tg-cbmass-20121025

Egy-egy bálnacsontvázzal szembesülve az átlagember első (és gyakran egyetlen) gondolata, hogy "hát igen, ez valóban bazi nagy". Azonban a fizikai nagyság el- és felismerése mellett gyakran hajlamosak vagyunk elsuhanni az apróbb részletek mellett (persze néha kontár preparátorok is segítenek ebben).

Éppen egy masszív csontváz kapcsán beszélni "apró" részletekről, furcsának tűnhet (és valóban, minden relatív), de ez esetben mégsem inadekvát. Arról a két kisméretű csontról lesz itt ugyanis (javarészben) szó, amelyek a test két oldalán, a gerincoszlop alatt helyezkednek el a bálna hasában.

A két csont annyira jelentéktelennnek tűnik, hogy kevésbé figyelmes szemlélők gyakran észre sem veszik őket (és nota bene, a bálna mindennapjai szempontjából tényleg nem is bírnak jelentőséggel), pedig evolúciós szempontból egyáltalán nem érdektelenek: arról a korról tanúskodnak, amikor a mai bálnák ősei a szárazföldön jártak. A két csont ugyanis a bálnák medenceövének és hátsó végtagjának a maradéka.

A cetek különösen jól alkalmazkodtak a vízi élethez, hiszen azon kevés emlősfaj közé tartoznak, amelyek képesek egész életüket a vízben leélni: itt táplálkoznak, párzanak, sőt itt hozzák világra utódaikat is. Kevés kétség fér ahhoz is, hogy a bálnák és delfinek testalkata hidrodinamikailag szinte tökéletes, olyan mintha erre az életformára "teremtettek" volna.

Persze "teremtő aktusról" nincs (és nem is volt) szó, de a cetek különlegessége az emlősök között sokáig komoly fejfájást okozott Darwinnak és remek támadó felületet kínált a kreacionista mozgalmaknak az evolúcióval szemben. Az elmúlt évtizedben aztán minden megváltozott. Számos olyan fosszília került napvilágra, amelyek segítségével egyre finomabb képet kaptunk arról, miként is szánta rá magát az emlősök egy csoportja, hogy áttérjen a vízi életre. S bár nyilvánvalóvá vált, hogy Drawin megérzése, miszerint a cetek egy medveszerű ragadozó őstől számaznak pontatlan, mégsem tévedett nagyot. A történet valóban egy ragadozóval kezdődik, egy patás ragadozóval.

Ez a ragadozó, a mára már kihalt, tartozó Mesonychia csoportba tartozott. Egy farkas alkatú és méretű páros-ujjú patások volt, amelynek jellegzetes fogazata sokban hasonlított a mai ragadozó cetek fogaihoz.

A legősibb szárazföldi "cet" a Pakicetus, amely cirka 50 millió éve örvendeztette meg jelenlétével a környezetét, és a maradványai alapján mindenapi zsákmányát a folyókban halászva szerezte. Őt követi a sorban az Ambulocetus, amely már inkább egy emlősbe oltott krokodilként írható le: állkapcsa megnyúlt és hosszú farka volt, amelyet (feltehetőleg) előszeretettel használt az úszás során.

Ezután ahogy közeledünk korban napjainkhoz, úgy válnak a fosszíliák is egyre delfin- és bálnaszerűbbé. Egyre izomsabb farokúszójuk van, de ugyanakkor még mindegyiken jól felismerhető a hátsó végtag (bár fokozatosan csökken a mérete). Éppen ezért a legtöbb kutató azt valószínűsiti, hogy akárcsak ma a fókák és rozmárok, a Gaviocetus és rokonai még ki-kijöttek a szárazföldre, de ott egyre sutábban mozogtak. A sorozat a Basilosaurusnál látszik megszakadni, ahol már csak egészen elsatnyult hátsó végtaggal találkozunk - ennek már csak a párzásban lehetett szerepe.

