tg-cbmass-20121025

Az állatvilágban közel sem szokatlan, ha egy-egy faj egyedei már embrionális fejlődésük után, de még felnőtté válásuk előtt nagyarányú változáson esnek át (gondoljunk csak a lábat növesztő ebihalakra), a lepényhalak esete azonban mégis külön említést érdemel.

Önmagában az, hogy ezek a halak a vízfenék közelében szeretnek élni és ez a viselkedés egy erősen ellaposodott testalkattal párosodott még nem szenzáció. Mint azt a ráják esete is mutatja, el lehet mindezt úgy is érni, hogy a oldalirányban ellaposodik a testfal és közben a főbb szervek ugyanott maradnak, mint más gerincesekben. A lepényhalak azonban más utat választottak: kvázi az oldalukra "fordultak", s hogy mégis hasznát lássák annak, hogy a gerincesek esetében a szem páros szerv, az aljzat oldalán levő szemüket a szó szoros értelmében "átvándoroltatják" a másik oldalra.

A vándorlás kapcsán azért indokolt a jelenidő, mert ezt a folyamatot minden egyes halnak le kell "játszania" élete során - ugyanis a lepényhalak életük kezdetén még igencsak "normálisak", s szemük a test két oldalán helyezkedik el (jobb oldali ábra, A). Igaz, ezek a fiatal halak még függőleges testhelyzetben úszkálnak, s ezen viselkedésük is csak a fizikai átalakulásuk, ún. metamorfózisuk (B-E) végére változik meg.

Maga az átalakulás elsősorban a tiroxin (T4) nevű pajzsmirigyhormonnak köszönhető: hacsak a hal nem éhezik, akkor lárvakorának végén a hormonszint megemelkedik, beindítva azokat a változásokat, amelyek a jobboldali szem átvándorlásához vezetnek. (Ha mesterségesen lenyomjuk a hormonszintet, a metamorfózis elmarad.) Ezen folyamatok közül a legtöbb az arckoponyát érinti, szinte a teljes "arcberendezést" át kell végül alakítani: azon az oldalon, ahonnan elvándorol a szem, bizonyos csontoknak növekedniük kell, hogy kitöltsék az üresen maradó helyet, míg a túloldalon a csontozatnak fel kell készülnie a szem befogadására.

Hogy az evolúció során pontosan miként is alakult ki ez a furcsa külalak, sok fejtörést okozott. Mivel szinte valószerűtlennek tűnhet, hogy itt is egy fokozatos változásról legyen szó (mert ugye mire jó egy félig átvándorolt szem), egyesek szerint a lepényhalak egyértelmű cáfolatai voltak az evolúciónak (bővebben lásd a Loom-on), a biológusok közül pedig sokan merészen azt sugallták, hogy gyakorlatilag egyetlen mutáció okozta a változást. Utóbbi fejlődésbiológiailag soha nem tűnt életszerűnek (elég kicsi az esélye, hogy egy ennyire összetett folyamat egyetlen, vagy akár csak kevés génre lenne visszavezethető) és a napokban kiderült, hogy tényleg nem is így történt. 

Ugyanis egyszerre két, a folyamatot dokumentáló, "átmeneti fosszília" került elő - pontosabban került újra napvilágra, hiszen eddig egy múzeum mélyén porosodtak, várva, hogy egy figyelmes emberi szempár rájuk találjon. Végül Matt Friedman lett a szerencsés, s így az ő tolmácsolásában tudhattuk meg, hogy az Amphistium és a Heteronectes (mert ez a két fosszília becsületes latin neve) félig átfordult szemgolyóval élték felnőtt életüket. Innen pedig már csak egy lépés a jobb oldali szem középvonalra való átemelése (lásd a mas is élő homlokszemű halakat), majd végül a lepényhalak teljes egyoldalúsága. Persze a fosszíliák birtokában ismét előkerül a "mire volt ez nekik jó" kérdés, amire továbbra sincs tuti válaszunk. Annyi viszont biztos, hogy valamire mégis jó kellett legyen (pl. ezek a halak még nem folyamatosan a vízfenéken éltek, hanem csak annak közelében, így egyik szemükkel az aljzatot vizsgálták táplálékért, míg a másik a körülöttük levő víztömeget sasolta, hogy kiszúrja a ragadozókat), különben nem alakult volna ki.

