tg-cbmass-20121025

A kétoldali szimmetriájú állatok (és a jelek szerint nemcsak) minimum két szimmetria tengely mentén oszthatók fel: az egyik a test hosszán végigfutó anterior-posterior (AP) tengely, a másik pedig a hát-has viszonylatban felfedezhető dorso-ventrális (DV) tengely. Az előbbiről már többször írtam a Hox gének kapcsán, most azonban egy kicsit az utóbbival szöszmötölnék.

Míg az AP tengely viszonylag világosan és racionálisan definiálható, addig maga a DV tengely definíciója mindig egy kicsit ad hoc-abb jellegű volt: dorsális oldal mindig a föld felőli (ez általában megegyezik a száj pozíciójával is), a ventrális pedig az ég felőli.

Egy ilyen definíció alapján, azonban - mint az már a 19. századi zoológusoknak is feltűnt - az ízeltlábúak és a gerincesek között egy érdekes ellentét van: előbbieknek dorsális központosított idegrendszere és ventrális szíve van, míg utóbbiaknak éppen fordítva. Ez a megfigyelés ihlette Étienne Geoffroy St. Hilaire híres "inverziós elméletét", amely szerint a gerincesek őse az evolúció során dorsoventrálisan "megfordult", majd a szája ismét a ventrális oldalra került.

Sokáig úgy tűnt, hogy a molekuláris adatok is egyértelműen alátámasztják a francia zoológus korabeli intuícióját. A DV tengelyt molekulárisan a Bone Morphogenetic Protein (BMP) fehérjék és azokak antagonistái (pl. Chordin, Noggin) közötti kölcsönhatás hozza létre. Az egyik csoport a tengely egyik végén kerül expresszióra, a másik pedig a szemben levő oldalon. Az ízeltlábúaknál a BMP-k dorsálisan vannak jelen, míg anatagonistáik ventrálisan, a gerinceseknél pedig éppen fordított a helyzet, szinte álomszerűen igazolva St. Hilaire-t. Ráadásul ezen két molekulacsoport kölcsönhatása egyértelműen fontos az idegrendszer centralizációjában, így hamarosan szinte tényként volt elkönyvelve, hogy a központosított idegrendszer már a gerincesek és ízeltlábúak közös ősében is fellelhető volt.

A dolgok harmóniájába azonban alaposan bezavart a gerincesek egy távoli rokona, egy félgerinchúros, a Saccoglossus kowalevskii. Ennek a féregre emlékeztető állatnak, ugyanis nincs központosított idegrendszere, csak a bőrében elhelyezkedő idegsejt-hálózat, annak ellenére, hogy a fent említett (molekuláris) DV tengely jelen van. Márpedig ez azt jelenti, hogy vagy valamilyen különös okból "elvesztette" a központosítást (de mivel egyébb vonatkozásokban a DV tengely remekül működik, sokak szerint ez kevéssé valószínű), vagy az csak a félgerinchúros-gerinchúros szétválás után alakult ki az utóbbi vonalban.

Első pillantásra úgy is tűnhet, hogy ha beigazolódna, hogy az újszájúak (gerinchúrosok, félgerinchúrosok, tüskésbőrűek) és ősszájúak (ízeltlábúak és különböző férek) őse mégsem rendelkezett központosított idegrendszerrel, az tudománytörténeti érdekességgé degradálja az egész "inverziós hipotézist". De ha jobban meggondoljuk ez nem törvényszerű.

Ugyanis, bár kétségtelen, hogy kényelmes vele magyarázni az idegrendszer különböző elhelyezkedését, utóbbi nem követelménye az inverziós hipotézisnek. Éppen ezért veti fel Chris Lowe legutóbbi cikkében, hogy lehet, előbb az inverzió következett be és csak ezt követte az idegrendszer centralizációja. S hogy az a két távoli állatcsoportban egyaránt a BMP-Chd tengely mentén következett be, az mindössze azért van, mert a már meglévő DV tengely (amely egyébként a maga módján szabályozza, hogy a félgerinchúrosok bőrében hol milyen típusú idegsejtek keletkezzenek) volt a legkézenfekvőbb módja ezen evolúciós újjítás bevezetésének. (Minthogy az ízeltlábú és gerinces idegrendszer a központosodás kérdésén túl elég sokban különbözik is egymástól, ez egyáltalán nem elképzelhetetlen.)

