1. oldal

Az amőbák meglehetősen egyszerű életformák, így nem csoda, hogy a kutatókat meglepte, amikor kiderült, 200-szor akkora genommal rendelkeznek, mint Albert Einstein. Mivel az amőbák mindössze egyetlen sejtből állnak, a szakértők azt feltételezték, hogy genetikai szinten egyszerűbbek az embernél. Ezek az aprócska élőlények ráadásul jóval korábban bukkantak fel az evolúció színpadán, mint fajunk, így mindenki azt várta, hogy a DNS szintjén is primitívebbnek mutatkoznak majd. Látszólag az egésznek nem volt semmi értelme.

Az alapötlet, miszerint a természetben a fejlődés iránya az egyszerűtől az összetett felé halad, a görögökig nyúlik vissza. Ők maguk annyira igaznak vélték ezt az állítást, hogy a természetet fűzisznek nevezték, ami egyúttal növekedést is jelent. Az eredetileg egyetlen organizmus egyedfejlődésére értelmezett elképzelés Charles Darwin fellépése nyomán még szélesebb érvényre tett szert. Darwin azt állította, hogy a ma élő állatok egyetlen közös őstől származnak, és amikor követői felvázolták az élővilág törzsfáját, az evolúciót az egyszerűbbtől az összetettebb felé való változásként fogták fel. Úgy tűnt, hogy minél komplexebb valamilyen szervezet, annál később jelent meg a Földön. A biológusok a Darwin evolúcióelméletének közzétételét követő évszázadban eszközöltek ugyan néhány változtatást abban, hogy szerintük a fejlődési vonalak hogyan is követték egymást, de az alapelképzelés végig ugyanaz maradt: az élővilágban mindig egyszerűbb szervezetek előzik meg a bonyolultabbakat.

A tankönyvek többsége a következőképpen fogalmazza meg az állati evolúció kezdeti lépéseit: néhány egysejtű organizmus 600 millió évvel ezelőtt képessé vált arra, hogy a korábbinál fejlettebb szinten kommunikáljon egymással, és ennek eredményeként szorosabban együttműködő kolóniákat hoztak létre, amelyekből később kifejlődtek a többsejtű állatok. Az emésztőrendszer, agy és differenciált szövetek nélkül élő, tengermélyi szivacsok ezen korai kolóniák kevés változáson átesett leszármazottai. Egyes korai szervezetek aztán különféle szöveteket kezdtek alkotni, vagyis felosztották a feladatokat sejtjeik között, így kialakultak az ideg-, izom- és egyéb sejtek. További fontos állomásokat jelentett a szelvényezett testfelépítés, majd a gerinchúr és a gerincoszlop megjelenése.

Ez a fajta szemlélet tehát nem sokat változott a Darwint követő száz évben. A kutatók ugyanazt a fejlődésmenetet látták az evolúciós fejlődési vonalakban, amit egyetlen élőlény fejlődése során megfigyeltek, és ezt számos paleontológiai bizonyíték is alátámasztotta. A puhatestűek egy kihalt csoportja, az ammoniteszek fosszíliái alapján kimutatták például, hogy ezek váza 108 millió év alatt nyolcszor összetettebb felépítésűvé vált.

Az olcsó és gyors DNS-szekvenálási eljárások elterjedése előtt a kutatók meg voltak győződve arról, hogy a gének további bizonyítékokat szolgáltatnak majd az élet egyre komplexebbé válására. Úgy gondolták, hogy a korai organizmusok kisebb genommal rendelkeztek, ahogy egy hétvégi ház tervei is jóval egyszerűbbek és kevesebb oldalt foglalnak el, mint egy teljes város tervrajza. Ahogy aztán a harmadik évezred elején egyre több egykori és jelenleg is élő állat genomja vált ismertté, világossá vált, hogy az előzetes feltevések egyáltalán nem állják meg a helyüket. Kiderült, hogy ami kívülről nézve egyszerűnek tűnik – például egy amőba −, genetikai szinten egyáltalán nem kevésbé összetett, mint a nála jóval komplikáltabb szervezetek. A DNS-analízisek lassan elkezdték átrajzolni az élet fáját, és egyre világosabbá vált, hogy a szimplicitás és a komplexitás között korábban elképzelt nyíl valójában nem egyenesen halad, hanem sokszor úgy viselkedik, mintha egy forgószél hátán kavarogna a levegőben.

