A nyolcvanas évek végén, kilencvenes évek elején a fejlődésbiológia  hirtelen új korszakba lépett, amikor a klasszikus embriológia eredményeire építve, de az egyre bővülő molekuláris eszközöket is bevetve, kutatók egy új generációja pár év leforgása alatt durván kitágította a tudományág horizontját, exponenciálisan megnövelve azt, amit a gerincesek és gerinctelenek fejlődéséről tudunk. Ennek a kornak (is) állít emléket az egyik akkori úttörő (és mai nagyöreg), Randy Moon  The Scientist-ben megjelent cikke is, s amint az már az első bekezdés végén kiderül, a kutatások régi-új sztárja a béka lett.

Az idő azonban nem állt meg és az új korok szeleinek szárnyán új szokások és új igények jelentek meg, amelyek egyre inkább nyilvánvalóvá tették, hogy a béka számos előnye ellenére (pl. könnyű kisebb darabokat kivágni, ide-oda tenni benne, várva hogy, mi lesz) nem ideális minden kérdés megválaszolására. Legnagyobb hiánya, hogy nem (pontosabban csak alig) vannak mutáns vonalak, így mindazokat a genetikai manipulációkat, melyek a gerinctelenek között az ecetmuslicát a mennyekbe emelték, nem lehet elvégezni vele. Ez persze még önmagában nem lett volna elég erős érv ellensúlyozni az előnyöket, de a dolog nem maradt ennyiben. Ugyanis egy "vetélytárs" tűnt fel a láthatáron a zebrahal formájában (achtung: jobb itt leszögezni, hogy jómagam is halakkal dolgozom, így a pártatlanság vétségébe eshetem ;-)), amely egyszerre nyújtotta az embrionális előnyöket és a genetikai finomságokat. A béka fokozatosan háttérbe kezdett szorulni, számos nagyöreg őszinte bánatára. Utóbbiak közé tartozik Eddie de Robertis is (a megagagyi honlap ne tévesszen meg senkit, a labor a világ leg(el)ismertebbjei közt van), aki a fent látható kis grafika segítségével arra igyekszik ösztökélni a kollegákat (amennyire meg tudom ítélni, nem sok sikerrel), hogy a zebrahal helyett, használják a jól bevált egeret a genetikai vizsgálatokra (amely emlős révén gyakran informatívabb, még ha sokkal-sokkal babrásabb is), s maradjanak a békánál a korai embriogenezis tanulmányozása során.  

Mindez a fenti random agymenés annak az apropóján jutott eszembe, hogy blogunk rendszeresen kommentelője, Tancsibácsi,  Béka blog címmel látott neki a napokban a biológiával kapcsolatos tévhitek oszlatásána. És asszem erre a békára (a másikkal ellentétben) még garantáltan sokáig lesz szükség :-).

Az elmúlt hét "trendi" biológiai híre kétségtelenül az Észak-Wales partjainál felfedezett hatlábú oktopusz volt. S mivel a kis jószág láthatólag nem valami kéretlen külső erő hatására rendelkezik két lábbal kevesebbel, értelemszerűen a fejlődésbiológusok azon kezdik instant a fejüket törni, hogy mi okozhatta ezt a alkati malőrt.

A kérdésre azonban nehezebb a válasz, mint azt elsőre gondolná ez ember. Mivel a puhatestűek és különösen a fejlábúak fejlődése fejlődésbiológiailag nem egy könnyű dió (nehéz jó minőségű embriókhoz jutni, és azok fejlődése akár hónapokig eltarthat), nem is sokat tudunk róluk. A kevésből ami rendelkezésünkre áll (és szerencsére, pár hete jelent meg egy új tanulmány az ugyanide tartozó Nautilus-ok embriológiájáról), nagyvonalakban azért rekonstruálhatjuk, hogz miként is zajlott a tintahalak és oktopuszok evolúciója – és ezen át, hogy mi is történhetett a walesi hexopusban.

Ha összevetjük a puhatestűek egyszerűbb képviselőit, pl. egy Patella nevű tengeri csigafajt a lényegesen bonyolultabbnak tűnő "polipokkal", a legszembetűnőbb különbség, hogy utóbbiakban a lábak (szinte) körbefogják a fejet – innen az elnevezésük is -, azt az illúziót keltve, hogy a lábak a fejből nőttek ki. A helyzet azonban nem ez: a fejlábúak lábjai és csápjai a csigák lábával homológ szervek. Kialakulásuk (és a puha szövetek fosszilizációjának ritkasága miatt, itt ma még találgatásra kell hagyatkoznunk) során a csigák lába több részre "osztódott", valamint a test hossztengelye lerövidült, ami a fej és láb szerveinek összetömörüléséhez, egymásracsúszásához vezetett.

