tg-cbmass-20121025

Ha a halak szaporodásáról beszélünk, az értő akvaristáktól eltekintve, a legtöbb ember szemei előtt az aljzaton hagyott ikrák és tovaúszó anyák jelennek meg. Tegyük hozzá, természetesen nem alaptalanul, hiszen a szaporodás ezen, a mi szemszögünkből nézve kicsit mostoha módja a leggyakoribb a halak körében. Sikeréhez persze elengedhetetlen az embrióhoz "útravalóul" csomagolt nagy mennyiségű szikanyag, hogy szegény utód mégse éhezzen, amíg képessé nem válik a saját táplálékszerzésre.

Ugyanakkor ez messze nem a teljes kép, hiszen a halak között is találunk ún. álelevenszülőket (ők a saját testükben keltik ki az ikrákat, de más módon nem járulnak hozzá a fejlődéséhez), ill. számos elevenszülőt is, az embriók táplálásához elengedhetetlen placentával, azaz méhlepénnyel.

S még ha ez unikumnak is hangzik, valójában nem az, mint az egyre bővülő fosszilis anyag is mutatja. Most a nyugat-ausztráliai Gogo formációból került elő egy halacska, amely az áldott állapot félreérthetetlen jeleit hordozza magában (megj: akadt már arrafele korábban is érdekesség, és kétségtelen, hogy ezzel még nincs kiaknázva a lelőhely).

Az említett hal a mára kihalt páncélos halak (Placodermi) közé sorolható és a rendszertani keresztségben a Materpiscis attenboroughi nevet kapta (a "materpiscis"-hez nem sok kommentárt fűznék, hiszen ez konkrétan anyahalat jelent, az "attenboroughi" pedig onnan jön, hogy a Gogo fromációra először Sir David hívta fel a figyelmet az 1979-es "Élet a Földön"-ben). Ami érdekessé teszi az a belsejében levő kis halacska, ami minden jel szerint nem a "nagy hal enni kis hal" logika szerint került oda: részint csontozatán nyoma sincs az elfogyasztás (harapás, emésztés) jeleinek, de ami még ennél is árulkodóbb a jól kivehető köldökzsinór.

Vagyis több százmillió évvel a méhlepényes emlősök megjelenése előtt, a Devon korban, a halak már "rájöttek" arra a trükkre, ami majd később az emlősök egy csoportja számára a biztonságos szaporodást és ebből kifolyólag (valószínűleg) a gyors elterjedést is biztosította.  

Szóval az erszényes farkas és a Col2A1 gén esete a magyar elektronikus médiával, avagy fiktív hírek a nagyvilágból. Pontosabban létezik egy másik hír a két említett szereplővel, de az, mint látni fogjuk, más, mint amiről a vezető magyar hírportálok "tudósítanak".

"Újra működik a tasmán tigris génje" zengi bele a nagyvilágba az Index/MTI híre, majd nagy lendülettel folytatja: "A tudósok a dns-t egy egér embriójába fecskendezték, amelyben aztán a gén porcszövetet képzett [...] bemutatva, hogy a kihalt erszényes Col2A1 jelű génjének ugyanolyan – azaz porc- és csontképző – funkciója van, mint az egerek saját Col2A1-ének." Pesthy Gábor az origo színeiben nem adja alább, hanem már egyenesen arról értekezik, hogy: "a kinyert DNS-ben lévő Col2a1 nevű gént használták föl (ez a gén a porc- és a csontfejlődést szabályozza.) A gént olyan egérembriókba injektálták, amelyekből előzőleg eltávolították az egér saját Col2a1 génjét. Az embriók a kicserélt genetikai információ ellenére jól növekedtek, és normális módon fejlődött ki a porc- és a csontszövetük is."

Jól hangzik, csak nem ez történt. Pedig, ha a fürge tollú szerzők azt a minimális fáradtságot vették volna, hogy a szóbanforgó cikk bevezetőjét elolvassák, akkor láthatták volna, hogy miről van szó: "We isolated a transcriptional enhancer element from the genome of an extinct marsupial, the Tasmanian tiger  [...] then examined the function of the enhancer in vivo".

