig az újkeletű threonint (Thr111) kódoló DNS 98.7-100%-ban dominálta az európai genetikai állományokat.
Remélem ezen a ponton egy kicsit mindenki felkapta a fejét, hiszen a fent leírtak alapján ez nem lehet “A” bőrszín gén, hiszen az ősibb variáns jelen van a világosabb bőrű kelet-ázsiaiakban is. Való igaz (épp ezért igen bosszantó, újságírói slendriánság, hogy a főbb újságok és portálok már-már úgy aposztrofálták a hírt, mintha a bőrszínt kódoló egyetlen génről lenne szó), de nem is meglepő, hiszen a bőrszín tipikusan több gén által kódolt, ún. multigénes tulajdonság, nem véletlen hogy igen sok bőrszín árnyalat létezik. Az azonban bizonyítható, hogy az SLC24A5 polimorfizmusának köze van a bőrszínhez: összehasonlítva különböző populációkban a bőrszínárnyalatokat, egyértelműnek tűnik, hogy a sötétebb szín az ősi allélal van kapcsolatban. Sőt kis statisztikázással azt is kihozták a mintákból, hogy az iontranszporter gén polimorfizmusa, az európai-afrikai bőrszínkülönbség kb. 25-38%-áért felelős. Az azonban sajnos nem derül ki, hogy az említett emberi polimorfizmus milyen funkcionális következménnyel jár. Míg a zebrahal esetében egyértelmű, hogy a pigmentáció eltérést a mutáns esetében fehérjét kódoló mRNS gyors lebomlása okozza, addig az emberekben nincs ilyesmiről szó, csak egy kisebb szekvenciaeltéres figyelhető meg a különböző bőrszínű egyének esetében. Ez valószínűleg az SLC24A5 működésére van kihatással, de hogy pontosan mi történik az még a jövő zenéje.


[1] Harding RM, Healy E, Ray AJ, Ellis NS, Flanagan N, Todd C, Dixon C, Sajantila A, Jackson IJ, Birch-Machin MA, Rees JL. (2000) Evidence for variable selective pressures at MC1R. Am J Hum Genet. 66(4): 1351-1361. Epub 2000 Mar 24.
[2] Lamason RL, Mohideen MA, Mest JR, Wong AC, Norton HL, Aros MC, Jurynec MJ, Mao X, Humphreville VR, Humbert JE, Sinha S, Moore JL, Jagadeeswaran P, Zhao W, Ning G, Makalowska I, McKeigue PM, O’donnell D, Kittles R, Parra EJ, Mangini NJ, Grunwald DJ, Shriver MD, Canfield VA, Cheng KC. (2005) SLC24A5, a putative cation exchanger, affects pigmentation in zebrafish and humans. Science 310: 1782-1786.

Lapszemle vagy mi

A Népszabadság “Hétvége” mellékletében két cikk is foglalkozik az amerikai ID mozgalom helyzetével (“Elmossa a vízözön a tudományt?” ill. “Akcióban a neokreo”).
Kritikus leszek/vagyok, szóval a két cikk (főleg a második)
egész tűrhető a laikus olvasó szempontjából, de az előbbinek az első,
míg utóbbinak az utolsó bekezdésében van egy-egy hiba.
Először is:

“A “tudományos teremtéstant” hiába
ítélik el a tudomány, sőt a vallás képviselői is, megint nagy a
veszély, hogy bekerül a tantervekbe.”

Itt az a gond, hogy a “tudományos teremtéstant” (aka. “scientific creationism”) már nem tehetik be a tantervebe, mert annak
tanítását alkotmányellenesnek ítélte a Legfelső Bíróság (Edwards vs. Aguillard,
1987). Az megint más kérdés, hogy az ID tartalmilag lényegében ugyanaz,
mint a “tudományos kreacionizmus”, de nem kell fölösleges támadási
felületet adni.

A Horváth Gábor cikket  jobbnak érzem, jól indít Patt Robertson demagóg szövegének abszurditását hangsúlyozva, és még a Wedge- (Ék) dokumentumról is esik szó, ami plusszpont ;-)) Azonban legvégül akad egy logikai gikszer:

“Ebből a szempontból is kulcskérdés, hogy a neokreo segítségével
sikerül-e a XXI. században életben tartani minden vallás alaptételét: a
világot Isten teremtette.”

Az, hogy a világot/univerzumot Isten teremtette-e vagy
sem valamilyen szinten egy eldöntheteten filozófiai kérdés marad talán
örökre. DE: a doveri per és az egész kreacionista-evolucionista vita nem erről szól, hanem arról, hogy működik-e az
evolúció, megmagyarázható-e vele az élővilág sokszínűsége. Ez pedig
már nem egy filozófiai kérdés már, hanem igencsak tudományos. A válasz
pedig, természetesen: Igen, miazhogy.