Bárhogy is van, a legnehezebb kérdés továbbra is nyitott marad: mi miatt történt maga az inverzió ...?

Ma is sokat vitatott kérdés, hogy mit éreznek/gondolnak a kómában levő betegek, s hogy egyáltalán éreznek-e valamit. A választ nem teszi könnyebbé, hogy a "kóma" címszó alatt sokfajta különböző súlyosságú tünetegyüttesről beszélhetünk, amelyek az agyi funkciók különböző mértékű hiányára vezethetők vissza.

Legalább is egy esetben azonban úgy tűnik, hogy felfedezhetők a tudat jelei a kóma álarca mögött. A Science-ben egy 23 éves, öt hónapja közúti baleset során kómába eső belga lányt vizsgáltak modern képalkotó eljárásokkal.

Orvosai már korábban felismerték, hogy a beteg agya nem kapcsolt teljesen ki, hiszen különböző részein időnként aktivitást észleltek és az alvás-ébrenlét ciklus is szabályos ütemben zajlik (éppen ezért kb. 20%-os esélyt látnak a gyógyulásra, ami nem elhangyagolható). De a páciens ugyanakkor semmilyen külső jelét nem adta a tudatosságnak, semmilyen reakciót nem lehetett kiváltani belőle. Legalábbis látható reakciót nem. Most azonban azt vizsgálták, hogy milyen agyterületek aktivizálódnak, ha a beteget arra kérik, hogy gondoljon teniszezésre, vagy arra, hogy a lakását végigjárja.

És az aktivitást mutató fMRI kép megdöbbentően hasonló volt, ahhoz amit egészséges emberekben láttak a kontroll kísérletek során. Ez nemcsak azért érdekes, mert ezek szerint a lányt tudata vagy tudatalattija képes volt az utasításokat követni, hanem azért is, mert akár azt is jelentheti, hogy a beteg úgy döntött, közreműködik a kísérletben. Amennyiben ez igaz, akkor azonban az merül fel, hogy miért nem "dönt" úgy, hogy felébred....?

Az emberszabású majmok és az emberek esetében közismert az utánozási hajlandóság (sőt, a jelek szerint mi magunk méginkább hajlamosak vagyunk erre, mint a csimpánzok). Az utódok szüleik modulatainak, mozgás kombinációinak megismétlésével gyakran olyan hasznos képességeket tanulnak el, amelyek később segíthetik boldogulásukat a populáció szociális hálójában, vagy valamilyen más szempontból könnyítik meg az életüket. Sokak szerint ez az utánozó-hajlam az emberi kultúrák kialakulásának elengedhetetlen feltétele volt.

S bár a komplex viselkedések utánzása, valószínűleg valóban leginkább az ember (és néhány esetben az emberszabásúak) doméniuma, több jel mutat arra, hogy az utánzási kézség már a nem emberszabású majmokban is kódolva van.

A PLoS Biology-ban megjelent cikk pár napos makákók esetében mutat ki "majmolási" hajlandóságot, amely azonban két hetes korra megszűnik. Bár a dolog valóban újdonság, nem teljesen váratlan, hiszen, mint arra a PLoS kommentátora is utal, már korábban ismert volt, hogy a nem emberszabású majmok is rendelkeznek ún. "tükör-neuronokkal" (mirror neurons), olyan különleges sejtcsoportokkal, amelyek nemcsak akkor aktivizálódnak, ha az állat egy adott mozgást végez, hanem akkor is, ha egy társát nézi, amint az a szóbanforgó mozgást végzi (kis túlzással olyan mintha az állat elképzelné, hogy ő mozog). S bár szinte kétségtelen, hogy ezeknek a sejteknek fontos szerepük van az utánzási viselkedés során, pontosan még tisztázandó, hogy pontosan mi a funkciójuk.

