A tavalyi harmadik hely után, idén a másodikra futottunk be a Golden Blog Tech-Tudomány kategóriában. Köszönet mindenkinek, aki ránk tette a voksát, és gratula Webisztánnak az első, Szoftverszuperszájtnak pedig a harmadik helyhez. ;-))

Szűk egy éve már írtam Étienne Geoffroy St. Hilaire híres "inverziós" hipotéziséről, amelynek az a lényege, hogy a fontosabb szervek (pl. szív, idegrendszer, bélcsatorna) vázlatos elhelyezkedését tekintve a gerincesek hátukra fordított ízeltlábúaknak tűnhetnek.

St. Hilaire, bár hitt az evolúcióban, nem nevezhető darwinistának, abból az egyszerű okból kifolyólag, hogy A fajok eredetének megjelenését már nem érte meg; s mint a Darwin előtti generáció más tagjainak is, számára az evolúciós elméletet Jean-Baptiste Lamarck tanai jelentették. Így aztán a darwini és st-hilairei tanok összehangolása másra maradt és ez a más valaki egy német zoológus, Anton Dohrn lett.

Dohrn volt az első, aki nyíltan spekulált arról, hogy a gerincesek egy gyűrűsféreg-szerű lényből jöttek létre, a darwini evolúciós elmélet logikája szerint (vagyis apró változások fokozatos felgyülemlésével) és mivel abban az időben ezt az elméletet semmilyen kísérletes adat nem támasztotta alá, talán nem egészen váratlan módon, a többség nem vette komolyan s inkább csak ironizáltak az elgondoláson (lásd a Punch Almanach fedőlapját, a jobb oldalon).

Bő egy évszázadnak kellett eltelni, ahhoz, hogy Dohrn és St Hilaire elgondolása igazolást nyerjen: előbb a rovarok és gerincesek korai testtagolásáról derült ki, hogy ugyanazon molekulák kölcsönhatása révén alakul ki, majd fokozatosan elkezdtek gyűlni, az adatok más korai (és kevésbé korai) fejlődési mechanizmusok esetében is leltek lenyűgöző párhuzamokat a különböző rendszertani kategóriák képviselőiben.

Napjaink egyik sztárja, az összehasonlító fejlődésbiológia terén, az a Platynereis dumerillii nevű tengeri gyűrűsféreg, amelynek genomja is nagyon hasznosnak bizonyult a gerinces genom-evolúció megértésében. A Platynereis-t elsősorban Detlev Arendt fáradozása emelte a figyelem középpontjába, de azért lelkesedése megháláta magát és cikkek egész sorozatát közölte az elmúlt években ennek az obskurus kis élőlénynek a fejlődéséről.

Az idei év két nagy durranása egyaránt a Cell-ben jelent meg: az elsőben az nyert bizonytíást, hogy az idegrendszer hát-has irányú tagolása ugyanazokkal a génekkel történik a Platynereis-ben, mint a gerincesekben; sőt mindkét rendszertani csoportban ennek a tagolásnak a szabályozása egy BMP nevű molekulacsalád hatására történik. A másik felismerés nem kevésbé érdekes: e szerint a gerincesek agyában (pontosabban a hypothalamusában) előforduló több neuroszekréciós sejtcsaládnak (olyan sejteknek, amelyek stimulus hatására speciális hormonokat pl. vazopresszint és oxitocint választanak ki) létezik megfelelője a gyűrűsférgekben, és ugyanazon transzkripciós faktorok határozzák meg ezen sejtek identitását, minden fajban.

Márpedig egy ekkora egybeesés véletlenül kb. 0 eséllyel jöhetett létre, így a legvalószínűbb magyarázat az, hogy a gerincesek, ízeltlábúak, tengeri gyűrűsférgek és egyéb kétoldali-szimmetriájú állatok közös ősében ezek a molekuláris mechanizmusok ill. az általuk létrehozott sejttípusok szintén jelen voltak.

Tessmar-Raible K, Raible F, Christodoulou F, Guy K, Rembold M, Hausen H, Arendt D (2007) Conserved Sensory-Neurosecretory Cell Types in Annelid and Fish Forebrain: Insights into Hypothalamus Evolution. Cell 129: 1389-1400.
Denes AS, Jekely G, Steinmetz PR, Raible F, Snyman H, Prud'homme B, Ferrier DE, Balavoine G, Arendt D (2007) Molecular architecture of annelid nerve cord supports common origin of nervous system centralization in bilateria. Cell 129: 277-288.

Ha már néhány napja egy ismert ökológiai szabályt igazoló megfigyeléről írtam (ti. szigetekre kerülő fajok mérete az idők folyamán csökken), a változatosság okáért most legyen szó egy másik ökológiai törvényszerűséget cáfolni látszó felfedezésről.