A fejlábúakra jellemző archetipikus embrionális bauplan "védjegye" a test két odalán szimmetrikusan kialakuló öt bár bimbó-szerű képződmény. Ezek közül az első kettő a Nautilusok esetén a fej egy különleges szervét, a csuklyát hozza létre, míg az utolsó három több tucat ujjszerű minicsápot hoz létre (ez feltételezhetően egy másodlagos, csak a Nautiloid vonalban megjelenő jegy). Tipikusabb a tintahalak esete, ahol mind az öt bimbópárból "végtag" alakul ki: a négy pár láb, plusz egy pár csáp. Az oktopuszok azonban különcködnek, mert náluk már csak négy pár "végtag" bimbó jelenik meg a fejlődés során (ezekből éertelemszerűen a nyolc kar alakul majd ki) – aminek két magyarázata lehetséges: vagy egy pár bimbó-képződmény kis sem alakul, vagy mindkét oldalon két-két ilyen kiemelkedés összeolvad.

És innen már evidens a hexopusunk legvalószínűbb magyarázata is: megismétlődőtt a kar-bimbó elvesződés/fúzió. Hogy ennek genetikai okai vannak, vagy egyszerűen csak a korai fejlődési mechanizmusok kavarodtak meg (mint Janus, a kétfejű teknős esetén) az azonban megválaszolhatatlan, bár az utóbbi sanszosabbnak tűnik.    

Shigeno S, Sasaki T, Moritaki T, Kasugai T, Vecchione M, Agata K (2008) Evolution of the cephalopod head complex by assembly of multiple molluscan body parts: Evidence from Nautilus embryonic development. J Morphol. 269(1): 1-17.

Amikor úgy két hete elterjedt, hogy az egyetemen magyarázzák majd a magyarázhatatlant Harun Yahya követői, rögtön éreztem, hogy kevés szórakoztatóbb programot találhatnék egy kedd késődélutánra. Így aztán amikor eljött a nap, háromnegyed négykor a pipettát az asztalra csaptam és átcaplattam a kijelölt előadóba, hogy egy kényelmes helyről, megfelelően kiélvezhetem a showt. Persze ekkor már túl is voltunk az első botrányon, ami abból adódott, hogy az egész hepajt szervező Student Islamic Society, kicsit sunyi módon nem jelölte meg, hogy miért pont a Darwin-előadót szeretné lefoglalni egy pontosan nem megjelölt témájú előadás számára, így a dékán és a tanszék oktatói már leginkább csak a sajtóból értesültek arról, hogy kreacionista körökben kisebb PR-puccsként ünnepelték a Darwin egykori londoni háza helyén épült egyetemi épületben tartandó szeanszukat. Hogy a Gower Street "istentelen mocska" mégsem az ominózus teremben élvezhette a "The Collapse of Evolutionary Theory and Fact of Creation" című ~90 perces gyönyörűséget, az annak köszönhető, hogy a pimaszságon jópáran besokaltak és végül másik előadóba terelte át a díszes társaságot az egyetemi bürokrácia.

Egy kattintás ide a folytatáshoz…. →

A közelmúltban közzétett Human Genome Diversity Project (HGDP) első eredményei világrengetőnek nem igazán nevezehetőek: lényegében minden fontosabb eredmény már ilyen-olyan formában ismert volt, vagy mitokondriális, vagy X és Y kromoszómás vizsgálatokból, vagy kisebb elemű egyéb genetikai felmérésekből.

Mégis, az 51 populáció, 938 (rokonsági viszonyban nem álló) egyedén, 650,000 egyszerű nukleotida polimorfizmus (SNP) figyelembevételével végzett vizsgálat már a puszta adatmennyiség miatt is jelentős. És ha korábbi ismereteink megerősítést nyernek, hát annál jobb ;-).

Egy kattintás ide a folytatáshoz…. →

Első találkozásra a Wikipédia tipikusan az a project, ami szinte mindenkiből, aki minimális affinitást érez a tudományos ismeretterjesztés iránt, lelkesedést vált ki. S ha pusztán az angol Wikit nézzük, a lelkesedésnek valóban sok alapja van.

