tg-cbmass-20121025

The complete work of Charles Darwin (University of Cambridge)
Darwin Correspondence Project (University of Cambridge)
Darwin Digital Library of Evolution (American Museum of Natural History)

Természetesen elsősorban... khmm... AZ, vagyis az elsődleges nemi jellegek (a.k.a nemi szervek). De azért nem becsülhető le a szerepe a másodlagos nemi jellegeknek sem, amelyek a nemi szervek által szabályozott hormontermelés eredményeként jelennek meg az évek során (pl. mély hang, arcszőrzet, robusztus testfelépítés).

Emlősökben a nemi determináció genetikai alapú, hiszen az Y kromoszóma jelenléte ill. hiánya határozza meg, hogy a megtermékenyített petesejtből kisfiú vagy kislány váljon. S bár elég sokat tudunk róla, még nem értjük tökéletesen, miképpen alakul ki egyes gének összjátéka során az a bizonyos döntés, mely következtében a kezdeti ún. bipotenciális ivarszervkezdeményből (a fejlődés korai szakaszai teljesen azonosak mindkét nemben) férfi vagy női nem szerv alakul ki.

Mielőtt azonban nekimennénk a probléma genetikai hátterének, fussunk végig, miképpen is zajlik a nemi traktus kialakulása az egyedfejlődés során.

Az ivarszervek fejlődése elválaszthatatlan a kiválasztószervek kialakulásától, hiszen fejlődésük azonos szervkezdeményből indul ki. Amint azt a (Pharynguláról) mellékelt ábra is mutatja, az embrióban először egy csillós tölcsérek jelennek meg, amelyek a testüregből kiszűrt folyadékot az elsődleges húgyvezető be, a Wolff-csőbe továbbítják. Ez az ún. pronephros, amely elég tiszavirágéletű, és hamarosan felváltja a mesonephros, amelyet a Wolff-cső két oldalán kialakuló és végül bele torkolló tölcsérek alkotnak (ezek már szofisztikáltabbak, mint a pronephros tölcsérei, és képesek valódi szürletet létrehozni). A mesonephros is csak ideiglenes képződmény: a valódi vese (metanephros) a Wolff-cső végső szakaszán kialakuló ureterbimbóból jön létre. (Bővebben a kiválasztószervek fejlődéséről.)

Eközben a mesonephros részben maga is degenerálódik és csak azért nem tűnik el (a pronephroshoz hasonlóan) teljesen nyomtalanul, mert a területén a mezoderma sejtjei, valamint a fejlődés korai szakaszában kialakult ősivarsejtek összegyűlnek egy ivarszervkezdeményt hozva létre. Eközben a Wolff-csővel párhuzamosan egy másik vezeték, a Müller-féle cső is kialakul. Végül azonban csak az egyik marad meg: fiúk esetében ez a Wolff-cső, mág lányoknál a Müller-cső - ezekből jön létre az ivarszerv kivezető csatornája -, a másik pedig lassan felszívódik.

Hogyan dől el vajon molekuláris szinten, mi is történjen? Mint oly sokszor a biológia története során, a szex determinációt is furcsa fejlődési rendellenességek segítettek megismerni.

Ugyanis számos olyan esetet jegyzett már korábbanis fel az orvosi irodalom, ahol XY kromoszómájú egyénből nő lett (és itt ne a tesztikuláris feminizációra tessenek gondolni, ahol bár kialakulnak a herék, de az általuk termelt tesztoszteronra nem érzékenyek a sejtek, így nem alakulnak ki a másodlagos nemi jellegek; this is da real thing). Az ilyen személyekben a leggyakrabban az Y kromoszómán található Sry (sex determining region on Y) génben következik be egy mutáció (ez az ún. Swyer szindróma). Az Sry azokban a sejtekben (Sertoli-sejtek) fejeződik, amelyek a spermiumokat "dajkálják", azok kialakulása során. A gén normális működése elengedhetetlen, de egyben elégséges feltétele is a férfi ivarszervek kialakulásának: ha XX kromoszómájú egerekbe mesterségesen bejuttatják, az egerek fiúkká fejlődnek.

Az ivarszervek fejlődése során az SRY szerepe a jelek szerint az, hogy olyan (pl. dax1, wnt4) gének funkcióját gátolja, amelyek egyébként maguk is gátló szerepet töltenek be: megakadályozzák a hímivarszerv fejlődését segítő transzkripciós faktorok (SOX9, SF1, WT1) működését. Az SRY hatására aztán utóbbi faktorok (felszabadulva a gátlás alól) elindítják azokat a genetikai programokat, amelyek a herék kialakulásához vezetnek. Ebben a "gátlás-gátlása" játékban a hangsúly az arányokon van: olyan esetekben, ahol a dax1 vagy a wnt4 duplikációja következik be (vagyis a gének termékeiből kétszer annyi van a sejtekben, mint normális esetben), hiába van jelen a működőképes SRY, az embrió kislánnyá fejlődik.

Az Sry által aktivált gének egyike a sox9, amely aztán az AMH-t (Anti-Müllerian Hormone) aktiválja. Utóbbi, mint az nevéből is kikövetkeztethető, a Müller-féle cső degenerálódását okozza. Ha valmilyen okból egy XX kromoszómájú embrióban a sox9 mégis kifejeződik (pl. egy kromoszóma transzlokáció során a papa ivarsejtjében az Sry átkerül egy autoszómára, vagy az X kromoszómára; vagy a sox9 szabályozórégiója megváltozik), akkor az embrióból az Y kromoszóma hiánya ellenére fiú lesz.