Az átalakuló halak és a fosszilis csontok közti hasonlóság nem véletlenül szembeötlő: azon különleges esetek egyikét figyelhetjük itt meg, amikor az egyedfejlődés valóban ismétli a törzsfejlődést, és metamorfózisa során a hal többé-kevésbé ugyanazokon a stációkat járja meg, amelyek a faj evolúcióját is jellemezték.         

(A post elején levő lepényhal portré innen van.) 

Vida Gábor, az MTA-ELTE Evolúció-genetikai és Molekuláris Genetikai Kutatócsoportjának tagja, watsoni pillanatot élt át a napokban. A Kossuth rádió Közelről c. műsorában intézett kirohanást a melegek, ill. a homoszexualitás, mint viselkedésforma ellen, ami közben mintha kicsit elfeledkezett volna a racionális gondolkodás és érvelés szabályairól.

Gyorsan szögezzük le az elején, hogy nem az a gond, hogy Vida "undorodik a homoszexualitástól", hiszen ez mindenkinek a szubjektív döntése, közünk nem sok van/lehet hozzá. Ám, ha egy evolúciógenetikus akadémikusi minőségében "természetellenesnek", ill. az emberiségre veszélyesnek bélyegez egy olyan viselkedésmintázatot, amire bőven van példa az állatvilágban, akkor viszont kénytelenek vagyunk pontosítani.

Azonos neműekhez való, szexuális természetű közeledést rengeteg állatban megfigyeltek már, így aligha nevezhetjük "természetellenesnek" (egy rövidebb lista a LiveScience-ről). Adott esetben érezhetjük saját morális értékrendünkkel szögesen szembenállónak, de akkor ezt mondjuk, és ne mást.

Az emberiség kipusztulását vízionáló rész, pedig kifejezetten döbbenetesen hangzik egy evolúciógenetikus szájából. Mint minden természetes viselkedésforma, a homoszexualitás is részben genetikaira okokra vezethető vissza (lehet azon vitatkozni, hogy ma divat-e melegnek lenni, de ez nem változtat a tényen, hogy vannak genetikai okok) és a molekuláris biológia haladásának köszönhetően ma már egyre jobban megértjük, hogy mind gerinctelenekben, mind gerincesekben mi hozhatja létre ezeket a magatartás-mintázatokat. Márpedig pusztán egy genetikai variáció csak a legritkább esetekben vezethet egy-egy faj kihalásához, és ez az eset hangsúlyozottan nem ilyen. Nem egy vírussal állunk szemben, nincs miért "Az ember gyermeke" c. filmből ismert jövövíziótól félnünk kellene. Ha a homoszexualitást okozó genetikai varició valóban csökkentené a hordozó populáció fitnesszét (amit durván a gyerekeik, unokáik számával mérhetünk), akkor kétségtelen, hogy viszonylag rövid időn belül kiszórná a természetes szelekció. S, hogy ez jól láthatóan mégsincs így*, az egy evolúciógenetikus számára nem lehet nem egy izgalmas kérdés.

(A kép az oszlói egyetem vonatkozó oldaláról származik. Egyébként pedig ajánlom Ricky Gervais témábavágó, zseniális performanszát. ;-))

*Magyarázatok persze vannak (pl. a meleg férfiak női rokonai, akik ugyanazt a variációt hordozzák, átlagosan több gyereknek adnak életet, így a közösség, a család fitnessze nem lesz kevesebb), de bizonyításuk még várat magára.

A legdrámaibb élettérváltás a gerincesek életében a vízi életmódról a szárarazföldire való "átállás", s ennek megfelelően különleges érdeklődés szokta övezni azokat a fosszíliákat, amelyek ilyen-olyan módon ezt az átmenetet dokumentálják. A múlt heti Nature-ben a terület két nagyágyúja, Per Ahlberg és Jenny Clack tárt a nagyvilág elé egy ilyen fosszíliát; a Lettországban fellelt, felső-devoni Ventastega curonica-t.  

