A mexikói vaklazac (Astyanax mexicanus) fejlődésbiológiája illetve evolúciója a kezdetek óta a blog kedvelt, visszatérő témái közé tartoznak.
A mexikói tavakban élő, alapvetően jellegtelen Astyanax faj egyes populációi, a történelem során többször is, a felszín alatti hatalmas mészkőbarlangokba keveredtek, és ott, a felszíntől izolálva, egymástól függetlenül nagyon hasonló változásokon estek át: színtelenek lettek és elvesztették a szemüket (a konvergens (mikro)evolúció szép példájaként). Mindez persze nem véletlenül következett be, hanem mert az említett szemcsökevényesedést okozó változások, a jelek szerint, együtt jártak olyan jellegek megjelenésével, amelyeknek köszönhetően a sötét barlangi környezetben a halak jobban tudnak tájékozódni.
Egy érdekes kérdés természetesen, hogy az a genetikai változatosság, ami lehetővé tette, hogy a szemméret lecsökkenjen mikor jelent meg: ott volt-e már a felszíni populációkban, vagy csak később, már a föld alatt jelent meg?
Cliff Tabin csoportja most ennek járt utána. Azt feltételezték, hogy a változatosság már létezett a felszíni populációkban, csak mindenféle chaperon-fehérjék hatásának köszönhetően nem tud megnyilvánulni. (Kicsit bővebben, arról lenne itt szó, hogy a szem kialakításában részt vevő fehérjéknek létezhetnek olyan variánsai, alléljai, amelyek olyan mutációt hordoznak, amely miatt a szerkezetük egy kicsit más lenne, mint a vad típusú allél esetében. Ez viszont működésbeli változást okozna, s így a szemméret, más lenne, mint normális esetben. A sejtben levő chaperon fehérjék felismerik ezeket a rosszul csavarodott fehérjéket, és átalakítják őket, kvázi normál szerkezetűvé. Ha a chaperon fehérjék nincsenek jelen, vagy annyi dolguk van, hogy nem tudnak a rosszul tekeredett szem-fehérjékkel foglalkozni, akkor a rossz térszerkezet hatásai már észlelhetővé válnak.)
Ezt tesztelendő, egy olyan reagenst (radicicol) adtak a növekvő halaknak, amely képes a chaperonok működését meggátolni. S valóban: a létrejövő utódpopulációban, sokkal nagyobb szem-méret variációt lehet megfigyelni, mint a kezeletlen halak esetében. (Hogy ez genetikai okok miatt van, azt az bizonyítja a legjobban, hogy ha elkedzjük kiválogatni a kisszemű halakat és azokat egymás közt ívatjuk, akkor az utódpopulációban már mindenféle kezelés nélkül is kisebb szemméretet fogunk tapasztalni, lásd a fenti ábrán.)
Az persze nem triviális, hogy honnan akadt a mexikói vidéken valami, ami a radicicollal hasonló hatást váltana ki. Itt a barlangi vizek pontos fizikokémiai jellemzése segített: ezeknek a tavaknak a konduktanciája lényegesen alacsonyabb (közer ötször), mint a felszíni vizeké. Az alacsony konduktancia viszont olyan stresszhelyzetet okoz, aminek következtében a chaperon-fehérjék extrém igénybevételnek vannak kitéve. Nem véletlen tehát, hogy alacsony konduktanciájú közegben nevelt halak hasonló szemméret-varianciát mutatnak, mint a radicicollal kezelt kísérleti populációk.
Vagyis a különböző vaklazac populációk szemcsökkenését okozó genetikai variációk nem újonnan keletkeztek, hanem már jelen voltak a felszíni, szülői populációkban, a barlangok vize csak olyan közeget biztosított, ahol ez a variancia fenotipikus szinten is meg tudott nyilvánulni.
Rohner N, Jarosz DF, Kowalko JE, Yoshizawa M, Jeffery WR, Borowsky RL, Lindquist S, Tabin CJ (2013) Cryptic variation in morphological evolution: HSP90 as a capacitor for loss of eyes in cavefish. Science 342:1372-5.
A fejlődést egyértelműen előnyös vagy hátrányos, esetleg változó kimenetelűnek értelmezed? Ezt csak azért kérdezem, mert lehet te mást értesz alatta mint én. Én pl. abszolút értelemben előnyös változásokat értek alatta. A reltív értelmezését kizárnám a könnyebb válaszadás érdekében. (Azon már nyílván vitatkozni lehetne, hogy a hal szempontjából ez a változás egyértelműen előnyös vagy hátrányos-e.)