Az ún. Bergman-törvényről van szó, amelynek értelmében rokon fajok közül a hidegebb éghajlaton élők általában a nagyobb testűek. A tankönyvi magyarázat szerint ennek a jelenségnek nagyon logikus fizikai okai vannak: a nagyobb testsúly általában kisebb testfelszín/súly arányt biztosít, ez pedig előnyösebb olyan környezetben, ahol minimalizálni kell a hőveszteséget.

Paradox módon épp a törvény leggyakoribb szemléltető alanyai, a pingvinek azok akik most bezavarnak ebbe a képbe. Pontosabban két mára már kihalt, szokatlanul hosszú csőrrel felszerelkezett fajról van szó: a több mint 40 millió éve élt Perudyptes devriesi-ről és a 30 millió éve élt Icadyptes salasi-ról (utóbbi koponyája látható a mellékelt képen). Mindkettejük méretes madár volt: előbbi kb. a ma ma élő királypingvinekkel egyforma nagyságú, míg utóbbi annál is lényegesen nagyobb. És mindkettő az egyenlítőhöz viszonylag közel élt, egy olyan időszakban, amikor az éghajlat koránt sem volt hidegnek nevezhető.

Puszta létük adott korban, adott helyen ráadásul nemcsak a Bergman-törvényt hozza kínos helyzetbe (hiszen lám, voltak nagytestű pingvinek is trópusi környezetben), hanem a pingvinek eddig elfogadott "eredetmítoszát" is, mely szerint a a pingvinek Antarktisz közelében alakultak ki és csak mintegy 4-8 millió éve, az Eocén/Oligocén lehűlés után érkeztek meg a trópusokra. Egyébként érdekes módon, ha a pingvin fosszíliákat tekintjük, a pingvinfajok átlagos mérete a késői harmadkori lehűlés során csökkenő tendenciát mutatott – újabb kérdőjelként lebegve afelett, hogy a Bergman-törvény mennyire alkalmazható a pingvinekre.

A P. devriesi kapcsán még egy dolog érdemel említést: ez a faj anatómiailag átmenetet képzett a Waimanu nevű őspingvin és a ma élő pingvin fajok között, ui. azok az izmok, amelyek más madarakban a repüléshez szükségesek, s a mai pingvin szárnyban már teljesen elsorvadtak, itt még viszonylag működőképes formában voltak jelen. 

Clarke, JA, Ksepka, DT, Stucchi, M, Urbina, M, Giannini, N, et al. (2007) Paleogene equatorial penguins challenge the proposed relationship between biogeography, diversity, and Cenozoic climate change. PNAS 104: 11545-11550.

Ha véginézünk a jelenleg (genom)szekvenálás alatt álló állatok során, akkor az egyik első dolog ami feltűnhet, az a listát alkotó fajok színes, látszólag minden logikát nélkülöző kavalkádja. Vajon miért pont a tatu és mókus, a kacsacsőrű emlős és az ingola, a tenrek és a zsákállat került szekvenátorvégre? Hiszen annak látható a logikája és potenciális haszna, hogy az orvosi kutatások modellállatainak (egér, Drosophila, C. elegans, zebrahal), illetve az emberiség fontos haszonállatainak (disznó, szarvasmarha, ló) a genomját a kezünkben akarjuk tartani, de mi a haszna a fent felsoroltaknak? Ez már a "szekvenáljunk meg minden fajt" fázis lenne, ahol a kutatók azt vizsgálják, ami éppen a kezük ügyébe akad?

Nos, bár a távlati cél tényleg minden faj DNS-ének feltérképezése (sőt, minden faj több egyedének a vizsgálata, hiszen a fajokon belüli variancia gyakran uo. érdekes, mint a fajok közötti), a listára jelenleg korántsem véletlenszerűen lehet felkerülni. Annyira ugyanis még nincs szekvenáló-kapacitás fölösleg, hogy efajta luxust engedélyezhessenek maguknak a genetikusok; a mai törekvések fő célja az, hogy minnél jobban megértsük a már rendelkezésünkre álló genomokat, de különösen a saját magunként (ennyi önzőzés talán minden fajtól megengedhető ;-)). Ehhez pedig arra van szükség, hogy fokozatoan egyre távolabbi rokonaink genomját tárjuk fel, mert minden egyes ilyen lépéssel egy kicsit pontosabban látjuk, mikor, melyik más csoportokkal való közös ősben jelentek meg egyes jellegzetes DNS szekcenciák, azaz hogyan farigcsálta a természetes szelekció révén az evolúció a genetikai állományunkat.