Magyarán nem a Col2A1 gént, hanem egy szabályozó elemét izolálták, arról pedig végképp nincs szó, hogy Col2A1 gént nélkülöző egereket használtak volna fel. Mindössze az említett szabályozó régiót (amit eleve úgy izoláltak, hogy a szekvenciája nagyon hasonlított az egér Col2A1 génjének megfelelő szabályozó eleméhez) egy ún. riporter génhez kötötték, aminek átíródását jól lehet követni egy festési eljárás révén embriókban. S mivel az erszényes farkas szabályozó eleme pont olyan mintázatot hozott létre, mint az egér saját szabályozó régiója tette volna, a következtetés az, hogy a funkció konzervált (persze, mivel a szekvencia eleve nagyon hasonló volt, ezen azért csak mértékkel - értsd: nem - lepődünk meg). Az egész kísérletsorozatban az az egyetlen úgymond különleges, hogy az erszényes farkas mára már kihalt és a DNS darabkát egy múzeumi preparátumból szerezték be. Ettől eltekintve a kísérlet eléggé rutin feladat egy jobb egérlaborban.   

Mindezek tükrében nem tudok nem azon filózni, hogy amíg ez a jereváni rádió szintjén működő tollforgatás a standard, addig hogyan fognak a magyar olvasók tényszerűen tájékozódnak a világ tudományos életéről...? 

Az élőlények környezetének változásaira a természetes szelekció olyan génvariánsok (allélok) elterjesztésével reagál, amelyek az új körülmények között a legtöbbet nyújthatják hordozójuknak. És mivel a környezet folyamatosan változik, elvétve még az is előfordulhat, hogy hirtelen egy új és frissen elterjedt allél már nem előnyösebb, mint a gén régebbi verziója, sőt, s ilyenkor tanúi lehetünk egyfajta természetes "vissza az egész" procedúrának. Ezt a szaknyelv "reverz evolúciónak" nevezi és a közelmúltban a tüskés pikók egy populációjának esetében figyelték meg.

Mint a tüskés pikók evolúciójáról szóló régebbi posztban már írtam, a hal édesvízi populációinak egy jellegzetes tulajdonsága, hogy elvesztették a páncélzatukat. Hogy pontosan miért az nem teljesen világos, de a jelek azt mutatják, hogy amikor az eredetileg tengerben honos pikóhal édesvízi környezetbe került, a szelekció igencsak a páncélzat hiányát kezdte preferálni. S mivel már az ősi, tengeri populációkban is jelen volt - bár egyáltalán nem elterjedten - a páncélzat kialakításáért felelős ectodysplasin (eda) gén egy olyan allélja, amelyik a páncélzatot alkotó csontlemezek fejlődését elszabotálta, értelemszerűen ez terjedt el az új élőhelyen.

És minden jó és szép volt hosszú-hosszú ideig, amíg a Lake Washington-ban valami meg nem változott. Az okokról ismét csak az ötletelés szintjén tudunk beszélni - a tó vizének a hatvanas-hetvenes évekre tehető letisztulása megváltoztatta a látási viszonyokat, amelyek a pikó ragadozóinak kedveztek -, a következmények viszont jól láthatóak (a mellékelt ábrán is). A páncélos halak reneszánsza zajlik ma itt, s ha a folyamat tartós marad a "csupasz" pikók hamarosan kuriózumszámba mennek majd a tóban. (A jelenség genetikai oka, az eda gén régebbi alléljának újraelterjedésében azonosítható.)   

A felépítés logikája gyakorlatilag ugyanaz és az érzékelés alapegysége sem különbözik nagyon. Az emlősök szeme és egy tintahalszem közt felfedezhető hasonlóság első pillantásra egészen lenyűgözőnek tűnhet, hiszen nemcsak mindkét esetben ún. "kamera" szemről van szó (ahol a fény egy lencsén keresztül jutva vetül a fényérzékeny sejtekre), de mint azt a jobboldali ábra mutatja, a fénydetektálást végző molekula alakja is kísértetiesen hasonló (a kék szín egy szarvasmarha opszin molekulájának tér szerkezetét jelöli, a barna pedig a nemrég publikált tintahal opszin fehérjeszerkezetét). Sőt, lenyűgöző módon, a szemfejlődést elindító gének is gyakorlatilag ugyanazok.

Mielőtt azonban egyáltalán komolyabban megfogalmazódna bennünk, hogy netán mindez egy égi fiókban porosodó tervrajz létét igazolná, nem árt egy második pillantást is vetnünk vizsgálataink tárgyára, hogy feltűnjön a köztük levő (számos) eltérés is.