Ritkán boncolgatott ténynek számít, hogy a nemek a társadalomban fele-fele arányban képviseltetik magukat, pedig érdemes feltenni a kérdést, hogy miért is van ez így? Most nem konkrétan arra gondolok, hogy az X és az Y kromoszómák szegregációja miért olyan amilyen (amely kétségtelenül megadja a mechanisztikus okát annak, hogy az emberek ill. általában az emlősök között miért ez a hímek és nőstények aránya), hanem hogy milyen evolúciós oka van annak, hogy az állatvilágban ez az arány a legelterjedtebb.

Hiszen, mint arról már ejtettem szót, ahány ház annyi szokás: sok fajban teljesen más a nemi determináció mechanizmusa. Van ahol a nemi kromoszómák és autoszómák aránya a mérvadó, máshol pedig viselkedésbeli szabályozás alatt áll a nemek aránya (egyes hártyásszárnyú (Hymenoptera) fajok esetében az anya maga képes adagolni a spermiumokat a petesejtekhez: ha adagol, akkor egy diploid nőstény utód keletkezik, ha pedig nem, akkor egy haploid hím).

Ráadásul (most a fent említett mechanisztikus résztől eltekintve) "józan paraszti ésszel" még csak-csak megracionalizálható, hogy monogám fajok esetében az 1:1 nem-arány miért ideális, de azt hihetné az ember, hogy poligám fajoknál annál jobb minnél több nőstény van, hiszen egyetlen hím sok nőstényt képes megtermékenyíteni. Csakhogy ebben az okfejtésben egy alapvető logikai buktató van: feltételezi, hogy a szelekció a faj szintjén zajlik, márpedig a helyzet nem egészen ez...

A valóságban az élőlények fitnessz maximalizációt folytató túlélőgépek. És itt nem fel-alá ugrálásról van szó, hanem az utódok számáról. Minnél több gyereket és unokát könyvelhet el egy egyed magának, annál sikeresebbnek számít, annál nagyobb a fitnessze, hiszen annál többen hordozzák majd a génjeit. Márpedig a szexuális szaporodást folytató egyedeknél minden esetben egy hím és egy nőstény kell az utódok nemzéséhe. Az unokák számának szempontjából pedig tök mindegy, hogy azok a fiaktól vagy a lányoktól származnak, a lényeg, hogy minnél többen legyenek.

A matematika racionális nyelvére mindezt lefordítva: jelöljük az unokák számát U-val, a fiakét F-el, a lányokét pedig L-el. Ebben az esetben a lányok átlagos reprodukciós sikere nem más mint U/L, a fiaké pedig U/F. Könnyen belátható, hogy ha több lány van egy populációban mint fiú (L>U), akkor jobban megéri fiú utódokat szülni, hiszen azok reprodukciós sikere nagyobb lesz mint a lányoké (U/L<U/F). Ez persze vice versa is igaz, ezért aztán előbb utóbb kialakul egy egyensúlyi állapot, ahol L=F (és U/L=U/F). Ez az elegáns levezetés Carl Düsing, 19. századi német biológus és Sir Ronald Fisher, angol evolúcióbiológus nevéhez kapcsolódik, ezért Düsing-Fisher modelként ismert.