A Ventastega-ból igazából csak a koponyáját sikerült maradéktalanul feltárni, és az ilyenkor legalább ennyire érdekes végtagokat nem, de az már így is jól látható, hogy ez a lény küllemében a Tiktaalik és az Acanthostega között helyezkedik el.

Elsőnek talán fura lehet, hogy csak egy koponya ennyit elárul egy élőlényről, de ha igazából belegondolunk, hogy egy átlagos hal és egy átlagos kétéltű koponyája hány ponton különbözik, akkor elég hamar belátható, hogy legalább annyira drámai változás következett itt be, mint a végtagövek környékén. A kopoltyút borító csontok eltűntek, kialakult egy (a mi szempontunkból) kezdetleges középfül, a szemüregek elmozdultak és az egész fej lényegesen laposabbá vált. A Ventastega koponyája (mint az az alábbi ábrán is kiszúrható) számos elemében átmenetet képvisel két előbb emlegetett rokona között.

Ugyanakkor, és ezt természetesen Ahlbergék is hangsúlyozzák, nagyon-nagyon kicsi annak a valószínűsége, hogy a Ventastega konkrétan maga lett volna a későbbi szárazföldi gerincesek későbbi őse. Valószínűbb, hogy a maga nemében egészen egyedi lény volt, egyfajta ősi "nagybácsink", amellyel ugyan nem vagyunk közvetlen leszármazási kapcsolatban, de rokonsága a (és ezáltal hasonlósága) a saját  közvetlen őseinkkel hamar felismerhető.  

"Ha valaki például a keresztény teremtésfelfogást akarná kötelezővé tenni a biológiaórákon a közoktatásban, én lennék az első, aki tiltakozna ellene", nyilatkozta tegnap a magyar Értelmes Tervezettség Mozgalom színeiben Tasi István és hogy igen őszinte legyek, ezen csöppet meglepődtem. Ugyanis bár alkalom nyilvánvalóan lett volna rá, emlékeim szerint Tasi sem kultúrantropológusi, sem krisna tudatú lelkészi, sem ÉRTEM szóvivői minőségében nem tett ilyesmit.

De sebaj, hiszen lesz még rá lehetőség: elég csak a képen levő szomorú látleletet megtekinteni az amerikai biológiatanárok világnézetéről. Tizenhat százalék fundamentalista kreacionista között mindig fog akadni pár, aki mindenfajta szabályt megszegve Ádám és Éva, nameg az özönvíz sztorijával tölti ki az óráit. És, hogy ne legyenek kétségeink, hogy az említettek a júdeo-keresztény világnézet genezisét vallják magukénak illetve hirdetik diákjaiknak, elég John Freshwater esetét szemügyre vennünk...

Szóval Tasi Istvánnak lesz alkalma bizonyítani az elsőségét, s mivel ezzel a céljával csak egyetérteni tudok, itt kérném meg a kedves olvasóközönséget, ha ilyen esetet lát vagy hall, feltétlenül értesítse az ÉRTEM tagjait. Hátha egyszer valóban ők lesznek az első tiltakozók. Becsszóra belinkelem ;-).

Ha egyszer majd valaki veszi a fáradtságot, hogy összeállítsa, a legfélrevezetőbb magyar állatnevek listáját, a lándzsahal mindenképpen előkellő helyre fog befutni. Ugyanis ez a kis állat nem hal, de mégcsak nem is gerinces. Ettől persze a hasonlóság még valós, de közel sem annyira szoros rokonságot takar (mint látni fogjuk, sőt), mint azt a nevezéktan sugallja.

A lándzsahal, vagy régiesebb nevén amphioxus, ugyanis a fejgerinchúrosok (Cephalochordata) közé tartozik. Ezek az állatok néhány nagyon fontos közös jellegben osztoznak, a saját magunk által is tarkított gerincesekkel, különösen az embrionális jellegeket tekintve. Ilyenek a kopoltyúívek, a test felső/hátsó oldalán végigfutó központi idegrendszer, és az alatta megtalálható pálcika-szerű gerinchúr. Persze legalább annyira fontosak a különbségek is, pl. a jól fejlett fej, porcok és csontok ill. végtagok teljes hiánya (hogy csak a legszembetűnőbbeket említsem), de igazából a poszt szempontjából ez egy kicsit mellékvágány, így elegánsan eltekintünk további boncolgatásuktól.

