tg-cbmass-20121025

A még ma is népszerűségnek örvendő hiedelemmel ellentétben a négylábú gerincesek nem félsivatagi körülmények között élő, egyik kiszáradó pocsolyából a másikba átkúszó tüdős halakból alakultak ki, hanem éppen ellenkezőleg: trópusi félmocsaras területek halaiból. A sivatagos elgondolás a múlt század elején aktív amerikai paleontológus, Alfred Romer nevéhez fűződik és valóban hosszú ideig tartotta magát. Pontosabban egész addig, amíg végleg be nem bizonyosodott, hogy azok a devon kori rétegek, amelyekből a hal-négylábú átmenetet tükröző fossziliák előkerültek, nem a száraz időjárás miatt vöröses színűek, hanem pont a bőséges csapadék miatt kioldódó vas okán. Ezeken a területeken sok helyen mangrove-szerű, mocsaras élőhelyek alakultak ki, és alighanem az első kialakuló valódi végtagok, ezen mocsarak ágas-bogas rengetegében könnyítették meg hordozóik közlekedését.
Annyiban azonban Romer nem tévedett nagyot, hogy valóban a tüdős halakkal rokon, bojtosúszós halakhoz hasonlított legjobban az az ősi élőlény, melyből néhány röpke tízmillió év során kialakultak a négylábúak. Ezeknek a halaknak, az elterjedtebb sugárúszós (Actinopterygii) halakkal ellentétben, az úszói apró csontocskákból állnak (melyek történetesen a mi kezünk és lábunk csontjainak megfelelői). Az átmenetet dokumentáló fosszilis gyűjtemény pedig az elmúlt harminc év során egyre jobb és pontosabb lett, egyre jobban követhető volt miként alakult ki a kezdeti úszóból az immár ujjakkal (mégpedig néha akár nyolccal, mert bűvös ötös szám mellett csak később tette le a természet a garast) ellátott végtagok. (A történetet a legjobban talán Carl Zimmer dokumentálja At the Water's Edge című könyvében, de a Devonian Times és a Tree of Life is kitesznek magukért. Az igazán ínyenceknek pedig a PBS:The Missing Link c. dokumentumfilmet ajánlom.) Mivel azonban igazán jó átmeneti fossziliák nem minden kupacban lelhetők fel, értelemszerűen kissebb-nagyobb "lyukak" akadtak az átmenet pontos leírásában.

Tegnap óta azonban a tudományos portálok és a biológus blogoszféra éppen egy újabb átmeneti jószág előkerülésétől hangos. A keresztségben Tiktaalik roseae nevet elnyerő jószág (az inuktitut nyelv nagy, édesvízi halat jelentő szavából származik) egy kanadai szigetecskén bukkant a napvilágra, és éppen az egyik legérdekesebb "lyukat" tömi be: a csonttani kladisztikai vizsgálatok a jellegében még inkább bojtosúszós halra emlékeztető Panderichthys és a már-már gőtékre emlékeztető Acanthostega közé helyezik a törzsfán.

A Tiktaalik ízig-vérig átmeneti faj volt, keveredtek benne a halakra jellemző tulajdonságok (pl. még jellegzetes pikkelyei voltak), a négylábúakra jellemzőkkel. Ugyan még volt kopoltyúja, de azt már nem fedte csontos lemez, mint a ma is élő halfajok esetén. Még nem alakult ki a középfül, de egy átmeneti állapotot látunk a két "szomszéd" között, azaz a fecskendőnyílás és az azt határoló csontok egyre inkább "középfülesednek"; a megnyúlt állkapocs pedig jól jöhetett a vadászás során. De a legfontosabb átmeneti tulajdonságot (természetesen) az úszóiban látjuk.
Ezek az "úszók" már többre voltak hivatottak mint a víz egyszerű lapátolására. Ezekre, a csontok tanúsága alapján már támaszkodni lehetett (bár nincsenek igazi ujjaik, de jól felismerhető "csuklóik" vannak), a tulajdonosuk akár képes lehetett a fejét is kitolni a vízből. (Azonban Tiktaalik még semmi képpen nem lehetett egy szárazföldi állat, egyszerűen nem alakultak ki olyan váll- és a medenceöve amely meg tudta volna tartani a jószágot, ezért is marhaság a NatGeo cikkének a címe.) Mint arra az egyik kommentátor a Nature honlapján utal, lehet, hogy a lény más halakhoz képest kicsit esetlenül úszott, de minden adva volt arra, hogy a leszármazottai később elhagyhassák a vizet.

