tg-cbmass-20121025

Na akkor jöjjön a testalkathoz kapcsolódó Nature Review Genetics cikkek közül az utolsó (pontosabban az újságban ez állt legelöl, de nekem jobban feküdt, hogy a végére hagyjam ;-)) [1].
A test felosztásában és egyes végtagok, specifikus csigolyák, stb. helyzetének meghatározásában kulcs szerepet játszanak a Hox-gének, amelyek, mint arról már szó volt, nemcsak az expressziójuk során, de a kromoszómákon is egymás után helyezkednek el. Ennek minden valószínűség szerint azon egyszerű evolúciós oka van, hogy ezek a gének mind közös tőről szakadnak, azaz egy ősi ProtoHox gén duplikációiból származó négytagú Proto-Hox csoport (cluster) egyes tagjaira vezethetők vissza. Ami érdekes, ennek a csoportnak a duplikációja során létre jött még egészen régen egy úgynevezett ParaHox cluster is. Ez az a géncsoport kevesebb génből áll, és ezek egy másik csíralemezben expresszálódnak mint a Hox-gének, sőt a gerinctelenekben nem is együtt találhatók, de az egyik legősibb gerincesnek tartott lándzsahal kromoszómáin szintén egymás mellett vannak. Vagyis valószínűsíthető, hogy a ma ismert Hox és Hox-rokon gének a kezdeti tandem duplikációk után fizikailag kettéváltak, azaz külön kromoszómákra kerültek.

Érdekesség, bár ezen az ábrán nincs feltüntetve, hogy a Hox- és ParaHox csoportok mellett létezik egy harmadik rokon csoportosulás, az NK gének csoportja is. Ezek már szintén kissé szétszórva lelhetők fel a különböző genomokban, de ha végigböngésszük a már rendelkezésünkre álló szekvenciákat, akkor a csoportot alkotó egyes gének különböző kombinációkban és különböző fajokban, de előfordulnak együtt, azaz egykori kolinearitásuk szintén valószínűsíthető. (Természetesen ez felvet egy érdekes, és mindeddig még megválaszolatlan kérdést: miért maradtak együtt a Hox-gének, ha a rokon csoportok tagjai ennyire szétszóródtak?) Hogy még érdekesebb legyen a dolog, míg a Hox gének az ektodermában (a bőrt, idegrendszert és arckoponyát kialakító csíralemezben), a ParaHox gének az endodermában (az emésztőrendszer nagyobb részét és légzőrendszert, valamint endokrin mirigyeket létrehozó csíralemezben) fejeződnek ki, addig az NK gének, a harmadik csíralemezben, a mezodermában lelhetők. Ebből aztán adódik az igen csábító (de még nem bizonyított) elmélet, hogy valamilyen köze lehetett az ősi ProtoHox gén duplikációinak a csíralemezek kialakulásához. Jól hangzik, de van benne egy kis gubanc: mindhárom kluszter megtalálható már a csalánozókban is, márpedig ezek az állatok a klasszikus felfogás szerint diploblasztikusak, azaz csak két csíralemezük van (az ekto- és az endoderma).
A paradox helyzet azonban nem feloldhatatlan. A jelenleg elterjedt felfogás szerint, a két csíralemezből álló és szimmetriájú csalánozók a kétoldali szimmetria és három csíralemezű állatok őseinek tekinthetők, és utóbbiak két kulcstulajdonsága egyszerre jelent meg az evolúció során. Azonban, mint a sorozat első részében említettem, a legújabb kutatások tükrében ez nem evidens. Ugyanis egyre több csalánozóról derül ki, hogy bár kívülről körkörös szimmetria fedezhető fel bennük, de génexpressziós szinten kétoldali szimetriájúak, vagyis van olyan gén ami az állat egyik oldalán kifejezésre kerül, de a másik oldalon nem. Sőt vannak olyan csalánozó fajok, ahol egyértelmű, hogy vannak olyan izomszerű sejtek amelyek csakis a harmadik csíralemezből származhatnak. Summa sumarum még az is lehet, hogy a körkörös szimmetria (már ha valóban létezik) nem ősi, hanem csak később létrejövő tulajdonság, és maguk a csalánozók is szélsőségesen módosult kétoldali szimmetriájú állatok. Márpedig ilyen szélsőséges módosulás együtt járhatott a harmadik csíralemez módosulásával és elvesztésével, vagyis a Hox, ParaHox és NK clusterek jelenléte ebben a csoportban nem mond ellent annak, hogy eredetileg közük volt a három különböző csíralemez létrejöttéhez.