Ha pedig már így belejöttem a kritizálásba, akkor essen még szó az origo cikkéről (“A beperelt darwinizmus”), még pontosabban a hozzákapcsolódó szavazásról.
Ugyan az állás elég dinamikus és pl. 1700 és 2300 szavazat között sokat
változott, az jól látható, hogy többen gondolják úgy, hogy az
evolúcióelmélet mellet az ID-t netán oktatni kellene. Természetesen a
minta ki tudja, hogy mennyire reprezentatív, de most gondoljuk, hogy az
említett szempontból az. A helyzet nem ad sok okot vidámságra sőt, azok
számára kellene ébresztőként szolgáljon, akik azt gondolják, hogy ez
egy obskurus amerikai probléma, ami nem érinti Magyarországot. Itt
lenne az ideje felvenni a kesztyűt és feleletet adni az ezotéria évek
óta tartó térnyerésével szemben. Amikor utoljára végigjártam számos
budapesti könyvesboltot, igazán színvonalas tudományos
ismeretterjesztést alig-alig lehetett látni, míg ezotérikával több
polcsor volt megtöltve. Szóval asszem nem kell nostradamusi tehetség
megjósolni azt, hogy az áltudományok elfogadottsága terjedőben van (és
igaz, hogy a Mindentudás Egyeteme igen jó szolgálatot ethetne ennek az
ellensúlyozására, de így nem nagyon fog menni, sőt csak a kamutudósok
malmára hajtják a vizet). Pedig szerencsére létezne más nyelveken nagy
mennyiségű igen színvonalas tudományos ismeretterjesztő irodalom, de a
kiadók vagy nem merik felvállalni a fordításukat, vagy egyszerűen nem
kifizetődő számukra, s egyik sem egy túl bíztató dolog…
Természetesen a szavazás (jelen) állása nem feltétlenül jelenti, hogy
30%+ a kreacionisták aránya: ebben a formában nehéz eldönteni, hogy a
válaszolók úgy gondolták-e, hogy az ID-t biológia órán kell-e tanítani
(mert pl. filozófia-, vagy vallásórán nyilván lehetne), s ha igen azt
nem csak valamilyen felfokozott és félreértelmezett liberalizmusból
mondták (“adjunk egyenlő esélyt mindennek”), mert nem ismerik a
tudományos módszer definícióját. Szvsz időszerű lenne, hogy az MTA
komolyan el kezdjen foglalkozni ezzel a dologgal: jobb lenne minnél
hamarabb felmérni, hogy hol is tart a tudománytalanság szeretete ma,
már ha még valaki komolyan veszi a “tudás alapú társadalom” építését….

A mama nyolc szerető karja között

A baloldali képecske által sugallmazott látszat ellenére nem a
“Világok háborúja” vagy a “Támad a Mars” legújabb feldolgozásáról lesz
itt szó, hanem az anyai gondoskodás megnyilvánulásának egy érdekes
példájáról (a képen pedig egy fiatal puhatestű látható ;-)).
Mint arról a BBC is beszámolt, az eheti Nature-ben jelent meg egy rövid kis riport a Gonatus onyx nevű tintahal utódgondozási szokásairól. A tintahal-szex
egy igen síkos és tapadós esemény, melynek következménye a nagyszámú
megtermékenyített embrió (ezeket általában a puhatestű szülők szinte
azonnal magukra hagyják). Azért is keletkezik nagyszámú embrió, mert
gondoskodás hiányában sok közülük elpusztul, vagy egyszerűen más
állatok táplálékává válik (ún. “r-stratégia”), így ennyire van szükség
ahhoz, hogy néhány elérje a szaporodóképes kort (ennek ellentéte amikor
csak néhány utódot nemzenek a szülők, de azokat gondosan felnevelik).
Ami a szóbanforgó tintahalat különlegessé teszi az az, hogy e faj
esetében a nőstény gondoskodik az utódairól. A képeken, melyeket a
kutatók 1500-2500 m mélységben vettek fel távirányítású kamerák
segítségével, jól megfigyelhető, amint a nőstény karjaiban tart egy
szürke “zsákot”, amely lényegében egy vékony hártyából és a benne
található embriókból áll. A logikus kérdés az előbb elmondottak
fényében, hogy miért van szükség akkor itt szülői gondoskodásra, ha
úgyis szintén sok embrióról van szó? A válasz valószínűleg abban
rejlik, hogy ennyire mélyen a víz oxigénben elég szegény, így a
normális növekedéshez szükség van arra, hogy az anya karjaival
rendszeresen vizet áramoltasson át a “zsákon”, különben oxigén hiány
léphet fel. Ami szintén megkülönbözteti más tintahalaktól a G. onyx-t
az az, hogy jelek szerint az embrionális fejlődés sokkal lassúbb és
tovább tart mint más fajokban. Ennek szintén köze lehet a mélységhez:
nemcsak kevés oxigén van, de hideg is, így a biológiai folyamatok
lelassulnak.
Igazán példás szülőknek tekintehtjük ezeket az állatokat, hiszen az idő
alatt amíg az utódgondozás folyik a nőstények nem táplálkoznak, és nem
is mozognak túl sokat, így mire a kis tintahalak kiszabadulnak (erről itt egy videó) a
zsákból és nekilátnak felderíteni a környező világot, az anyák annyira
kiéheztetik magukat, hogy mozgásuk koordinálatlanná válik és enzimjeik
működése is lelassul. S még így sem garancia a siker, mert ez a mélység
az elefántfókák és cetek kedvelt vadászterülete, a lassan mozgó
tintahalak pedig könnyű prédának számítanak…