Ami azonban azegész történetben a legszebb, az az ahogy meglelték ezt a még-éppen-csak-halat. Mint arra Martin Brazeau is utal, a fosszilis leletben morfológiailag levő hézag egyben időbeni is volt. A felső-devonban egy cirka 14 millió éves periódusról (377 millió évvel ezelőttől, 363 millió évvel ezelőttig) nem tudtunk szinte semmit, csak azt, hogy az eddigi leletek alapján, ott kell legyen egy ilyen fajta átmeneti lény. Neil Shubin és Ted Daeschler ennek tudatában utazott el a kis kanadai szigetre, ahol aztán a megfelelő korú rétegekből egyszerre három Tiktaalik csontváz is előbukkant szerszámaik alatt. Azaz a darwini közös leszármazás elmélete alapján, tettek egy predikciót és ellenőrizték azt (mint azt egy tudományos elmélet esetén mindenki teszi...). A teszt a jelek szerint szépen működött, a tudományos világ elégedettségére (még akkor is, ha a csak-azért-sem-hiszek-benne tábor nyilván azt fogja most mondani, hogy az eddigi egy lyuk helyett, immár kettő van a Tiktaalik két oldalán a fosszilis anyagban.... ;-))

ui: Elnézést a hosszért, kicsit elragadtattam magam, de ez tényleg iszonyú érdekes téma. ;-)

---

Ahlberg, P.E. and Clack, J.A. (2006) Palaeontology: A firm step from water to land. Nature 440: 747-749.
Daeschler EB, Shubin NH, and Jenkins FA (2006) A Devonian tetrapod-like fish and the evolution of the tetrapod body plan. Nature 440: 757-763.
Shubin NH, Daeschler EB, and Jenkins FA (2006) The pectoral fin of Tiktaalik roseae and the origin of the tetrapod limb. Nature 440: 764-771.

A képen nem egy kisgömböc található, hanem egy kollagénből készült (így később magától lebomló, ún. biodegradábilis) váz, amelyet a kutatók "lombik" húgyhólyag készítéséhez használnak. Mint arról a The Economist és a news@nature is beszámol, az Észak-Karolina-i Wake Forrest University kutatói sikeresen növesztettek laboratóriumi körülmények között ilyen szerveket, és ezek immár több éve problémamentesen működnek újdönsült gazdáikban.
A hólyagrák maga sem egy nagyon kellemes dolog, de eddig a tumor eltávolítása után, toldozással-foldozással varrták össze a hólyagot, néha több, de gyakran kevesebb sikerrel. Az új eljárás azonban lehetővé teszi, hogy a páciens hólyagjából néhány egészséges simaizom- és urothelium (egy speciális, a hólyag belsejét borító szövet) őssejtet izolálva és mesterségesen felszaporítva egy szinte vadonatúj szervet hozzanak létre. Az izom sejteket a váz külsején, míg az urothelium sejteket a belsejében tenyésztik és néhány hét leforgása után a betegbe ültethetik az immár funkcionális szervet. (Néhány plusz trükk azért kell, mert a szerv későbbi megfelelő vérellátását és beidegézést is biztosítani kell.) El lehet kerülni, mind a bizonytalan ideig történő donorra való várakozást, mind az esetleges későbbi immunológiai bonyodalmakat: hiszen az új hólyag teljesen kompatibilis lesz az immunrendszerrel (mivel a beteg saját őssejtjeiből készítették), azaz nem áll fenn a kilökődés veszélye. Az eljárást egyelőre a Tengion forgalmazza, és egyes pletykák szerint már a spájzban vannak további szervek (szív, máj) is. Minthogy azonban azok lényegesen több fajta sejtből állnak, nem is szólva a bonyolultabb struktúráról, szerintem ezekre egy (jó) ideig várni kell...