És akkor végül elérkeztünk a legfogasabb kérdéshez: mi volt a szerepe az ősi ProtoHox génnek? Mint sok helyen máshol itt is egy kicsit találgatásokra vagyunk utalva, de azért van egy reménysugár, ami elég meglepő helyről érkezi. Vagy nem is, ha jobban belegondolunk: a legprimitívebb többsejtű állatnak tartott Placozoákról van szó, amelyek nem többek egy többrétegű mikroszkopikus, lapos és mozgó nyálkafoltnál (lásd jobboldalt). Ezeknek az állatoknak sem bélürege, sem csíralemezei nincsenek, és a többi állatra jellemző bazális lamina, valamint a sejtek közötti teret kitöltő ún. extracelluláris mátrix sem fedezhető fel bennük. Mindössze néhány sejttípus lelhetünk, amelyek aszimmetrikusan helyezkednek el: az alsó rétegben lelhetők a táplálék felvételéért felelős epiteliális sejtek. (Minden primitívségük ellenére, még azt sem tudjuk, hogy szaporodnak-e ezek az állatok szexuálisan (laborban csak valami osztódás szerűságet tudtak megfigyelni), és ha igen, milyen környezeti hatások erdményeként hoznak létre ivarsejteket.)
Nos, ebben a bizarr kis lényben egyetlen Hox-gént találtak (amit valamiért Trox-2 névre kereszteltek), és ez a gén az állat szélein expresszálódik [2]. Azaz mint az sejthető volt eredetileg nem a hosszanti tengely kialakításában játszottak a Hox-gének szerepet (mert ilyen tengely nem is volt), hanem más dolguk volt. (Majd később kooptálódtak, ugye, a mai feladatuk betöltésére ;-)). Már csak arra kellene fényt deríteni, hogy pontosan mi is. Egyelőre elég kevesen bogarászták ezeket a furcsa kis dögöket, de a nemrég elindult genom-projecteknek köszönhetően az érdeklődés hamarosan valszleg nőni fog, így ilyen szaftos részletekre is fény derülhet.

Az egyik gondolat amit időről időre ismételgetni fogok az az, hogy az evolúció elég szűklátókörű, már olyan értelemben, hogy nem foglalkozik azzal, hogy milyen változás lehet majd egyszer valamikor előnyös. Ilyen szempontból sokkal carpe diemesebb a dolog: ami adott pillanatban, adott körülmények között előnyös az rögzül, ami nem (bármilyen jól is jöhetne röpke 1 millió év múlva), megy a kukába. Ez a típusú építkezési logika azzal is jár, hogy olyan változások is rögzülhetnek időnként, amelyek során egy bizonyos testrész egy olyan funkcióban vállal hirtelen szerepet amelyhez addig nem volt köze, majd fokozatos változások révén, a funkció alkalmi hasznos résztvevőjéből elengedhetetlen összetevőjévé válik. (Ez az úgynevezett koopció jelensége, amelyet a "lecsökkenthetetlen komplexitás" híveinek nem igen sikerül megemészteniük... ;-)).
A koopció egyik szép példája az emlős középfül kialakulása: míg a hüllőkben egyetlen csontocska (a kengyel megfelelője) játszik szerepet a hang továbbításban, addig pl. bennünk, három apró csont is található, a kengyel, a kalapács és az üllő. Ha végignézzük a paleontológiai leletanyagot jól nyomonkövethető amint a hüllők két állkapocscsontja fokozatosan átalakul a már említett csont-triumvirátus utóbbi két tagjává.
Arról azonban, hogy maga a hüllő középfül hogyan és miért alakult ki, eddig elég keveset tudtunk, ezen változtat azonban a Nature egyik rövid cikke. Martin Brazeau és főnöke egy lettországi, felső-devonból számazó halszerű kövület vizsgálata során jöttek rá, hogy egy eddig még le nem írt "átmeneti" formával állnak szemben: a Panderichthys koponyája ugyanis egyaránt magán hordoz klasszikus hal- és előbbre mutató jegyeket. A cikk nem felhőtlenül könnyű olvasmány olyanoknak (pl. jómagam ;-)) akik a csonttan beszámolókat már sok éve a múlt jótékony feledésébe süllyesztették, de summa summarum, a lényeg az, hogy a már említett lény esetében a későbbi közép-fülnek megfelelő helyen egy nagyobb üreg figyelhető meg, ellentétben a halakkal, viszont hasonlóan a négylábúak ősének tekintett Acantostegahoz. Ennek a térnek azonban a jelek szerint nem volt funkciója a hallásban, hanem feltehetően a mai ráják fecskendőnyílásához hasonlóan, a Panderichthys a légzéshez, vízáramoltatáshoz használta.
Vagyis a közép-fül kialakulásában két, időben jól elkülönülő koopciós lépés játszott fontos szerepet: előszőr egy légzőtérből alakulhatott ki hallótér, valamikor a szárazföldi gerincesek megjelenésével egyidőben, majd egyes állkapocscsontok fokozatosan hallócsontokká alakultak.

Az ábrán nyomon követhető a középfül terének a kialakulása. (a = Eusthenopteron, b = Panderichthys, c = Acanthostega; a jobb felső sarokban levő ábrák a rószaszín négyzetek magasságában levő keresztmetszeti képet mutatják).