Az említett hasonlóságok miatt a lándzsahalak mindenesetre már bő száz éve erőteljes érdeklődésre tartanak számot biológusi körökben, gyakran számos feltüzelt vita kiindulópontját képezve. Például 1910 környékén a kor két jeles brit zoológusa, Walter Gaskell és Edwin Goodrich feszült egymásnak, azt eldöntendő, hogy az amphioxus egy degenerált gerinces, vagy épp ellenkezőleg, a gerincesek ősi vonásait megjelenítő "primitív" faj. Goodrich-nek lett igaza, de talán még ő maga sem sejtette, hogy a lándzsahalk ősisége mennyire régre vezethető vissza: az elmúlt években előkerült fosszilis anyag tanúsága szerint már több mint bő félmilliárd éve nagyon hasonló testfelépítésű állatok szelték a kambriumi óceánok vizeit.

A gerincesek és fejgerinchúrosok útjai durván 550 millió éve váltak el és a közkeletű vélekedéssel ellentétben (ami ma még gyakran tankönyvi anyag), az utóbbi évek molekuláris rendszertana kiderítette, hogy a két csoport ettől még nem a legközvetlenebb rokon az Újszájúak szupertörzsében. Ugyanis a jelek szerint a gerincesek felé vezető útból még később leválik a mára mind alakjukban, mind genom szerkezetükben rendkívül módosult zsákállatokat (Tunicates) magába foglaló előgerinchúrosok vonala. Őket azonban épp ez az extrém módosulás teszi alkalmatlanná arra, hogy a gerincesek ősienek titkait kutassuk bennük, erre viszont ideális a rokonsági sorban paraszthajszálnyit hátrébb csúszó kis lándzsahal.

A lándzsahalak 19 kormoszóma párt elfoglaló ~520 megabázisnyi genomja lényegesen kisebb, mint az emberi faj maga hárommilliárd bázispárja, bár természetesen nem a méreten van a hangsúly (mert akkor aligha lehetne egy teljes fugu halat "mindössze" 365 millió bázispárból "összehozni"). Viszont a méretbeli eltérés egyik lehetséges oka ez esetben, hogy jelen tudásunk szerint (amit a lándzsahal genom csak megerősített), a fejgerinchúrosoktól való elválás óta minimum két teljes genomduplikáció következett be a gerincesek elődeiben. Azaz minden génből elméletileg kb. négy kellene legyen, s hogy ez mégsincs (egyébként megközelítőleg sem) így, az elsősorban annak köszönhető, hogy a redundáns ill. funkció nélküli gének gyakorta kiszóródnak az idő során, fosszilizálódnak, majd teljesen degenerálódnak.

A genomduplikációk eredménye például az emlősökben fellelhető négy db. Hox-kluszter is, amelyek a testfejlődés számára kulcsfontosságú géneket hordoznak. Ezek közül egyik sem teljes, mindegyikből más gének hiányoznak. Viszont összevetve őket, látható, hogy a gerincesek valamelyik ősének, minimum 13 hox gént kellett felsorakoztatnia egy kromoszómáján. És a lándzsahalban pont egy ilyen szituációval találkozunk (sőt, itt egyenesen tizenöt hox gén lelhető fel; nem teljesen tisztázott még, hogy a közös ősben is ennyi volt, csak a gerinces vonal még a genomduplikációk előtt elvesztett kettőt, vagy az amphioxus "ajándékozta meg" még kettővel magát).