Egy rovar élete olykor drámai gyorsassággal ér véget, pl. egy jól irányzott újságcsapásal. Ugyanis sokan hajlandóak a környezetükben levő zümmögő seregre úgy gondolni, mint egy, csak az idegesítésükre való siserehadra és álmosan legyintenek, ha valaki elsüt egy-egy közhelyesnek ható kijelentést a rovarok hasznáról. Hiszen ki és hogyan becsüli meg ezt a hasznot? Nos, egy válasz már minimum létezik; eszerint az USA gazdasága évente minimum 57 milliárd dollárt profitál a rovarok révén. A szám azért is figyelemreméltó, mert csak 7 milliárd dollár az a haszon amit a rovarok beporzás és parazita társaiknak lelkes levadászása révén hoznak létre. A maradék 50 milliárd mind a halász-vadász-madarász bizniszhez kapcsolódik, azáltal, hogy az említett tevékenységek szenvedő (na jó, madarászat esetén nem annyira) alanyainak a rovarsereg kiapadhatatlan táplálékforrást biztosít.

A földművelésre való áttérés döntő jelentőségű volt az emberiség történetében, mely a rizikós vadászó-gyűjtögető életmódot a biztosabb növénytermesztésre és állattenyéstésre felcserélve egy stabilabb társadalom alapjait teremtette meg. Az áttéréshez azonban a termesztés puszta ötlete még nem lett volna elég, szükség volt olyan növény (és állat) fajokra amelyek alkalmasak voltak a már említett célokra. Ha hinni lehet Jared Diamond elméletének, ezen fajok (de különösen a növények) jelenléte illetve hiánya volt az a szűk keresztmetszet, amely meghatározta, hogy adott kontinensen a civilizációs fejlődés neki tudott-e lódulni vagy sem. Ázsiában a rizs, Amerikában a kukorica, míg az euópai civilizációk bölcsőjének számító Közel-Keleten a búza vad ősei jelentették azt az ugródeszkát, amire alapozva egyre nagyobb és nagyobb közösségek tudtak egy helyen megélni; majd később a társadalmi interakcióik révén pedig megjelenhetett mindaz, amit ma ókori civilizációként emlegetünk.

A három fő kultúrnövényből a rizs mindenképpen kiemelkedik, hiszen az emberiség közel felének ez az alapvető élelmiszere. A ma elterjedt rizs (Oryza sativa)"szelidítése", azaz vad fajokból történő kitenyésztése minden jel szerint sok szempontból egy klasszikus történet: az embereknek tetsző variánsok fokozatos kiválogatásával és továbbtenyésztésével fokozatosan következett be. A folyamatra talán a legjobb analógia a kutyatenyésztés, nemcsak előnyeivel (a kívánt jelleg gyors elterjesztése egy adott populációban), hanem hátrányaival is. Utóbbiak alatt azt értem, hogy a beltenyésztés révén egyre inkább olyan fajták kerülhetnek túlsúlyba, amelyek természetes szelekció révén sosem jöhettek volna létre, egyes recesszív (nagyon gyakran működésképtelen) allélok olyan mértékben terjedhettek el, amit a természet "laboratóriumában" a rekombináció nem tett volna lehetővé. Mindez kétségtelen, hogy egy ehetőbb növényt eredményzett, de egyben ezt a növényt ki is szolgáltatta az emberi tevékenységnek. Mai élettani jellemzőivel illetve a rizs populációk genetikai diverzitásának, sokszínűségének lecsökkentése miatt a rizs nem termesztett körülmények között kudarcra lenne ítélve.[1]