Nagyon ritkán olyan mutációkkal is lehet találkozni, amelyek az SRY jelenlététől függetlenül "XX" férfiakat eredményeznek. Most épp a Nature Genetics-ben került közlésre egy tanulmány, amelyben egy olyan dél-olasz családot vizsgáltak meg, ahol négy ilyen fiú is van. A mutáns gén pedig az R-spondin1 (RSPO1), amely valószínűleg a WNT4-el működik együtt a sox9 expresszió szabályozásában.

A biotechnológiai kutatások egyik Szent Grálja napjainkban a "minimális bakteriális genom" leírása, illetve szintetizálása. Egy ilyen genom csak azokat a géneket foglalná magába, amelyek elengedhetetlenek egy baktárium életben maradásához. Hogy melyek ezek a gének az természetesen önmagában is érdekes kérdés, de a kutatásoknak van egy jelentős anyagi vonzata is: a minimálgenomú baktérium ideális alanya lenne a biotechnológiai módosításoknak. Például új útvonalakat "beletáplálva" képes lehetne szemét lebontásával hidrogént előállítani, amit aztán üzemanyagként lehetne tovább hasznosítani - na persze nem ingyen. Talán nem is véletlen, hogy a nem éppen altruizmusáról híres Craig Venter már évek óta próbálozik egy ilyen genom előállításával.

A fentiek miatt övezi mindig izgalom egy-egy viszonylag kisméretű bakteriális genom megszekvenálását: hátha az új ismeret közelebb visz a mágikus "minimál genom" felismeréséhez. Most éppen egy új rekordert köszönthetünk: a levélbolhák (Psyllidae) egyik endoszimbiontája a Carsonella rudii mindössze 160.000 bázispár hosszúságú genetikai állománnyal rendelkezik, ami mindössze a harmada az eddig ismert legrövidebb genomnak.

A baktérium jelenléte egyébként igen fontos a rovar számára is, hiszen saját diétája híján van jópár fontos aminosavnak és más tápanyagnak, ezeket pedig az "albérletért" cserében a baktérium állítja elő. Ennek megfelelően "megbecsülésnek" is örvend, hiszen a rovar specializált sejteket, ún. bakteriocitákat hoz létre a baci tenyésztésére (a mellékelt ábrán látható egy ilyen: a világoskék sejtmag körül sötétkében sorakoznak a sejtben lakó bakétriumok).

A minimális genom nem nagyon enged pazarlást, nem nagyon van nyoma nem kódoló szakaszoknak a Crasonella genomjában: 97%-a kódoló funkciót tölt be (egész pontosan 182 különböző fehérjét kódol - csak iránymutatóként: az elméleti minimum ma 151 körül van).

Mennyi az annyi, pontosabban mekkora az egyes országok CO2 kibocsájtása. A ForeignPolicy blogja ajánl egy remek kis real-time siteot ennek a vizualizálására.

Ahogy egy-egy szó jelentését is nagymértékben befolyásolja a szövegkörnyezet, úgy az egyes fehérjék "jelentését", funkcióját is nagymértékben befolyásolja, hogy milyen molekuláris milliőbe kerülnek, milyen más fehérjékkel kerülnek kölcsönhatásba.

A BMP fehérjék visszatérő vendégeink, és már korábban többször is szóltam arról, hogy az egyik legkarakterisztikusabb tulajdonságuk, hogy elősegítik a csontnövekedést - pl. a denevérszárny ujjperceinek meghosszabbodását is. De a BMP-knek tucatnyi más feladatuk is van az egyedfejlődés során, s ezek gyakran térben és időben szinte átfednek a korábban már említett feladatokkal (a funkcionális különbség a molekuláris partnerek másságából adódik).

Ennek egészen jó példája a denevérszárnyak esete (hogy témánál maradjunk), ahol az ujjpercek porcosodását és megnyúlását megelőzően a bmp expresszió pont az ujjak közötti szövetekben figyelhető meg, ahol a szóbanforgó sejtek elpusztulását idézi elő. Ezért nem lesz aztán semmilyen hártya az ujjaink között. Mármint nekünk, mert más fajok esetében van erre példa. Pl. a kacsák esetében, ahol elég pontos képünk van arról, hogy miként gátolódik a BMP-függő sejthalál az ujjközti területeken. Egyrészt a BMP jelátvitel egyik effektora, az msx gén nem fejeződik ki az említett régióban (ellentétben pl. a csirkékkel, vagy egerekkel), másrészt pedig megjelenik a gremlin nevű gén terméke, amely egy igen potens BMP anatgonista.

Most néhányan annak eredtek a nyomába, hogy mennyire hasonló okok miatt marad meg a hártya a denevér ujjai között. Mint kiderült, még a konvergens evolúció sem lép kétszer tökéletesen ugyanabba a folyóba: az msx expresszió a denevér embrióban gyakorlatilag megegyezik az egérembrióban megfigyeltekkel (vagyis ez nem lehet az oka az apoptózis elmaradásának). Viszont a gremlin expresszió valóban megjelenik a denevérek mellső végtagkezdeményében. S bár ez már önmagában is elegendő lehetne a sejtpusztulás elmaradásának magyarázatra, a jelek szerint működik még egy párhuzamos mechanizmus is: egy fibroblast growth factor (fgf) gén is elkezd kifejeződni a leendő hártyában, ami szintén a sejthalál gátlásához vezet.

Summa-summarum, a hártyás szárny (vagy éppen láb) nem a semmiből jelent meg az evolúció során; mindig is jelen volt a négylábú gerinces embriók fejlődésének egy adott szakaszában. S amikor az élőlénynek haszna számazhatott abból, ha ez a hártya megmarad, a szelekció révén kialakultak azok a molekuláris "fékek", amelyek meggátolták elhalását.