Seibel BA, Robison BH, Haddock SHD (2005) Post-spawning egg care by a squid. Nature 438: 929.

Ki is akkor az “utánozó majom”…?

Carl Zimmer egy érdekes kutatásra hívta fel a figyelmet a NYTimesban (akinek van ideje/lehetősége annak mindenképpen ajánlom az eredeti cikk elolvasását).
A kutatók 3-4 éves gyerekek és csimpánzok tanulási és logikai
képességeit hasonlították össze. A feladat az volt, hogy egy átlátszó,
vagy sötét műanyagdobozban levő tárgyat kellett megkaparintani a
kísérleti alanyoknak. Eddig a dolog elég egyszerű ügy, a plusz csavar
az volt, hogy a kísérletvezető először megmutatta a gyerek vagy
csimpánz kísérleti alanyoknak, hogy hogyan kell kivenni a szóbanforgó
objektumot a dobozból. Azonban nem csak egyszerűen kinyitotta az ajtót,
hanem beiktatott néhány felesleges lépést is, például egy retesz
tologatását (ami valójában a dobozon belül semmihez nem kacsolódott)
ill. a doboz fedelének ütögetését, mielőtt meglépte volna a lényegi
lépést. A kérdés az volt, hogy mennyiben utánozzák majd őt a
gyerekek/majmok amikor meg kell kaparintsák a dobozban elhelyezett
tárgyat.
Mint az várható volt amennyiben a doboz sötét volt, azaz nem látszott,
hogy a retesz tologatás és doboz ütögetés tök felesleges, mert semmi
kapcsolatban nincs az ajtó kinyitásával, mindkét kísérleti csoport hűen
követte a kísérletvezető bemutatóját. A meglepetés akkor jött amikor
átlátszó dobozra áltak át: míg a csimpánzok szinte kivétel nélkül
rájöttek, hogy a bevezető kis gyakorlat nem szükséges az ajtó
kinyitásához, a gyerekek 80%-a, bár nyilvánvalóan szintén látta, hogy a
kezdeti performansz nincs semmilyen fizikai hatással az ajtó
nyithatóságára, továbbra is lelkesen elvégezte a rituálét, annyi
különbséggel, hogy egyre gyorsabban hajtotta végre az egyes lépéseit.
A feltételezés (elméletnek egy kicsit kevés még azért) az, hogy pont ez
a nagyfokú imitációs hajlam tette az embereket különlegessé, mert
hasznossá vált amikor elkezdődött az egyre összetettebb eszközök
készítése. Azaz pont a majmolási hajlamunk az egyik olyan
tulajdonságunk ami megkülönböztet bennünket a majmoktól ..;-))).

LUCA

Luca napja van, legyen hát szó Lucáról, pontosabban LUCA-ról, a ma
élő organizmusok utolsó közös őséről (Last Universal Common Ancestor).
Nem tudjuk pontosan, hogy hogyan is nézhetett ki LUCA, de bizonyos
sejtéseink vannak néhány tulajdonságáról. Először is mivel a genetikai
kód univerzális és számos olyan fehérje ismert amelyek orthológjai
elővilág mindhárom nagy ágában (Archea, Eubacteria, Eukarya)
fellelhetők, meglehetős nagy valószínűséggel kijelenthetjük, hogy ezen
tulajodnságok egyben LUCA tulajdonságai is voltak. Az elterjedtebb
elméletek szerint LUCA leginkább egyes ma élő Gram-pozitív
baktériumokra hasonlíthatott, azaz bakteriális kör alakú DNS
kromoszómával, sejtmembrán és -fal által körülvett transzkripciós és
transzlációs apparatussal rendelkező prokarióta lehetett. Vagy nem,
legalább is ezt sugallja Eugene Koonin és William Martin egy
közelmúltban megjelent cikkjükben.