A domesztikáció egyik következménye, hogy a termesztett rizs nem szórja szerte a magjait. Ennek számunkra nyilvánvaló fontossága van (kicsit fárasztó lenne szemenként begyűjteni a víz alól), de természetes körümények között hátrány, hiszen a földre nem kerülő magokból nehezen alakulhat ki új növény. Amint az a Science aktuális számából kiderül, ezért az sh4 nevű gén mutációja a felelős. [2] (A teljes objektivitás miatt azért álljon itt, hogy nem egyedül, de leginkább.) Ez a gén azért keltette fel a kutatók figyelmét, mert amikor a termesztett rizst keresztezték vad ősével, az Oryza nivara-val, csak azok az utódok szórták el a magjaikat, amelyek az említett génnek a vad változatát hordozták. Amint az az ezt követő vizsgálatokból kiderült, az Sh4 egy eddig ismeretlen transzkripciós faktor, amelynek kulcsfontosságú szerepe van a kocsányt és a magot elválasztó réteg kialakulásában. S ha ez a réteg nem jön létre, a mag nem fog szétszóródni. Ami különösen figyelemreméltó az az, hogy az eredeti, O. nivara-ban fellelhető sh4 gén szekvenciája, mindössze egyetlen nukleotidban (G->T) különbözik az O. sativa azonos génjének szekvenciájától. Ez az egyetelen bázispárnyi eltérés egy aminosav különbséget eredményez (Asn -> Lys) a két fehérje között, ami nem tűnik soknak, de éppen elég: mivel a transzkripciós faktor DNS-kötő régiójába esik, valószínűleg azt eredményezi, hogy az Sh4 kevésbé hatékonyan kapcsol be más géneket (mivel még nem ismerjük, hogy pontosan mely géneket szabályozza, így ez egyelőre csak feltételezés marad).
A rizs-genom legtöbb részén egyetlen bázispárnyi eltérés egyszerű polimorfizmusként lett volna elkönyvelve. De pont itt egy kulcsfontosságú fiziológiai változást okozott a növény életciklusában, amely közvetve akár hozzájárulhatott az ázsiai kultúrák későbbi kialakulásához is.

---

[1] Lu J, Tang T, Tang H, Huang J, Shi S, Wu CI. (2006) The accumulation of deleterious mutations in rice genomes: a hypothesis on the cost of domestication. Trends Genet. 22(3): 126-131.
[2] Li C, Zhou A, Sang T. (2006) Rice domestication by reducing shattering. Science. 311: 1936-1939.

