tg-cbmass-20121025

Az emberi evolúció legmeghatározóbb lépése, jelen ismereteink szerint, a megnagyobbodott agyméret és az ezzel járó komplexebb szellemi tevékenység kialakulása volt. Az Australopithecusok kora óta eltelt cirka négy millió év alatt, az emberi koponya agytérfogata közel háromszorosára növekedett, amely átalakulás azonban fogas energetikai kérdés elé állíthatta őseinket: mert szép és jó dolog a több agyszövet, csakhát azt valahogy táplálni is kell.

Az agy a legenergiaigényesebb szervünk: egy pihenő újszülött energiájának 60%-át emészti fel, de ez az arány még egy felnőtt esetében is 25%. S mivel legközelebbi rokonain, a csimpánzok esetében egy-egy jól kifejlett példány csak energiájának 8%-át fordítja szürke- (és fehér)állományának táplálására, a kérdés adott: a mi őseink miképpen engedhették meg maguknak a hasonló energiabevitel melletti többszörös ráfordítás luxusát.

A válasz egyik része egy máik energiaigényes szervrendszerünk, az emésztőrendszer méretének csökkenésében keresendő: az emberi emésztőrendszer mérete csak 60%-a egy hasonló méretű főemlősben előfordulónak. (Így több energia maradt az agy jólakatására.) Ami persze újabb kérdést vet fel: miért volt ez lehetséges? Hiszen, ha lecsökken az emésztőenzimeket termelő szervek mérete és a tápanyagok felszívódását lehetővé tevő bélfelület, akkor az értelemszerűen kevésbé hatékony tápanyagfelvételt eredményez. Ennek ellensúlyozásához pedig arra van szükség, hogy a bevitt táplálék olyan formában legyen, ami már eleve hatékonyabb feldolgozást tegyen lehetővé - például meg legyen főzve.

A hominin evolúció során két nagy ugrás figyelhető meg az agytérfogat alakulásában: úgy 1,9 millió éve, a Homo erectus megjelenésekor (ekkor kvázi megduplázódott 500 cm³-ről, 1000 cm³-re az agykapacitás), és szűk fél millió éve, a modern ember feltünésekor (ekkor alakul ki az 1300 cm³-s agykapacitás). Arról többé kevésébe konszenzus van, hogy valamelyik ugrásban szerepe volt a tűz megszelídítésének és a főzés megjelenésének, arról azonban már kevésbé, hogy pontosan melyikben is. Kutatók egy csoportja a régebbi dátum mellett kardoskodik, egyebek mellett arra hivatkozva, hogy a H. erectus foga kisebb volt, mint az elődeié, márpedig ha csak annyival biztosítja az extra tápanyagot, hogy hatékonyabban vadászik, akkor épp ellenkező előjelű változás lett volna elvárható. A logika jól hangzik, az egyetlen baj azzal van, hogy a legősibb bizonyíthatóan emberek által rakott tűzhelyek csak 300,000 - 500,000 évesek, vagyis inkább a második ugráshoz állnak közel. És ugyan vannak feltételezések 1,4 millió éves tűzrakásokról is, ezek egyelőre nem tekinthetők bizonyítottnak.

Bárhogy is volt, a "konyhaművészet" kialakulása döntő fontosságú volt. A nagyobb energiaráfordítás lehetővé tette a nagyobb agy kialakulását, de utóbbihoz ahhoz is szükség volt, hogy az idegrendszer fejlődése kitolódjon. Ez pedig hosszabb csecsemő- és gyermekkoral járt, magyarán tovább tartott a szülőkre való utaltság; ez több és bonyolultabb szociális kapcsolat kialakulását feltételezte, ami pedig több szellemi ráfordítást igényelt. Mindezek eredményeként egy formás kis pozitív visszacsatolás alakul(hat)ott ki: a nagyobbodó agy egyre több információt kellett feldolgozzon. Már, ha valóban így történt a dolog.