A baj csak az, hogy ami ott jól működik a sok ezer szerkesztővel és lelkes közreműködővel (ami garancia az objektív(ebb) szócikkek megszületésére), nem feltétlenül jelenti azt, hogy mindez kicsiben ugyanilyen flottul fog menni. Tudom, persze, parttalan vitát lehet erről folytatni, de saját (régebbi) tapasztalataim alapján a magyar Wikire vonatkoztatva van némi alapja a vágói kritikának. Ugyanis egy ilyen szűk közösségben különösen nagy hatása lehet egy-egy túlbuzgó (és elfogult) szerkesztőnek. Különösen, ha az általa előszeretettel buherált területekhez, khmm, nem ért…

Szóval ilyen okok miatt (is) kezd az ember szimpatizálni, a wiki alapú, de elitistább projectekkel, mint a Scholarpedia, vagy legújabban az Encyclopedia of Life. Utóbbi nem kevesebbet tűzött ki maga elé, mint az összes ismert faj katalogizálása, és bár ebből a szempontból némileg redundáns a Tree of Life projecttel, az oldalak külön állítható részletessége, valamint a rengeteg cross-link garanciának tűnik arra, hogy mind a laikusok, mind az avatottabbak számára hasznos referenciapont lehet. Na persze az objektivitás szempontjából az sem árt, hogy a szerzők kutatók és múzeumi kurátrok közül kerülnek ki – aminek viszont az az ára, hogy csak lassanként telnek majd fel az oldalak.

A Monosiga brevicollis nevű galléros-ostoros egysejtűben valószínűleg a laikusok számára már-már egzotikusan jelentéktelen fajok egyikét tiszetlhetjük, de evolúciós szempontból mégis jelentős ez a parányi lény, hiszen a többsejtű állatok távoli "unokatestvérének" tekinthető. És a törzsfán levű kiemelt helye egyben szabadjegyet is jelentett számára a genomszekvenáló laborok munkaasztalaira, aminek a napokban lett meg az eredménye.

A galléros-ostorosok azért is izgatják a legtöbb evolúcióval foglalkozó biológus fantáziáját, mert testfelépítésük egy az egyben megegyezik a legegyszerűbb többsejtű állatoknak tartott szivacsok egyik sejttípusával (amit fantáziadúsan galléros-ostoros sejtnek neveznek), vagyis feltehetőleg a lehető legközelebb áll az állati többsejtűséghez. Más szavakkal a Monosiga egy genetikai aranybánya lehet, aminek alapján rekonstruálhatjuk (hellyel-közzel), hogy milyen genetikai változásokra volt szükség a többsejtű testfelépítés megjelenéséhez.

Ez utóbbit nem egészen véletlenül az evolúció egyik nagy lépésének tartják, hiszen minőségi ugrást tett lehetővé: a több együtt levő sejt megfelelő kommunikációval munkamegosztást tudott létrehozni, aminek a csendes hozadéka az volt, hogy egyre inkább specializálódhattak egy-egy feladat végrehajtásához. (A növényi "oldalon" a Volvocales fajok tanulmányozásától remélik sokan a többsejtűség titkainak megfejtését.) A kérdés tehát adott: jelen voltak-e már egy egysejtűben mindazok a gének, amelyek később a sejtek tapadását és kommunikációját elősegítették, s ha igen mi volt a feladatuk?

Mielőtt mindezekre kitérnénk, lássuk először a szárazabb tényeket: a Monosiga genom 41.6 Mb-ból áll, amely ~9,200 gént kódol. Összehasonlításként egy ecetmuslica genomja 180 Mb-on 14,601 gént kódol, míg az emberé 2,900 Mb-on kb. 23,000-t. Ha egy kicsit osztjuk-szorozzuk a fenti számokat, akkor hamar kiderül, hogy a galléros-ostorosok genomja még a hírhedten tömör muslica genomnál is tömörebb. Ami érdekes, hogy ettől föggetlenül, a legtöbb génben, amelynek létezik emberi megfelelője, a fehérje-kódoló részek közé beékelt jellegzetes intronok már a helyükön találhatók, még ha nagyon rövidek is. Ez ma már nem megy revelávió számba, hiszen a csalánozó genom közlése óta ma már közhelynek számít, hogy az intronok igencsak ősiek, de azért mégsem triviális.

Érdekes módon, mind azok a gének, amelyek a többsejtűekben a sejt-sejt összetapadást segítő fehérjéket kódolják, mind azok, amelyek a sejtekközötti térben előforduló molekulákat kódolják nagyszámban jelen vannak a Monosiga genetikai állományában is. Persze igazából talán nem kellene ezen meglepődni: nyilvánvaló, hogy épp későbbi funkciójuk miatt ezeknek a fehérjéknek már jelen kellett lenni, a többsejtűek ősében is (nehezen lehet többsejtű szerveződést úgy építeni, hogy nem tudjuk a sejteket összetartani…). És mégcsak nem is kell azt feltételezni, hogy ezek a gének ott ültek a galléros-ostoros kromoszómákon tétlenül, várva hogy végre elérkezzen az evolúció megfelelő pillanata, amikor feladatot kapnak. Egysejtűek számára legalább annyira fontos egy-egy felülethez való tapadás, mint pl. egy csiga vagy egy tatu két, szomszédos sejtje számára az összesimulás. 