A Trends in Genetics véleményrovatában közölt írásukban arra
hívják fel a figyelmet, hogy az említett hasonlóságok ellenére számos
alapvető különbség is akad az Archea és Eubacteria csoportba tartozó
mikroorganizmusok között. A legismertebb talán az, hogy sejtmembránjuk
(és ami azt illeti sejtfaluké is) összetétele alapvetően különbözik: az
előbbiét izoprén-éterek, míg utóbbiét zsírsav-észterek alkotják. Sőt a
DNS másolásra is igen eltérő szekvenciájú fehérjéket használnak. Ennek
egyik magyarázata természetesen lehet az, hogy mivel az Archea
csoportba tartozó mikróbák elsöprő többsége extremofil, azaz
szélsőséges körülmények (magas hő és só koncentráció, vagy igen hideg)
között éldegél, az új életmódjukhoz való alkalmazkodás során
következtek be ezek a változások. Koonin és Martin azonban egy másik
lehetséges megoldást ajánl: LUCA még nem rendelkezett sem
sejtmembránnal, sem DNS alapú genommal, eze a két ágban később
egymástól függetlenül alalkultak ki. Igen ám, de a természetesen
felemrülő kérdés az, hogy akkor (szerintük) hogyan jöhetett létre
egyáltalán LUCA, hiszen lehetetlen, hogy egy akár ennyire komplex
organizmus spontán szerveződjön az “őslevesben”.
A két kutató által vázolt lehetőség sokban építkezik a viszonylag
közismert tengerfenéki hőforrás elméletre (e szerint az élet
keletkezése ezekhez a képződményekhez kötött). Szerintük LUCA egy ilyen
hőforrás környékén, geokémiai erők által létrehozott lyukacsos
kőzetekben jelenhetett meg. Az ilyen geológiai képződmények sok kb
1-100 mikron átmérőjű hasadékot tartalmaznak, és a forrás aktivitás
alatt ill. miatt állandóan növekednek, azaz állandóan új rekeszek
adódnak a képződményhez. A szintén jelen levő vas-szulfid katalizátora
lehetett a különböző biomolekulák létrejöttének, amelyek ezáltal egy
abiotikus, de kisméretű térben “lelték magukat”. A folyamat fő
hajtóereje (ezúttal is) az önreplikáció irányába mutató természetes
szelekció, ami egyrészt az előbb több, majd egyetlen szegmensen
(szakaszon) kódolt altruista operonok megjelenéséhez vezetett (amelyek
magukban kódolták a replikációhoz szükséges első géneket), másrészt
lehetővé tette az első paraziták megjelenését is (akik a már említett
replikációs apparátust kihasználták saját sokszorozódásukra, de ők nem
kódoltak a folyamathoz szükséges fehérjét). És ezzel kb. elértünk az
RNS-világhoz.
Mivel az egyes apró hasadékok között léteztek nyílások, az egyes
kompartmentekből időnként egy-egy molekula populáció egyszerű diffúzió
útján átkerült egy-egy szomszédos rekeszbe. Ez természetesen szelekciós
tényező is volt, hiszen amelyik társaság nem tartalmazta/kódolta a
replikációhoz szükséges összes elemet, az rövid időn belül nyomtalanul
eltűnt. A fejlődés egy következő pontja lehetett, amikor ez az ősi
genom egyfajta retrovírus-szerű replikációra tért át, azaz az RNS genom
replikációjába közbe iktatódott egy kettősszálú DNS is, amiről egy RNáz
segítségével íródott vissza a megfelelő orientációjú RNS (ezzel lehetne
magyarázni pl. az RNáz-H jelenlétét mind az Archea-ban, mind az
Eubacteria-ban).
És ez az a pont ahol az Archeák és Eubacteriák története elválik, azaz
az előbb vázolt molekulaegyüttes nem más mint LUCA. Az önreplikációra
képes primitív genomok ezután különböző úton, egymástól függetlenül
tértek át a teljesen DNS alapú genomra (ezért különböznek a DNS
replikáció komponensei annyira), ill. alakítottak ki maguknak
sejtmembránt. (A felmerülő probléma itt csak annyi, hogy a sok
különbözőség ellenére, van azért néhány membránfehérje is amelyik
mindkét csoportban megtalálható. Szerzőink szerint ezt nem lehet
későbbi horizontális gén transzferrel magyarázni – amely egyébként nem
ritka a prokarióták között -, ugyanis az ominózus fehérjék alapján
készülő filogenetikai fák egyértelműen elválasztják az Archea és
Eubacteria csoportokat. Az általuk elképzelhetőnek tartott magyarázat
szerint ezek a fehérjék az abiotikus hasadékok falán spontán képződő
hidrofób rétegekben létezhettek, s mivel ezek képződéséhez nincs
szükség egy membrán-szintetizáló apparátusra, nem feltételezi azt, hogy
LUCA genomja ilyesmit kódolt volna. Lehet, de szvsz ez az elmélet egyik igen gyenge pontja.)