Újabb "tollas dinó" és honnan máshonnan mint Kínából. De egy dologban mindenképpen különleges: méretében. A Gigantoraptor erlianensis ugyanis nagy. Nagyon nagy. A Belső-Mongóliából előkerült 11 éves - kvázi fiatal felnőtt - egyed csontváza fejtetőtől farokig 8 m hosszú, csípőben 3.5 m magas, és mintegy 1,400 kg-t nyom. Nagyobb, mint egy hasonló korú Tyrannosaurus, a viszonyítás miatt. És elképzelhető, hogy az idősebb példányok még nagyobbak voltak.

A Theropodákhoz tartozó Oviraptorosauria csoport (ahova a Gigantoraptor is tartozni látszik) eddig ismert tagjai alkatban és méretben a Tyrannosaurus-ok és mai madarak között helyezkednek el, így méret szempontból a Gigantoraptor kilóg a sorból és azt igazolja, hogy a méretcsökkenés nem törvényszerű volt.

Ugyan a neve (és ergo az azt kiötlő kutatók) szerint a G. erlianensis ragadozó volt, nem sokat tudunk arról, hogy valójában mit is ehetett: kis feje és hosszú nyaka növényevőt sugallnak, de karmai ragadozó karmoknak tűnnek. Az sem tisztázott, hogy ez a 85 millió éve élt lény tollas volt-e vagy sem: bár csoportjának kisebb tagjai rendelkeznek tollakkal, a ma elő emlősök között nem ritka, hogy a méretnövekedés a szőrzet elvesztésével járt (gondoljunk csak az elefántokra). A kínai paleontológus-csoport vezetőjének véleménye szerint mindenesetre tollasok voltak.

(Megelőlegezem, hogy további tudnivalókat majd primavis fog a kommentekben szolgáltatni. ;-))

Bár a köztudatban a kaméleon él a rejtőzködés nagymestereként, a valóságban a műfaj igazi tehetségei mégcsak nem is a gerincesek közül kerülnek ki: ezek a lábasfejűek (Cephalopoda) csoportját alkotó polipok, kalmárok, tintahalak és tsaik. És még ha nem is mindegyik képes a rejtőzködés olyan fokára, mint a közönséges polip (Octopus vulgaris), az álcázás progizmusa, akkor is sokszor zavarbaejtő.

Mivel a puhatestűek (ahova a lábasfejűek is tartoznak) csoportjának (Mollusca) idegrendszere radikálisan különbözik a sokat tanulmányozott gerinces vagy akár rovar idegrendszertől, nem egészen tudjuk, hogy "mi jár a fejükben", álcázás közben.

Hogy megértsük ahhoz egy egszerűbb példával érdemes kezdeni, erre jó pl. a tintahal. A baloldali kép második sorában látható, hogy mennyire tökéletesen tud egy tintahal alkalmazkodni a saját környezetében gyakorta előforduló mintákhoz, de ha egy kicsit tüzetesebben kezdjük a jelenséget vizsgálni az derül ki, hogy a látszólag ördöngős képesség mögött egész pontosan három mintázat figyelhető meg: egy, ami "egyenletes" környezetben - pl. homok - előnyös; egy, amely a kisebb kavicsok alkotta "foltos" környezetben és végül egy harmadik, ami a nagyobb kövek által fémjelzett "tagolt" tengerfenéken alkalmazandó.

A tintahal alapvetően ezeket a környezettípusokat képes felismerni és ehhez alkalmazkodik, akár igen gyorsan is (ami önmagában sem megvetendő teljesítmény). Azonban, ha az említett környezetekhez hasonló, de velük nem teljesen azonos - mesterséges - aljzatra helyezünk egy-egy kísérleti alanyt, akkor látható, hogy a mintázatot képesek felismerni, de nem tudják tökéletesen lemásolni. És nemcsak a forma pontos utánzásával nem birkóznak meg (ami nem meglepő révén utóbbiakra a természetes szelekció aligha tudott válogatni), de a színek felismerésével is gondjaik vannak: ez azért van így, mert a tintahalak szeme egyetlen vizuális pigmentet tartalmaz, az pedig fizikailag kevés a színlátás megvalósításához.