(A vízi életmódhoz történő alkalmazkodás során a változás persze nem csak a hátsó végtagra korlátozódott. Jól nyomon követhető a fogazat átalakulása, a légzőnyílás "vándorlása" az állkapocs elejétől a koponya középső részére, vagy éppen a középfül átalakulása. Utóbbi különösen fontos lehetett, hiszen főleg rossz látótávolság esetén a vízben megnő a hallás jelentősége (még echolokáció hijján is), de a "hagyományos" szárazföldi életmódhoz alkalmazkodott emlős hallókészülék felkészületlen a vízben történő tájékozódásra. A külső hallójárat jelentősége elvesztődik, mivel a vízben terjedő hanghullám "berezgeti" az egész koponyát, ez pedig megnehezíti a hang irányának meghatározását. Ezért a cetek hallókészüléke egy párnázott üregben helyezkedik el, ahova az állkapocs körül elhelyezkedő különleges zsírpárna vezeti a hangot.)

Egy fejlődésbiológus számára persze a legizgalmasabb kérdés, hogy milyen molekuláris és genetikai okokra vezethető vissza a hátsó végtag elvesztése? Mivel sem bálna-, sem delfin embriókkal nem egyszerű dolgozni, a kérdés megválaszolása sokáig váratott magára, de idén tavasszal született egy magyarázat.

(Mivel lusta vagyok az alapoktól elindulni ;-), a következő bekezdés tartalmának kisilabizálásához meleg ajánlom a végtagfejlődéses post (újra)olvasását.)

A bálna fosszíliák felkutatásában is jeleskedő Hans Thewissen csoportja pettyes delfinek fejlődő embrióiban kezdte vizsgálni, hogy mely pontjain ment gallyra a végtagfejlődés mechanizmusa.

Az már régóta ismert volt, hogy a cetek embrionális fejlődése során megjelennek a hátsó végtagbimbók is, ám ahelyett hogy teljes értékű lábat hoznának létre egy idő után elsorvadnak. Az említett kísérletsorozat során kiderült, hogy ez egyebek mellett azzal magyarázható, hogy a végtagbimbó legfőbb "szervező központjaként" működő apikális ektodermális redő (AER) csak időleges alakul ki, egy idő után eltűnik. További érdekesség, hogy a végtag polaritásának kialkulásában kulcsfontosságú ZPA sem jön létre. Ez utóbbi persze lehetne azzal is magyarázható, hogy amiután az AER már nem alakult ki, a későbbi hátsó végtagfejlődési folyamatokban zavartalanul felhalmozódhattak a mutációk, de ha a fosszíliákat is megnézzük, akkor más következtetésre jutunk.

Sokkal valószínűbb ugyanis, hogy a ZPA hatómolekulájaként működő Sonic-hedgehog koncentrációjának lassú csökkenése okozta a hátsó végtag elsatnyulását az évmilliók során. Majd, amikor a hátsó végtag jelentősége teljesen elvesztődött bekövetkezhetett az AER funkcióvesztése is.

Mint minden evodevos cikkben, itt is fontos hangsúlyozni, hogy a változások/mutációk nem elsősorban a gének fehérje kódoló régióiban történtek, hanem a gének expresszióját szabályozó DNS szekvenciákban. (Mivel ezek a gének rengeteg más fejlődési folyamatban is kiemelten fontosak, ez érthető is.) Ez viszont egyszerűbbé teszi, hogy időnként "visszafordíthatóvá" váljon a változás, és olyan bálnák szülessenek, amelyeknek jól látható lába van. Az ilyen rég "elfelejtett" fejlődési mechanizmusok újraéledése vezet az atavizmusok kialakulásához.

Bővebben:
Talk.Origins: The Origin of Whales and the Power of Independent Evidence
Thewissen labor | Edward Babinski honlapja
Carl Zimmer: At the Water's Edge

Előzmények:
„Kígyónak lábsó...” - Csökevény szervek 1. | Kilóg a kígyóláb
"... madaraknak fogsor" - Csökevény szervek 2. | Re: "...madaraknak fogsor"

Az öregedés két elkerülhetetlen velejárója a szellemi képességek hanyatlása, illetve a daganatos betegségek kialakulási gyakoriságának növekedése. Az évek folyamán ugyanis egyre nagyobb az esélye annak, hogy a szervezet valamelyik sejtje összeszed olyan mutációkat, melyek következtében letér az "egyenes útról" és ellenőrizhetetlenül osztódni kezdve daganatot hoz létre.