Nagyításhoz katt a képre

Ez mind szép és jó, de ahhoz, hogy tudományos elméletként
fogadhassuk el kell legyen valami predikció, mert különben csak
filozófia. Nos, ezt természetesen a szerzők is belátják, ezért a
következő logikus potenciális falszifikációs utat javasolják:
amennyiben a sikerül olyan prokariótákra lelni, melyeknek Eubacteriára
jellemző membránjuk, de Archae típusú DNS szintetizáló apparátusuk van, az
teóriájuk instant halálát jelentené, hiszen annak értelmében ilyenfajta
“átmeneti” fajok nem létezhetnek. Mindenesetre ha valaha kiderül, hogy
elméletük igaz (ami egy elég nagy HA), az a szóban forgó egykori
mélytengeri hőforrást, ahol LUCA megjelent, valóban az “élet-forrásává”
tenné….



Koonin EV, Martin W. (2005) On the origin of genomes and cells within inorganic compartments. Trends Genet 21(12): 647-54. Epub 2005 Oct 11.

Tök vs fej (?)

Az aktuális Economist tudományrovatában figyeltem fel erre a cikkre amely hamarosan a Proceedings of the Royal Society-ben fog megjelenni, egyelőre csak online érhető el.
A szexuális szelekció
fontosságát az egyes fajok evolúciójában már maga Darwin is felismerte.
Klasszikus példa a hím pávák tolldísze, a lugasépítő madár hímjeinek
magatartása. Ezek mind olyan jellegek, amelyek valószínűleg a szexuális szelekció során
jöttek létre. Az említett cikk szerzői azonban egy újszerű
példával álltak elő.
Az állatok párzási rendszerei három
kategóriába sorolhatók: teljes monogámia, csak hímekre jellemző
promiszkuitás (gondoljunk pl. a rozmárok, vagy gorillák “háremeire”),
illetve mind hímekre, mind nőstényekre kiterjedő promiszkuitás
(utóbbiban a legnagyobb az ún. “spermakompetíció”, s mivel az egyes
nőstények több hímmel is párosodnak, szószerint az a hím lesz fittebb,
ergo adja tovább nagyobb sikerrel a génjeit, amelyik több hímivarsejt
temelésére képes). Az egyik olyan csoport, ahol mind a három
rendszer előfordul, viszonylag közeli rokon fajok között, a denevéreké.
Éppen ezért ideális csoportot képeznek, arra, hogy megvizsgáljuk a
szexuális szelekció hatását a különböző párzási rendszerekben. Az
említett cikk szerzői egy érdekes elmélettel álltak elő: mivel az agy
és a herék az emlősök testének igen energiaigényes szervei, azokban a
fajokban ahol nagy a már említett spermakompetíció, elképzelhető, hogy
a szexuális szelekció hatására több energia fog fordítódni a herék
fejlődésére mint az agyéra. Több mint háromszáz denevérfaj adatainak
összehasonlítása alapján a következők derültek ki: a monogám
párkapcsolatban, vagy háremekben éldegélő hímeknek viszonylag nagy
agyuk és kisebb heréik vannak, mint a harmadik csoportban levőknek.
Vagyis a jelek szerint valóban elképzelhető, hogy az utóbbi fajok
hímjeiben a szexuális szelekció (érthető okokból), a nagyobb, így több
“anyag” termelésére képes heréket preferálta, és ennek az energetikai
árát az agyuk méretében fizették meg. Kétségetelen, hogy ez is egy út a
nagyobb fitnesz elérésére… ;-)))



Pitnick S, Jones KE, Wilkinson GS (2005) Mating system and brain size in bats. Proc. R. Soc. B. Epub, doi: 10.1098/rpsb.2005.3367