Egyébként, ha pusztán azt nézzük, a fent említett Hox-kluszter mintájára, hogy milyen gyakran találjuk kb. ugyanazokat a géneket egymáshoz közel a lándzsahal és az ember kromoszómáján (ez szaknyelven a szinténia jelensége, aminek az oka, hogy - értelemszerűen - a két faj közös ősében ezek a gének szintén szomszédosan helyezkedtek el), akkor azzal szembesülhetünk, hogy az amphioxus genomjának közel 88%-a esik ebbe a kategóriába (ráadásul, a már emlegetett genomduplikációk miatt, négyszeres szinténia sejlik fel). Na persze a hidrák genomja után, ez nem túl meglepő, mint ahogy az sem, hogy a gének fehérjekódoló szakaszai (szakzsargonban exonok) közé beékelődő DNS darabok, vagyis intronok, a hasonló génekben többnyire pont ugyanott helyezkednek el (másképp fogalmazva, mind a gerincesek, mind a fejgerinchúrosok exon-intron szerkezete meglehetősen konzervatív).

Természetesen ma már nincs genomvizsgálat az ún. konzervált nem-kódoló szekvenciadarabok, CNE-k (Conserved Non-coding Elements) feltérképezése nélkül. Ezek olyan rövid DNS szakaszok, amelyek nem esnek ugyan a genom fehérjekódoló részeibe, mégis nagyon hasonlítanak sok, gyakran egész távoli rokonságban levő faj között. Funkciójuk leginkább a génszabályozással hozható összefüggésbe, pontosabban azzal, hogy egy-egy gén hol kerül kifejeződésre. Minnél hasonlóbb CNE kombináció lelhető fel két faj egy bizonyos génje előtt, annál valószínűbb, hogy az pont ugyanazokban a szervekben, szövetekben kerül kifejeződésre mindkét szervezetben. Míg halak és emberek között ezrével fedezhetők fel a CNE-k, addig a lándzsahal és az emlősök között alig néhány tucatra lelhetünk.

A különbség azoknak az evolúciós "újjításoknak" a számlájára írható, amelyek a gerincesek kialakulásának hajnalára tehetők. Ezek közül is talán a legjelentősebb egy igazi sejtszintű "svájcibicska", az idegrendszer és a kültakaró embrionális előfutárjainak határán kialakuló ún. velőléc (neural crest) sejtpopuláció. Ezeknek a sejteknek a fejlődési potenciálja már-már megdöbbentő: belőlük jön létre koponyánk és nyakunk porcos és csontos elemeinek többsége, a szimpatikus és paraszimpatikus idegrendszer, a mellékvesénk jelentős része, na és a pigment sejtek. Szóval nem nagyon tudnánk őket nélkülözni, s ha valami fejlődési rendellenesség miatt sérül a kialakulásuk, akkor gebasz van. Fontosságuk miatt rengetegen kutatják őket, így egyre többet tudunk arról, hogy miként és hogyan alakulnak ki.

Érdekesség, hogy a jelek szerint a lándzsahalakban az összes gén megtalálható, ami a gerincesekben a velőléc sejtek kialakulásához szükséges genetikai hálózatban szerepel, sőt, a hálózat kezdeti elemei gyakorlatilag épp ott és épp úgy fejeződnek ki (és működnek együtt), mint pl. egy átlagos hal embrióban. A különbség az utolsó lépésekben van: az amphioxus nem "drótozta" be ebbe a hálóba azokat a géneket, amelyek a velőléc sejtek specifikációjának utolsó lépésit irányítanák. Például ilyen a mitf gén, ami bennünk a pigmentsejtek fejlődéséért felel. A lándzsahalban ez a gén mindössze egy apró sejtcsoportban fejeződik ki, ami nem is a leendő idegrendszer és köztakaró sejtjeinek határán található. Viszont ez a pár sejt, az ún. Hesse sejtek, a felnőtt állatban pigmentet fog létrehozni, vagyis a mitf gén aktiválása és a pigment szintézis közti összefüggés létezik. A mitf szerepe valami hasonló lehetett a gerincesek ősében is, még végül az evolúció szeszélyének köszönhetően, a megfelelő szabályozó mutációk megjelenése után bekapcsolódott a (leendő) velőléc-szabályozó hálózatba. S mivel szerepe hasznosnak bizonyult, azóta ott is maradt.