(Ami viszont lenyűgöző, az az, hogy a tintahal valahogy tudni fogja, hogy a "tagolt" mintázatban kb. mekkora a hátán a fehér pötty, és csak akkor veszi fel ezt a mintát, ha valóban van értelme - s mivel az életük során a testméret a sokszorosára nő, csak egyre nagyobb foltokkal tagolt környezetben veti be ezt a trükkjét.)

Ha pedig netán túl hamar napirendre térnek afelett, hogy egy tintahal könnyen alkalmazkodik az élettelen aljzathoz, akkor időszerű tehetségesebb rokonai a polipok felé vetnünk tekintetünket: ők már nemcsak egy-egy háttér lemásolására képesek, de a mimikri, vagyis más tárgyak ill. élőlények utánzásának is a nagymesterei. Lehet szó vízinövényekről, tengeri kígyóról, vízbe esett kókuszdióról, vagy éppen lepényhalról (utóbbi itt is, meg a képen alul: jobb oldalt a valódi lepényhal, középen egy polip lepényhal-imperszonációja látható).

A biológia 21. századi nagy ígéretei közül, az egyéni genomszekvenciák mellett még mindenképpen említést érdemel a szintetikus biológia. Durva leegyszerűsítésben ez mindazoknak a törekvéseknek a gyűjtőneve, amelyek célja tetszőleges (de többnyire kiemelkedő ipari jelentőségű) anyagok előállítása genetikailag módosított élőlények (az esetek többségében baktériumok) segítségével.

Gondoljunk növényi anyagokból műanyagat előállítható bacikra, vagy fényérzékeny biofilmekre; a lehetőségek ha nem is végtelenek, de mindenképpen igen széles skálán mozognak. Látszólag, néhány fontos enzimet kódoló gén bejuttatásával, szinte kívánság szerinti kémiai láncreakció programozható – persze azért a valóság általában lényegesen bonyolultabb. Bonyolultabb, mert ezek a mikróbák a beléjük táplált útvonalakon kívül még egy sereg más reakciónak is otthont adnak, elsősorban olyanoknak amelyek a saját fennmaradásukhoz és szaporodásukhoz szükségesek, de nemcsak. És minden (a kívánt folyamat melleti) fölösleges folyamat csökkentheti a célreakció hatékonyságát, hiszen az organizmus energiáját és forrásait emésztik el. (Az már csak hab a tortán, hogy a saját maga által fölöslegesnek ítélt génektől az élőlények hajlamosak „megszabadulni“ (azok mutációkat szednek össze és működésképtelenekké válnak), így egy-egy ipari fermentorban könnyen elszaporodhatnak a potyázók, amennyiben nem biztosítjuk be genetikai trükkökkel, hogy ez ne következzen be.) Ezért aztán mindig nagy érdeklődés övezte azokat a baktériumokat, amelyek minimális számú génnel rendelkeznek: kevesebb saját gén, kevesebb lehetőség az energiák és tápanyagok „rossz“ felhasználására.

A technikai buktatók ellenére a szintetikus biológia igen ígéretes, nem véletlen, hogy Craig Venter is rástartolt a témára: mind a minimális genom, mind az iparban esetlegesen felhasználható, új enzimek kutatása terén igencsak aktív volt az utóbbi években. (A napokban derült ki, hogy már tavaly ősszel szabadalmi kérelmet nyújtott be, egy „szintetikus organizmus“ létrehozásásra.)