S, hogy mennyire fontos, minnél több fajból meríteni, azt mi sem példázza jobban, mint az, ha felidézzük, hogy az első pár többsejtű-genom publikálása után, a kis mintaszám miatt, milyen hibás elméletek születtek.

Egy kattintás ide a folytatáshoz…. →

A szigetek élővilága mindig különleges, gondoljunk csak Új Zéland egészen egyedi madár faunájára vagy Galapagos pintyeire és röpképtelen kormoránjára. A szigeteken az evolúció néhány elég jól megjósolható szabály mentén gyurmázik a különböző formákkal: például ragadozók hiányában a madarak általában elveszítik repülési képességüket, de legalább ennyire gyakorinak tűnik az is, hogy a szigeteken élő fajok mérete az idők folyamán csökkeni fog (ui. a szigeten rendelkezésre álló táplálék források általában igencsak végesek, és az egyik alkalmazkodási lehetőség ehhez a helyzethez, hogy eleve kevesebbre van szükségünk). Ez az oka pl. a máltai törpeelefánt, a floresi hobbit és pár Sauropoda dinó faj apró méretének is és lehet, hogy hamarosan jópár fajjal gazdagodik majd ez a lista.

Ugyanis, ha hinni lehet egy új tanulmánynak, az emberi tevékenység következtében növekedni fog a töpörödő fajok száma, ui. nekünk köszönhetően egyre több a "sziget". Na ne romantikus, trópusi atollokra tessék gondolni (azok tényleges száma igencsak úgy tűnik, hogy csökkeni fog), hanem élőhely "szigetekre". Az élőhelyek (pl. erdők, árterek) a folyamatos emberi terjeszkedés miatt ugyanis fragmentálódnak, azaz egyre kisebb darabokra töredeznek és ezek az élőhely-"szigetek" a bennük rekedt fajok szempontjából nem sokban különböznek a valódi szigetektől: méretüknél fogva csak limitált táplálékforrást tudnak biztosítani.

A Washington államban végzett kutatás végén a kutatók, több rágcsáló- (egér- ill. pocok-) fajt vizsgálva arra jutottak, hogy azok mérete az utóbbi mintegy három évtized alatt (ennyi a max. kora a vizsgált élőhely-töredékeknek) szignifikánsan csökkent más élőhelyen leledző rokonaikhoz képest. Mivel az egerek amúgy is igen sikeresek a különböző élőhelyekhez való alkalmazkodásban, a csökkenő trend (ami az eddigi ökológiai ismereteink alapján nem meglepő, lásd fenn) megjelenése nem teljesen váratlan, de a sebessége akkor is figyelemre méltó.

Lomolino, MV, Perault, DR (2007) Body size variation of mammals in a fragmanted, temperate rainforrest. Conservation Biology doi: 10.1111/j.1523-1739.2007.00727.x

Pár hónapja írtam egy kutatásról, ahol a ma élő masszív bioinformatikai tour-de-force keretében a ma élő emlősök 99%-ból származó DNS mintákat összehasonlítva igyekeztek az emlősök kialakulásának történetét rekonstruálni.

Az eljárás alapjául az a megfigyelés szolgál, hogy az örökítőanyag változásai, vagyis a mutációk többé-kevésbe állandó ütemben rögzülnek, így ha sikerül rájönnünk mennyi időt jelent a molekuláris óra egy-egy "kettyenése", a DNS különbségek alapján megsaccolhatjuk, hogy mikor is élt a vizsgált fajok közös őse.

Ennek a korábbi tanulmánynak az volt a fő következtetése, hogy a főbb emlőscsoportok (kloakások, erszényesek és méhlepényesek) kialakulása bőven a Kréta és a Harmadkor (K/T) határán (~62 millió éve) bekövetkezett, hirtelen dinoszaurusz-kihalást megelőzően történt. Sőt, még az ősi méhlepényesek is megjelentek 150 millió éve, bár a mai fajokat kialakító radiációhoz még közel 100 millió évet kellett várni.  A cikk így keményen szembement azzal a nézettel (amelyet főleg a fosszilis leletanyagból dolgozó paleontológusok favorizálnak), amely szerint az emlősök, de különösen a méhlepényesek elterjedése az említett K/T határára tehető, amikor a dinók kipusztulása életterek tucatjait tette elérhetővé az addig viszonylag pálya szélére szorított emlősök előtt.