Természetesen "önző géneink" érdeke, hogy azért ez a dagantkialakulás csak egy olyan életfázisban jöhessen létre, amikor az egyén már túl van a szaporodáson, s ennek megfelelen a szervezet kialakította a maga védekező mechanizmusait, amelyek igyekszenek kordában tartani a folyamatosan osztódásra vágyó sejteket. Az egyik ilyen mechanizmus a p16^INK4a gén expressziójának felerősítése az idő múlásával.

Az olyan egerek, amelyek az említett gén mutáns formáját hordozzák, lényegesen rosszabb várható élettartammal rendelkeznek, mint hordozó vagy nem mutáns társaik. Igen ám, de a sejtosztódás meggátolása azzal a "mellékhatással" is jár, hogy a test különböző őssejtpopulációi (pl. az agyban vagy a hasnyálmirigyben levők), amelyek osztódása egyébként valóban fontos lenne, hogy új sejteket hozzanak létre, szintén gátlás alá kerülnek. Így aztán, bár a rák kialakulásának kockázata lecsökken, egyszersmind szerveink regenerálódási potenciálja is eltűnik.

Felszállt a füst: az idei orvosi Nobel díjat a svéd akadémia Andrew Z. Fire -nak és Craig C. Mello-nak adta, az RNS-interferencia (RNAi) felfedezéséért.

És, hogy azmegmiafene, egy korábbi postból:

"Az RNS-interferencia (RNAi) [...] egy pár éve felfedezett jelenség, egy univerzális szabályozó mechanizmus, amely azon alapul, hogy egy bizonyos protein (Dicer) felismeri a kettős szálú RNS spirált és azt lebontva egy önkatalizáló folyamatot indít el. Ugyanis a duplex lebontásával keletkező kis kétszálú RNS darabok (siRNA) egy másik fehérjéhez (Slicer) kapcsolódva egyszálúvá alakulnak, egy RNAi silencing complex-t (RISC) hozva létre. A RISC képes felismerni a kis RNS darabbal komplementer mRNS molekulákat és azokhoz kötődve katalizálni lebontásukat. Ráadásul ez az epigenetikus változás bizonyítottan öröklődő."

Update:

A kémiai Nobel díjat pedig (lassan szinte hagyományos módon) biokémiai kutatás kapta: Roger Kornberg az eukarióta transzkripciós apparátus molekuláris leírásáért. (Konyhanyelvebben: milyen fehérjék és miképpen kapcsolódnak ahhoz, hogy az eukariótákban egy-egy gén átíródjon.)

(Érdekesség-csemege: Kornbergnek már az apja is Nobel díjat nyert 1959-ben a DNS és az RNS szintézis megvalósításáért. Nem is tudom, hogy a Curie családon kívül van-e más példa ilyen "díjhalmozásra". :-))

Dolly, az első klónozott emlős születése óta már számottevő vízmennyiség vonult le a világ nagyobb folyóin és a birkákon túl sok más faj is klónozásra került, egy dolog azonban nem sokat változott: az emlős klónozáshoz használt technikához logikája.

Emlősöket az ún. szomatikus sejtmagtranszfer (somatic cell nuclear transfer - SCNT) eljárással klónoznak, ami leegyszerűsítve annyit tesz, hogy egy testi (azaz szomatikus) sejtből kiveszik a sejtmagot, s azt egy megtermékenyítetlen petesejtbe juttatják be (amelyből előzőleg kiveszik a benne levő haploid genomot). Az így létrejövő (diploid) sejtet aztán egy kisebb áramütéssel "veszik rá" az osztódásra.