Persze egy minimális saját genom is igényel valamennyi energiát, így néhány purista arra törekszik, hogy pusztán csak enzimek összeöntésével érjék el a kívánt célt (persze azért az enzimek előállítása még nem megy in vitro, szóval ez azért nem teljesen „sejtmentes“ megoldás). Egy amerikai kutatócsoport most épp 13 különböző forrásból (növény, állat, élesztő és baktérium) származó enzim segítségével a növényi szövetekben előforduló keményítőből hidrogént állított elő. A reakció vízből és keményítőből indul ki, és az optimális 30°C-on hidrogén mellett szén-dioxidot termel (mivel ez friss növényi anyagból, azaz megújuló forrásból származik, netto nem jelent szennyezést). [C₆H₁₀O₅ (l)+7 H₂O (l)→12 H₂ (g)+6 CO₂ (g), ahol l = folyadék, g = gáz] A hidrogén üzemanyagcellákban energiaképzésre használható fel, így a folyamat ipari és környezetvédelmi szempontból egyaránt jelentős, s még az ára is viszonylag kedvező ($~2/kg H₂) – ez a finomítások során még valszleg javulni is fog.

Igazából az egész dologgal egyetlen gond van: hogy a kiindulási anyag, a keményítő, nem a leggyakoribb növényi glükóz-polimer. Utóbbi titulus a nehezebben lebontható cellulóznak jut, s ha sikerülne elérni, hogy ez legyen a hidrogén előállítás kiinduló vegyülete, az akár egy kisebbfajta új ipari forradalom kezdetét is jelenthetné.

"Mindenki annyi éves, amennyinek érzi magát", tartja a mondás, és annyiban tényleg igaznak tűnik, hogy azok az idős emberek, akik aktív életet élnek, gyakran fiatalabbnak tűnnek a koruknál.

Mindennek a jelek szerint az a biológiai háttere, hogy az aktív élet még az öregedéssel járó számos ún. neurodegeneratív (azaz az idegrendszer leépülését okozó) betegség pusztító hatását is képes ellensúlyozni. Legalább is egerekben bizonyíthatóan: olyan rágcsálókat vizsgálva, amelyekben mesterségesen előidézik a tanulásban fontos agyi régió, a hippokampusz pusztulását, egészen egyértelmű, hogy a változatos és változó környezetben nevelt egerek memóriája és tanulási képessége alig csökkent kezeletlen társaikhoz viszonyítva. Pedig az idegrendszerük kb. ugyanannyi sejtet vesztett, mint a hasonló kezelésnek kitett, de monoton környezetben tartott egerké, akikben viszont az említett szellemi folyamatok leépülését lehetett észlelni.

Feltehetőleg a környezet, ha már az idegszövet részleges pusztulását nem is képes megállítani, annak hatásait ellensúlyozni tudja új idegsejtkapcsolatok, azaz szinapszisok létrehozásával, amelyek lehetővé teszik az emlékezést még a károsodott agyban is.

A folyamat molekuláris mibenléte még kicsit misztikus, de az valószínűsíthető, hogy szerepe van benne a kormatin kromatin struktúrájának. A sejtekben levő DNS különböző kromoszómákba szerveződését különböző fehérjék, pl. hisztonok segítik, és ezek kémiai módosítása dönti el, hogy a körülöttük levő DNS szál átíródhat-e, vagy sem. Például ha egy acetil csoport van a hisztonokon, akkor lazább a kapcsolatuk a környezetükben kígyózó DNS spirállal, így azon aktivizálódhatnak az ott levő gének. Az acetil csoport leválasztása, amit egy HDAC-nek (Histone DeACetylases) nevezett enzim végez, a DNS-hiszton kapcsolat megerősödéséhez, és a gén átíródás leállásához vezet.

A változatos környezet a neurodegenerációban szenvedő egerekben valamiképpen ebbe a kormatin módosító folyamatba szólhat bele, ugyanis ha HDAC-gátló szereket adtak a kezelt, de monoton környezetben élő egereknek, akkor azok szellemi képességei nem romlottak, miközben a szinapszisok száma növekedett a hippokampuszukban.

A megfigyelés reménykeltő, hiszen ha sikerülne embereken is alkalmazható, mellékhatások nélküli HDAC-gátlókat kifejleszteni, azok soküsok ember öreg napjait könnyíthetnék meg.