Nem kellett sokat várni a viszontválaszra: a múlt heti Nature-ben jelent meg egy olyan cikk, amely szintén a lehető legteljesebb emlős törzsfát igyekszik elkészíteni – de DNS vizsgálatok helyett, az ismert Krétabeli emlős maradványok tüzetes elemzésével. Látható a fenti képen, hogy a két eljárás alapvetően nagyon hasonló ágazatú fát hoz létre (ami lényeges), egy fontos különbséggel: a fosszilis anyag szerint a méhlepényesek elterjedése mégiscsak a K/T határon történt és nem 40 millió évvel azt megelőzően.

Kinek van igaza és miért ez a nagy különbség? Az előbbi kérdésre lehetetlen válaszolni, csak feltételezni tudjuk, hogy valahol a kettő között keresendő a valódi dátum, de nem tudjuk melyikhez van közelebb. A különbséget pedig (feltehetőleg) a két módszer kisebb-nagyobb pontatlanságai okozzák.

A DNS vizsgálatok rendkívül informatívak, különösen nagy fajszám és sok vizsgált gén esetén, de ha ilyen időbeli következtetéseket akarunk levonni belőlük, akkor bizony pontosan kell tudnunk mennyi időt rejt egy-egy mutáció. Ez pedig azért nem mindig triviális, mert egy-egy csoport gyors radiációjakor gyorsabban fixálódhatnak a mutációk, mint egyébként, amit ha nem veszünk figyelembe, csalóka képet kaphatunk a rokoni kapcsolatok régiségéről. Ráadásul, ha egy bázis a DNS-ben A-ról C-re változik, majd néhány millió év múlva visszalakul A-ra, akkor az úgy is tűnhet, hogy nem volt semmilyen változás, ami szintén becslési hibát okozhat. Amint jobban megismerjük az efajta problémaforrásokat, megfelelő statisztikai módszerekkel tudunk majd korrigálni, de nem megy az egyik pillanatról a másikra.

De persze a fosszilis anyag vizsgálata sem maga a Kánaán: egy-egy csoportra jellemző jegyek alapján (pl. fogazat vagy belsőfül alakja) tudni fogjuk, hogy melyik az az időpont, amikor már biztos létezett az adott csoport, de nem lesz egyszerű megmondani, hogy mikor vált el a rokoncsoportoktól, amelyekkel való közös ősükben nem volt jelen a kulcsjegy. Ehhez még hozzáadva, hogy a fosszilizáció nem egy triviális folyamat, így elképzelhető, hogy bizonyos átmeneti formákat még nem leltek meg (és evolúciós időléptékben rövid ideig létezett fajoknál lehet, hogy nem is fognak), látható, hogy a klasszikus (paleo)taxonómusok dolga sem könnyű.

Szóval nem egyszerű ez. Nézeteltérés van, de ez egy nemes vita, amelynek a végén mindenki nyer majd: hiszen mindkét területnek alkalma lesz csiszolni és pontosítani saját eljárásait.   

Cifelli, RL, Gordon, CL (2007) Re-crowning mammals. Nature 447: 918-920.
Wible, JR, Rougier, GW, Novacek, MJ, Asher, RJ (2007) Cretaceous eutherians and Laurasian origin for placental mammals near the K/T boundary. Nature 447: 1003-1006.

Graphic detail: Gas exchange: CO2 emissions 1990–2006. Nature 447: 1038.

Az emberi beszédnek számos genetikai komponense van: a légcső beszédhez szükséges anatómiai jellegzetességeinek fejlődése (akárcsak bármely más szervünk) egyértelműen számos gén interakciójától függ, és nincs ez nagyon másképpen az agy beszédképzéshez ill. -értéshez való "drótozásával" sem.

A napjainkban legelfogadottabb nézet szerint az agy beidegzése azonban nyelvfüggetlen, vagyis kvázi azonos egy kínai és egy baszk újszülöttben, legalábbis kezdetben. Egyfajta általános és nagyon plasztikus rendszert képzeljünk el, amely elvileg lehetővé teszi, hogy az újszülött bármely nyelven beszélni tudjon, és csak a tanulás kezdeti hónapjai sorén szűkül ez a potenciál be, a környezetből érkező stimulusok hatására, úgy, hogy végül egy adott nyelven szólal meg a kisbaba. Ezt támasztja alá az is, hogy ha egy polinéz újszülöttet egy amerikai család nevel fel, akkor előbbi tökéletesen fog angolul beszélni (nevelő szülei akcentusával), és semmilyen nyomát nem lehet majd látni (hangzásilag) valódi származásának.

Ezt a konvenciót próbálja most megkérdőjelezni egy új cikk, amelynek szerzőpárosa azzal a kicsit eretneknek számító gondolattal rukkolt elő, hogy a Föld egyes részein beszélt nyelvek egyes tulajdonságai genetikai okokra vezethetők vissza.

Egy kattintás ide a folytatáshoz…. →