Elmúltak azok az idők, amikor a Nature címlapjára került egy-egy humán kromoszóma részletes szekvenciájának és térképének ismertetése, ma már az "mindössze" 5 oldalas cikkel kell beérniük a 8. kromoszóma elemzőinek. ;-)
Ennek szellemében egy valóban rövid összefoglaló:

- a szóbanforgó kromoszómán 793 gén található (átlagosan kb. 72 kilobázis hosszal) illetve 301 pszeudogén;
- a kromoszóma kb. fele ismétlődő elemekből (transzpozonokból és mikroszatellitákból) áll;
- a kromoszóma rövidebb karján egy 15 Mb hosszúságú régióban nagyobb a divergencia a csimpánz és emberi szekvencia között, mint átlagosan a genomok egészében (itt főleg a fejlődésben és az idegrendszer jelátvitelében szerepet játszó gének vannak);
- az említett régióban található pár olyan gén amely az emberi populációkban egyértelműen fontos és ezért pozitív szelekció alatt áll: ilyen pl. az immunitásban fontos defensin gének, illetve az agy méretének szempontjából fontos microcephalin-1 gén.

A tengeri gyűrűsférgek gerincesekére hajadzó intron-exon szerkezete kapcsán esett szó arró, hogy már az egyik legprimitívebb állatcsoporthoz, a csalánozókhoz tartozó Nematostella vectensis a legújabb kutatások szerint sokkal összetettebb genommal rendelkezett, mint azt eddig gondoltuk. Számos, a muslicákból hiányzó, de a gerincesekben előforduló (ezért evolúciósan sokáig "újnak" tekintett) gén megtalálható benne, s bár még nincs megszekvenálva a teljes genomja, ami rendelkezésre áll abból már most elképesztően jó dolgokat lehet kimutatni.
Norvég és ausztrál biológusok a már említett genomot (illetve néhány közeli rokon hidra genetikai állományát) bogarászva arra jutottak, hogy a csalánozókban számos ún. "nem-metazoa" gén lelhető, azaz olyanok, amelyek az állatok között sehol máshol nem fordulnak elő, de pl. növényekben és/vagy baktériumokban igen.

1. Ábra A csalánozók génjei között számos olyan lelhető, amely állatokban nem, de növényekben és baktériumokban fellelhető. (Ez a filogenetikai fa a demetilmenaquinon metiltranszferáz fehérjék szekvenciája alapján készült).

Ennek két lehetséges magyarázata lehet: egyrészt valamilyen úton módon, nem túl régen jutottak be ezek a gének a csalánozók genomjába ún. horizontális gén-transzferrel, vagy már eleve ott voltak, csak később az állatok közös őséből elvesztek. Az előbbi feltevés viszonylag hamar kizárható, mert egyrészt ezen csalánozó génekben is találhatóak intronok (amely nem jellemző a prokariótákra, így kizárható, hogy egy baciból "ugrott" volna át az adott gén), másrészt pedig ezek a fehérjék pont annyira különböznek bakteriális rokonaiktól, hogy a filogenetikai fákon jól elkülönülő ágakat alkotnak. Marad tehát a második variáció: a gének már egy ősi genomban jelen voltak. Ez viszont azt jelenti, hogy kicsit át kell irnunk az ősi genomokról alkotott elképzeléseinket: ezek nem csak néhány metabolikus génből álló minimál-genomok lehettek, hanem genetikai információban rendkívül gazdag DNS szekvenciák. És minnél több mai élőlény genomját ismerjük részletesen meg, annál közelebb kerülünk, hogy ezeket rekonstuáljuk. Kétségtelen, hogy még vár néhány meglepetés az úton ... ;-))

A Pharyngulán keresztül jött a hír az ID mozgalom készülő legújabb húzásáról. A mozgalom egyik atyja, William Dembski azt tervezgeti, hogy dobják az aktuális nevet és áttérnek az "Intelligens Evolúció"-ra, mert hiszen az evolúciót azt lehet tanítani az iskolákban, és így majd az Ő "elméletük" is belekerül a tananyaga. (Az ÉRTEM tagjai lassan nekiállhatnak a www.ertev.hu domain név lefoglalásának ... ;-)) A gondolat mégcsak nem is meglepő, eddig is erről szólt a mozgalom, folytonos újrabrandelésről: kreacionizmusból "tudományos kreacionizmust" csinálni, majd abból "intelligens dizájnt"...
Ennek apropóján Dembski ostoba pózokban levő plüss-Darwinok eladása (lásd kép) mellett "felvilágosító" kurzusok indítását is tervezi (természetesen nem ingyé). Nem is meglepő, hogy aszongya: "Let me reiterate that ID has been very, very good to me!" Anyagilag nem vitás, dír Bill, bár szakmailag továbbra is teljes csőd a mozgalmatok....