Zoológiában járatos olvasóim ezen a ponton rámpiríthatnának, hogy azért akad egy-két faj a valóságban ahol nem 1:1 a nemek aránya, azokra nyilván nem lehet igaz ez a model. Ebben a formában valóban nem, de a logikája működik és minimális módosítással egy univerzálisabb képlethez jutunk. A fenti levezetés Achilles-ina az a feltételezés, hogy ugyanakkora ráfordításba kerül egy fiút és egy lánt létrehozni. Márpedig ez a természetben nincs mindig így. Például egyes méhek esetében az öreg királynő maga áll tovább új otthont létesíteni amikor lánya születik, s az utóbbi az aki átveszi az egész raj irányítását. Azaz az anya számára sokkal többe kerül egy lány, mint egy fiú: ennek megfelelően minden egyes lányutódra több száz fiúutód jut. Ha ezt a ráfordítást bevezetjük a fenti képletbe (R_F jelöli a fiak esetében a ráfordítást, R_L pedig a lányok esetében ugyanazt), akkor a következő univerzálisabb egyenlethez jutunk: U/(R_L*L)=U/(R_F*F).

Mi történik azonban akkor, ha (ó, irgalmak atyja ne hagyj el) az utódok csak egymás között párosodnak, mint néhány parazita darázsfaj esetén. Nos ez esetben már érvényes a poligám fajok esetén feljebb belengetett logika, hiszen az unokák számát egyértelműen a több lány - kevesebb fiú felállás maximalizálja. Azonban a Düsing-Fisher model árnya itt is kísért: ha ugyanarra a kis helyre több parazita darázsnőstény is pályázik, akkor kevésbé lesz a nemek arány torzulva (s minnél több nőstén petézik oda, annál inkább közelít az 1:1-hez). Ez nem is meglepő, hiszen egyre nő az esélye annak, hogy a fiak más nőstények lányaival tölthetnek egy röpke pásztorórát, ami pedig nem előnytelen az anya fitnessze szempontjából.

Minden élőlény genomja önmagában is izgalmas, hiszen bizonyos szempontból kódolja az illető faj egész történetét - bár kétségtelen, hogy ennek a történetnek a dekódolásához és megértéséhez sok más genomot is ismernünk kell. Az egysejtű eukarióták genetikai anyaga arról is mesél, hogy milyen lehetett az ősi eukarióták genomja, még a többsejtűség kialakulása előtt.

Most épp a Tetrahymena thermophila nevű csillós egysejtű genomja került sorra, és ez is tartogatott néhány meglepetést.

A T. thermophila abban különleges (a többsejtű eukariótákhoz hasonlítva mindenképpen), hogy egyszerre két sejtmagja is van: az egyik az ún. micronucleus, amiben a DNS feltekert állapotban van (öt kromoszomát hoz létre) - ez játszik majd szerepet a szaporodás során. A másik pedig a macronucleus, amiben a DNS sokkal lazább konformációban van, ugyanis itt zajlanak a sejt szempontjából létfontosságú RNS transzkripciós folyamatok. A macronucleus közel 200 (!) kromoszómát tartalmaz, amelyek a micronucleus öt kromoszómájából jönnek létre, úgy, hogy azok feldarabolódnak és a darabok pedig lemásolják magukat.

A különleges szerkezetű genomhoz kódolásbeli csemegék is tartoznak, hiszen a Tetrahymena a jelek szerint a három STOP kodonjából (más fajokban a gén kódoló részének végét jelző DNS tripletből) kettő glutamint kódol, a harmadik pedig időnként szelenociszteint (ezáltal ez az első olyan ismert faj, ahol mind a 64 triplet kombináció képes aminosavat kódolni). Emellett a micronucleus-macronucleus átmenet a jelek szerint nem kedvez a repetitív DNS elterjedésének, hiszen a genom mindössze 2%-a áll ilyesmiből (szemben az emberi genom több mint felével).

A legérdekesebb azonban kétségtelen a kódolt gének száma: ezt 27.000-re teszik, azaz alig kevesebbre, mint amit a humán genomra jósolnak (kb 33.000). Ez pedig további súlyt ad annak a nézetnek, amely a csalánozók és tengeri férgek genomjának szekvenálásakor már felmerült, miszerint az eukarióták egysejtű őse már egy meglehetősen sok gént kódoló genommal rendelkezett és az evolúció során leginkább ezen gének szabályozása vált egyre összetettebbé.

(A hírre Nyenyec kartács hívta fel a figyelmemet, köszönet érte.)