Persze legalább ennyire érdekesek azok a gének is, amelyek többsejtűekben fontos funkciót töltenek be, de a Monosiga genomjában még nem lelhetőek fel. Ilyenek például a többsejtűek testét hosszanti irányban felosztó Hox-gének, ill. számos jelátviteli útvonal egy-egy szereplője (pl. a Notch-receptor, vagy a Sonic-hedgehog nevű szignál molekula). A jelek szerint azonban ezek a fehérjék sem a semmiből jelentek meg később: a szerkezetükben kulcsfontosságú egységek, az ún. domének már megtalálhatók más szerkezetű fehérjékben, így valószínűleg a domén-cserebere (aka. exon/domain-shuffling) folyamata játszhatott szerepet későbbi kialakulásukban. 

Abedin M, King N (2008) The premetazoan ancestry of cadherins. Science 319: 946-948.
King N, Westbrook MJ, Young SL, Kuo A, Abedin M, et al. (2008) The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origin of metazoans. Nature 451: 783-788.

A denevérek sikerességét nehéz lenne elvitatni, főleg mert ez nemcsak a populáris médiára szorítkozik, ahol megannyi könyv és film foglalkozik érintőlegesen velük, hanem a puszta biológiai tényekre is.

Az egyetlen olyan emlős csoportot képezik, amely sikeresen meghódította a levegőt, és tették ezt olyan fajgazdagon, hogy az összes létező emlősfaj ötöde közéjük sorolható. Emellett talán kissé meglepő lehet, hogy viszonylag keveset tudunk a kialakulásukról, mert az annyira gyorsan történt, hogy kevés fosszília maradt fenn róla.

A fejlődésbiológiai/genetikai kísérletek természetesen választ adhatnak arra, hogy milyen DNS-szintű változásokhoz köthető a denevér-testalkat kialakulása, de arra azért nem adnak választ, hogy a denevér evolúció a valóságban milyen kronológia szerint zajlott.

Ezért is fontos a Wyoming-ból előkerült "ős-denevér" fosszília, amely jól mutatja az átmeneti jegyeket a fán lakó és alkalmanként repülő/sikló, valamint az aktív repülésre berendezkedett életmódok között. Az 52.5 millió éve élt lény már rendelkezett egyfajta bőrszárnnyal, de a mellső végtagja még lényegesen rövidebb volt, mint a ma élő denevéreké (főleg a hátsó végtaghoz viszonyítva), és minden ujja végén egy-egy karom volt fellelhető (ellentétben a ma élő denevérekben megfigyelhető egy karom/végtag aránnyal). Innen ered a neve is, Onychonycteris, amely a görög karmos (onycho) és denevér (nycteris) szavakból származtatható.

Az Onychonycteris legérdekesebb vonása azonban a belső fülében rejlik. Ennek mérete és alakja ugyanis kizárja, hogy ez az állat ultrahangok segítséglvel, vagyis echolokációval tájékozódott volna, ami ezért fontos, mert végre pontot tehet a denevérek saját, különbejáratú "tyúk-tojás" dilemmájának végére.

Nem volt ugyanis eddig tisztázott, hogy mi volt hamarabb: a repülés vagy az echolokáció. Utóbbit sokan azért tekintették a repülés előfeltételének, mert a sötétben való pontos tájékozódás nélkül egy denevér élete kudarcra van ítélve, ráadásul számos olyan cickányfaj ismert, amelyek ilyen-olyan, primitív echolokációs rendszerrel rendelkeznek. Ami az elmélet ellen szólt, az a folyamat energiaigénye: az eddigi modellezési kísérletek azt sugallták, hogy a repülés nélküli hatékony ultrahangképzéshez sokkal több energiára van szükség, mint a repülés közbenihez, mert amíg a repülő mozgások összeköthetőek az echolokációs pulzusok létrehozásával (vagyis energiatakarékosak), pusztén a fán ülve ugyanez nehezen valósítható meg. 

Az Onychonycteris arról árulkodik, hogy a denevérek előbb hódították meg az eget, és csak később az éjszakát. A napszakváltás oka – feltehetőleg – a repülő (madár) ragadozók elterjedése lehetett, ami saccperkábé szintén erre az időszakra datálható, bár persze ki tudja.     