@aprosolyom: Nem egészen értem a kérdést. A posztban “fejlődés” csak a fejlődésbiológia kontextusában szerepel, az meg nyilván más, mint amit te kérdel.
Bocsánat az OFF kérdésért, de azt hiszem a legalkalmasabb emberekhez fordulhatok a kérdésemmel:
Csupán annyi lenne hogy folynak-e kutatások Magyarországon evolúciós fejlődésbiológia (evodevo) terén, ha igen hol olvashatnék utána hogy mit ügyködnek a témában? Én nem találtam semmi hasznosat erről.
@Selender14: Hát ugyan illene tudnom, de nem tudom, pontosabban én itthon nem ismerek (sajnos) ilyent – főként gondolom azért mert támogatást kapni ilyemsire kb lehetetlen Mo-n. Jékely Gáspár csinál valami ilyesmit, de ő Tübingenben van. Itthon inkább csak side-projectként futnak evodevos témák.
@dolphin: rendben van, köszönöm a választ! 😉
@Selender14: Ha mikróbák evolúciója is érdekel, Pál Csabáék rendszerbiológiai kutatásainak ilyesmi melléktermékei is akadtak. Nem tudom ilyesmire gondoltál -e?
Ha a genetikai változatosság megvan, akkor a szem fölöslegessé válása után a szelekció ugyanide kell hogy vezessen a chaperon fehérjék működését zavaró kémiai környezet nélkül is, legfeljebb lassabban, mivel az egyes generációkban kisebb lesz a fenotípus szórása.
Eleve, ha a szem kialakításában résztvevő fehérjéket kordában tartó chaperonokat zavarja az a környezet, akkor az aligha csak a szem fejlődésére hat. Ez a hatás itt mégis szemspecifikus, ami azt sejteti, hogy a chaperonok zavar befolyásol, de összességben másodlagos.
Félig off kérdés: google keresés alapján a “konduktancia” orvosi szakzsargonnak tűnik membránok áteresztőképességére, meg ilyesmikre. Vízre még életemben nem hallottam használni. (OK, sose hallottam még ezt a szót.) Vezetőképességet akar jelenteni? Azaz ionszegényebb a a barlangi tavak vize, és ezt képtelen kompenzálni a halak szervezete?
Ez önmagában is érdekes, mert ha a vezetőképességről van szó, akkor az ötszörös különbség szerintem belefér a természetes vizek változatosságába, szal az is érdekes, hogy mi volt a referencia.
@Sexcomb: Köszönöm a tippet, utánaolvastam!
Igen, valami hasonlóra, és érdekes témakör a rendszerbiosz és evolúció vegyítése, még nem hallottam róla. Talán valami hasonló dolgot TDK témának is fel tudok használni, ha már egészségügyis helyen vagyok, de érdekel az evolúció.
De egyébként leginkább olyan témakörre gondoltam, miszerint az ontogenezist hasonlítják össze a filogenezissel, és a kettő közti ok-okozati kapcsolatokat vizsgálják mindkét irányba. Amennyi anyagot találtam róla ott ilyesmi dolgok voltak írva.
@Mackósajt: A konduktancia magyarul vezetőképesség, a (villamos) ellenállás reciproka. Mértékegysége a siemens (S). (ált. isk fizika 8. o.)
A tiszta víz nagyon rossz vezető, mert alig vannak benne ionok. Ha vízben ionokra bomló sókat oldunk fel benne, a vezetőképesség durván a sótartalommal arányosan nő egy határig. Az összegyűlt esővíz sótartalma kicsi, tehát a konduktanciája is kicsi. Ez lehet közvetlen hatással, az állatra, de inkább az ozmózis a valószínűbb: a víz benyomul a sós szövetekbe és az ottani elektrolitokat hígítja. Ha az állat ehhez nincs hozzászokva, egy csomó biokémiai folyamatot befolyásolhat. Tipikusan ez történik amikor az egyszeri akvarista a tengeri halakat csapvízbe rakja, elpusztulnak.
@Mackósajt: A másik kérdésedre válaszolva:
a desztillált víz vezetőképessége 5,5 μS/m, a csapvízé ennek ezer-tízezerszerese azaz 5-50 mS/m. A tengervíz nagyjából 5 S/m, ami kb. egymilliószor nagyobb mint a desztillált vízé.