Mindenekelőtt, az emlős retinával ellentétben, a tintahalak esetében a fénynek nem kell átverekednie magát ereken és idegsejtek sűrű sorain, hogy a fényérzékeny fotoreceptorokhoz jusson, hanem közvetlenül azokra vetül, mert a puhatestűek retinájában ezek helyezkednek el "legfelül" (már ha a "fent" ez esetben a lencséhez közelt jelent). Persze, nemcsak a receptorok helyzete, de már alakjuk is jelentősen eltérő, hiába használja minkét csoport az opszin molekulákat a fény érzékeléséhez. Míg az egerek, emberek és tsaik szemében ún. "ciliáris" fotoreceptorok vannak (a pálcika- és csapsejtek), ahol az opszinmolekulák a sejtek ostorának egy különleges módosulatán találhatók, addig a tintahalakban "rhabdomerikus" sejtekkel találkozunk. Itt az ostor nem módosult, az opszinok pedig a sejtek felszínén levő mikrobolyhokban sorakoznak (itt egy részletesebb összehasonlítás).

Ezek után talán már nem meglepő, ha azt is elárulom, hogy a két szemtípus is nagyon különbőző módon jön létre: míg a gerincesek szeme az idegrendszer, pontosabban a velőcső egy kitüremkedéséből alakul ki (kivéve a lencsét és a szaruhártyát), addig a fejlábúak esetében a teljes struktúra egy felszíni szövetvastagodásból fog kialakulni.

És bizony a működésben is alapvető különbségek vannak: a gerinces szem fotoreceptorai ugyanis sötétben aktívak és fényben "hallgatnak", a tintahal receptorok pedig vice versa. A különbség oka, azokban a molekulákban keresendő, amelyeknek az opszin-molekulák átadják az információt. Ezek ugyan mindkét esetben az ún. "G-fehérjék" osztályába kapcsolódnak, de a hasonlóság itt meg is áll: míg a gerinceseknél a folyamat végeredménye a sejt falában levő (előzőleg aktív) ioncsatornák bezáródása lesz (ezért "hallgat" el, az addig aktív sejt), a tintahalaknál épp ellenkezőlég, megnyílnak az (előzőleg inaktív) ioncsatornák, a sejt pedig tüzelni kezd. 

Magyarán, minden hasonlóságuk ellenére, a két szemtípus közt nincs mélyebb közeli rokonság; létük a konvergens evolúció klasszikus példája. S hogy akkor mire véljük az elején megemlített fejlődésgenetikai hasonlóságokat? Nos, a homológ gének jelenléte mindössze arra bizonyíték, hogy a réges-régen élt közös ős feltehetően már rendelkezett egy fényérzékeny szervvel*, amelyből aztán év százmilliók során, nagyon különböző átmeneteken keresztül végül valami hasonló alakult ki. Hasonló, de nagyon nem ugyanaz.

* A szakmabeli kánon szerint ebben az ősi szervezetben valamilyen formában minkét fotoreceptortípus - mind a ciliáris, mind a rhabdomerikus - jelen volt, de az evolúciós fa különböző ágain a szelekció és végül különböző receptorokat juttatott domináns helyzetbe a fényérzékeny szervekben. Ezt látszik igazolni, hogy egyes gerinctelen fajokban még mindkét sejttípus fellelhető, ill., hogy bennünk emlősökben is megtalálható egy, a rhabdomerikus fotoreceptorokra jellemző opszin molekula(-szerűség). Ez a melanopszin és a bioritmus kialakításáért felelős.        

Sean Carroll napjaink legbefolyásosabb biológusainak egyike, aki nemcsak kísérletei révén vívott ki tudományos elismerést magának, de ismeretterjesztő könyvei emberek ezrei számára tették érthetővé/érthetőbbé, hogy hol is áll ma a molekuláris fejlődésgenetika, mit is takar az "evodevo" kifejezés. (Mondhatnánk, hogy ő a tudomány igazi Rúzsa Magdija, de inkább nem mondjuk, mert ez egy borzalmasan erőltetett analógia.)

Most épp a Scientific American aktuális számában jelent meg egy remek cikke, ahol néhány volt tanítványával próbálja mindezt zanzásítva elmagyarázni. 

(A cikkben emlegetett kísérletek/megfigyelések többségéről már írtunk korábban a blogban, lásd itt, itt és itt.)