Speakman J. (2008) Evolutionary biology: a first for bats. Nature 451: 774-775.
Simmons NB, Seymour KL, Habersetzer J, Gunnell GF. (2008) Primitive Early Eocene bat from Wyoming and the evolution of flight and echolocation. Nature 451: 818-821.

Mint nemrég szó esett róla, az emberiség korántsem vonta ki magát (egyelőre) a természetes szelekció alól és ennek a folyamatnak a nyomát mind a hat lakott kontinensen megfigyelhetjük: emiatt alakult ki az emberiség ma is látható sokfélesége a közös ősi populációból.

Bár önmagában (és a biológiában különösen) a sokféleség gyönyörködtet, a humán populációk sokszínűsége évszázadok óta egyfajta méricskélés apropóját adta: mekkora ez a különbözőség, van-e minőségileg akkora, s egyébként is, a sokféleség puszta léte jelent-e valamifajta hierarchiát.

Most az emberi genetikai sokféleséget feltérképező HapMap Project legújabb adathalmazát segítségül hívva, néhányan annak eredtek a nyomába, hogy a különböző földrajzi területeken élő emberekben mely gének voltak/vannak pozitív szelekciónak kitéve. A statisztikai bűvészkedés eredményezte végső lista 55 génből áll, amelyből 30-ról igazából még nemigen tudjuk mit is csinál, azonban a maradék huszonöt elég beszédes.

Már eleve az is érdekes, hogy mi az ami nincs köztük: egyetlen olyan gén sem, amelyet bármifajta értelmi funkcióhoz lehetne kötni (korábban volt ilyenre jelölt, de aztán megmérettetett és kevésnek találtatott). Van viszont (talán nem túl meglepő módon) jópár olyan, ami a bőr- és hajszínt szabályozza, az immunrendszer patogén ellenes válaszreakcióját vezényli, vagy épp az érzékelésben játszik szerepet. És végül hat gén kifejezetten anyagcsere funkciókhoz köthető, tehát az adott területeken fogyasztott táplálék összetétele szintén szelekciós erejűnek bizonyult.

Utóbbi azért is tűnik érdekesnek, mert épp most jelent meg egy másik cikk is, ahol a szerzők arra utalgatnak erőteljesen, hogy az ember és csimpánz közt fellelhető genetikai eltérések egy része szintén a táplálkozásbeli eltérések számlájára írható. Az elvégzett kísérlet egyébként elég banális: két csapat laboregeret eltérő koszttal láttak el pár héten keresztül. Az első csoport emberi kaját kapott (vagyis főtt, fehérjében gazdag eleséget) – vagy az intézet menzájáról, vagy a közeli McDonalds menüjéből -, a második pedig az állatház majomrészlegének gyümölcs és joghurt gazdag táplálékát élvezhette.

A kísérlet végén összevetették, hogy különböznek-e a két csoport májában kifejeződő gének (utóbbi nem lenne teljesen váratlan, hiszen a máj engedelmesen megpróbálja
minnél jobban felhasználni a rendelkezésére bocsátott táplálékot és
nyilván más körülményeket igényel egy szelet banán és egy darab
raviolli lebontása). Láss csodát különböztek: több mint ezer gén mutatott eltérést (egyébként a normál menza kaján ill. a hamburgeren nevelt egerek közt súlyban volt különbség, de génexpresszióban nem), és ezek közel 10%-a olyan génnek bizonyult, amelyek szabályozórégiója és kódoló része is jelentős, szelekcióra utaló, különbséget mutat az emberi és csimpánz genomok között.

Barreiro LB, Laval G, Quach H, Patin E, Quintana-Murci L. (2008) Natural selection has driven population differentiation in modern humans. Nat. Genet. doi: 10.1038/ng.78
Somel M, Creely H, Franz H, Mueller U, Lachmann M, et al. (2008) Human and Chimpanzee Gene Expression Differences Replicated in Mice Fed Different Diets. PLoS ONE 3(1): e1504. doi:10.1371/journal.pone.0001504

Hangyányit megkésve bár, de azért mindenképpen megemlékezünk Darwin 199. születésnapjáról. Azaz most már igazán visszafele pereg az idő a 2009-es nagy megemlékezés felé: jövőre ugyanis nemcsak az öreg Charles születésének bicentenáriumáról emlékezünk meg, hanem főművének, "A fajok eredete" publikálásának 150. évfordulójáról is.

Persze az érdeklődőket már az idén is várták-várják programok: bővebben a www.darwinnap.hu-n.