Napjaink sok indulatot kiváltó, biológiai vonatkozású támainak egyike az embrionális őssejtek kérdése. Az embrionális őssejtek, olyan sejtek amelyek közel végtelen osztódási képességgel rendelkeznek, és amelyekből még bármi lehet, azaz ha megfelelően noszogatjuk őket, különböző molekuláris koktélokkal, akkor a legkülönbözőbb sejttípusokká differenciálódhatnak. Viszont a differenciálódás folyamata során fokozatosan beszűkül az, hogy mivé is válhatnak, minden egyes lépés után egyre kevesebb és kevesebb sejttípust hozhatnak létre. Értelemszerűen bizonyos szempontból a közbülső állapotok is őssejtnek minősülnek, de a mindenre kapható, "totipotens" embionális őssejtekkel ellentétben ezek már csak "multipotens" őssejteknek minősülnek.
Mivel eleddig valódi embrionális őssejteket csak pár sejtes embriókból sikerült izolálni, napjainkban túlfűtött viták tárgyát képezi, hogy mennyire etikus a velük való kutatás, hány embrió elpusztítása engedhető meg több millió ember gyógyításának reményében. A szabályozás szinte országonként különböző, a nagyonszigorú amerikaitól, a nagyon megengedő dél-koreaiig terjed. A azonban közös, hogy fok kutató már egy kicsit belefáradt a magas röptű vitákba és örülne, ha létezne egy kevésbe vitatott technika embironális őssejtvonalak előállítására. Néhány ilyen ötletről, még a Hwang-féle őssejtbotrány kitörése előtt írtam, s a napokban látott világot egy egyelőre szintén igéretesnek tűnő kísérletsorozat.
Pár éve tele volt a tudományos világsajtó "transzdifferenciálódó" őssejtekkel, amelyekre mint az őssejt kutatás Szent-Gráljaira tekintenek, mert megkerülné (vagy mégsem, lásd a legvégén) a legnehezebb etikai kérdést, az embriók elpusztítását. A differenciálódás során előbb elkülönülnek a későbbi szaporító sejteket létrehozó őssejtek és a testünk többi sejtjéért felelős szomatikus őssejtek, majd utóbbiak létrehozzák a három csíravonalért felelős őssejteket. A három csíravonal (ektoderm, mezoderma, entoderma) mind jól meghatározható szerveket hoz létre, és köztük nincs átjárás, azaz pl. egy ektodermális őssejtből (normális körülények között) nem jön létre mezodermális szerv. De speciális körülmények között úgy tűnt, hogy mégis sikerül a lehetetlen és pl. csontvelői (mezodermális) őssejtekből idegsejteket (ektoderma) sikerült varázsolni. Ezt nevezték el transzdifferenciálódásnak és hatalmos felhajtás vette körül. Sorra jelentek meg a hasonló cikkek, mígnem jött egy hatalmas zakó: kiderült, hogy az összes addigi eredmény artefaktum volt. Mégpedig azért, mert csontvelői őssejteket embrionális őssejtek (ES) között tenyésztették (az elgondolás az volt, hogy utóbbiak biztos termelnek olyan anyagokat, amelyek az előbbiekből is ES sejteket csinálnak. Csak ami transzdifferenciálódásnak tűnt egyszerű sejtfúziónak bizonyult: a csontvelői őssejtek ősszeolvadtak az embrionálisakkal, tetraploid sejteket hozva létre, és ezek alakultak aztán idegsejtté megfelelő stimulus esetén. Sokk és horror, majd 4 évig nem is igen lehetett transzdifferenciálódásról hallani. Egészen múlt hétig, amikor egy csoport azzal állt elő, hogy a hímivarsejteket létrehozó őssejtek felhasználásával sikerült transzdifferenciációt megfigyelniük. A kísérlet ígéretes, mert egyrészt logikus, hogy a legkorábban differenciálódó sejtvonalat próbálják "visszalépésre" bírni, másrészt pedig nincsenek tenyész-sejtek, azaz a sejtfúzió gyanúja is ki van küszöbölve. Egyelőre még csak egerekben próbálkoztak, de a kövekező lépés a humán kísérletek lesznek, s ha beválnak, az kisebb Hawaii, mert legalább az emberi populáció (hím) fele esetében lehetséges lesz testre szabott őssejtvonalakat létrehozni.

A transzdifferenciálódás a Vatikán szerint is teljesen etikus, akkor mi is az amiért egy kicsit én mégis zsémbeskedem? Mint az logikusan látszik transzdifferenciálódáskor a sejtek vissza kell kerüljenek egy "totipotens" fázisba. Márpedig az én értelmezésemben, ez olyan mintha a kísérleti alanyt klónoznánk: elvileg (gyakorlatilag nem ilyen egyszerű) ebből a totipotens sejtből a donor klónja lenne létrehozható. Így aztán transzdifferenciációkor kis túlzással igazából a hagyományos embrionális őssejtkutatás kritikusainak két mumusa is végrehajtásra kerül: embert klónozunk, és még el is pusztítjuk. Így aki a transzdifferenciációt elfogadja, de a másik két eljárást nem, az egy kicsit hipokrita helyzetbe kerül. (Hangsúlyoznám, hogy szerintem, de meggyőzhető vagyok, hogy miért nincs is így esetleg.)

---

Guan, K, Nayernia, K, Maier, LS, Wagner, S, Dressel, R, Lee, JH, Nolte, J, Wolf, F, Li, M, Engel, W, and Hasenfuss, G. (2006) Pluripotency of spermatogonial stem cells from adult mouse testis. Nature doi:10.1038/nature04697