Ez elég egyszerűen hangzik, mégis a klónozás hatásfoka elég kicsinek bizonyult. Ugyanis a testi sejtek már "elkötelezettek", vagyis különböző epigenetikai (a DNS bázissorendjét nem érintő) jeleket hordoznak (pl. metiláció), amelyek a differenciálódásuk során kerülnek beléjük, s amelyek biztosítják, hogy a sejtmagban az adott "sejtsorsra" jellemző gének íródjanak át. Ahhoz, hogy egy ilyen szomatikus sejtmag segítségével életképes klón jöjjön létre, arra van szükség, hogy "átprogramozódjon", vagyis úgy viselkedjen mint egy valóban frissen megtermékenyített petesejt.

Mivel egy-egy sejtvonal differenciálódása során egyre több és több epigenetikai információ kerül a genomba, a "józan paraszti ész" eddig azt diktálta, hogy minnél kevésbé differenciálódott sejtekkel próbálkozzanak klónozás során (hiszen elvileg annál könnyebb az "újraprogramozás"). A logika annyiban működött, hogy embrionális őssejteket használva egészen jó hatásfokot sikerült elérni. Ez azonban nyilván különbözik a klasszikus klónozástól, hiszen egy mindössze néhány sejtes embriót használnak fel (ahol a sejtek többsége még nem igazán köteleződött el semerre) s nem egy kifejlett egyed valamelyik sejtjét. Utóbbiak esetében a hatásfok néhány százalék maradt, pedig igyekeztek a legelkötelezetlenebbnek tartott felnőtt őssejteket (adult stem cell) használni az eljárás során.

A Nature Genetics-ben megjelenő tanulmány szerint a rossz hatásfok oka az, hogy a "józan paraszti ész" ez esetben bedobta a törülközőt. A felnőtt őssejtek nem hogy nem pont olyanok mint az embrionálisak (legalább is a klónozhatóság szempontjából), de még valamiért kifejezetten klónozás-ellenesek is. A vérsejt differenciálódás különböző stádiumaiban levő sejtek klónozási potenciálját vizslantva a szerzők arra jutottak, hogy érdekes (és abszolút nem várt) módon minnél inkább elkötelezett egy sejt, annál jobban klónozható. Míg hematopoetikus őssejteket (HSC) használva max. 8%-os sikerig lehetett eljutni, addig a kifejlett granulocitákkal (egy fehérvérsejt típus) ez az arány 35%-ot (!!) ért el. 

A "miért"-re egyelőre nincs pontos válasz, de egy magyarázat az lehet, hogy a felnőtt őssejtekben olyan gének íródhatnak át, amelyek segítik ugyan az őssejtet saját feladatainak teljesítésében, de kifejezetten megnehezítik az "újraprogramozását" klónozás esetén. A jó (és aktuális) kérdés ez esetben, hogy melyek lehetnek ezek a gének...? 

Húsevő vegák. Lehet, hogy hamarosan ez a ma még oximoronnak tetsző kifejezés köszönt vissza az újságok lapjairól. A biotechnológia fejlődésével ugyanis nemcsak arra nyílik lehetőség, hogy szervátültetésekhez "termeljünk" őssejtek segítségével labor edényekben szerveket, hanem arra is, hogy vaskos izomkötegeket (kvázi színhúst) hozzunk létre.

Bár az eljárás még nem teljesen kiforrott, vannak bíztató jelek, hogy néhány év múlva akár már a boltokban is találkozhatunk olyan felsállal, melynek a (genetikai) gazdája még valahol vígan legel. Így aztán túl lehet lépni a vegetariánus tábor nagy részének etikai dilemmáján (értsd: nem eszünk olyasmit, ami miatt le kell vágni aranyos bocikákat), hiszen megfelelő marha- (sertés, juh, csirke, stb.) őssejtvonalak izolálása után, fermentorokban állítható elő ipari mennyiségben a bélszín, mell és tarja.

S bár ettől még valószínűleg továbbra is megmarad a "háztáji" húsok (ínyenc ill. biotechnológiától idegenkedő) piaca, de az új technológiával talán könnyebben elkerülhetőek lesznek a fertőzések, megszűnnek a durván túlzsúfolt, ipari tenyésztésre berendezkedett állatfarmok, és akár arra is lehetőségünk nyílhat egy nap, hogy olcsón és bűntudat nélkül fogyasszunk koala hátszínt, orrszarvú csülköt vagy éppen jegesmedve talpat.