Miután a genomok mérete nem tükrözte az egyszerűbbtől a bonyolultabb felé való fejlődés elméleti irányvonalát, a kutatók felvetették, hogy talán arról lehet szó, hogy nem a bázispárok, hanem a gének, vagyis a genom fehérjekódoló szakaszainak száma a döntő ebben a kérdésben, vagyis ezeket vizsgálva talán kirajzolódhat a várt fejlődési vonal. Egy pár évig úgy tűnt, hogy talán igazuk lehet: az ember nagyjából 22 ezer génnel rendelkezik, a maláriaszúnyog pedig 14 ezerrel.

2. oldal

2007-ben azonban egy nemzetközi kutatócsoport szekvenálta a növényszerűen kinéző, de az állatok közé sorolt virágállatok egyik fajának genomját. Ezek a tengeri élőlények sem izmokkal, sem központi idegrendszerrel nem rendelkeznek, ennek ellenére genomjuk több gént tartalmaz, mint a rovaroké. Ami még érdekesebb, génjeik közt akadnak olyanok is, amelyek az emberi genetikai állományban szintén szerepelnek, a legyek genomjában viszont nem. Tekintve, hogy a virágállatok 560 millió éve, tehát jóval első rovarok előtt alakultak ki (az emberről nem is beszélve), felvetődött annak lehetősége, hogy az állatok genetikai szinten a kezdetek kezdetétől összetettek voltak.

„Amikor fiatalabb voltam, és jóval kevesebbet tudtunk a témáról, úgy hittük, hogy az organizmusok évmilliók alatt tettek szert újabb és újabb génekre, a legkorábbi állatok pedig ennek megfelelően nagyon egyszerű genommal rendelkeztek” – mondja Bill Pearson, a Virginiai Egyetem biológusa, aki az elsők közt dolgozott ki módszereket arra, hogyan lehet a különféle élőlények proteinszekvenciáit összehasonlítani. „Később aztán kiderült, hogy nem egészen ez a helyzet.”

A molekuláris elemzések alaposan átrendezték a törzsfa ágait. A biológusok többé nem a külső hasonlóságok és eltérések alapján állapították meg, hogy két faj milyen közeli rokonságban áll egymással, hanem a DNS-ükben lévő hasonlóságokat, ezen belül a géneket vették alapul a fejlődési vonalak felvázolása során. Az eredmények alapján többek közt kiderült, hogy az evolúció során többször is kifejlődtek összetett testrészek, hogy aztán időnként el is tűnjenek. A szárnyas botsáskák például szárny nélküli ősöktől származnak, amelyek elődei viszont szintén szárnyakkal rendelkeztek. Kiderült, hogy az Acoela rend rendkívül egyszerű testfelépítésű, egyetlen testnyílással rendelkező tagjai egy olyan őstől származnak, amely náluk jóval fejlettebb volt, hiszen elkülönült száj- és végbélnyílással rendelkezett. Mintha az evolúció órája egyszer csak úgy döntött volna, hogy visszafelé kezd járni.

Tavaly aztán újabb eredmények kerültek napvilágra, amelyek a gyökeréig megrázták az állatok törzsfáját. Egy amerikai és norvég tudósokból álló kutatócsoport szekvenálta a bordásmedúzák egyik fajának (Mnemiopsis leidyi) genomját. Az egyszerűnek semmiképp nem nevezhető, primitív idegrendszerrel és differenciált szövetekkel rendelkező tengeri ragadozó génjeinek elemzése alapján felvetődött, hogy az állatok talán jóval korábbról erednek, mint az első szivacsok, amelyek az említett „vívmányok” egyikével sem bírnak.

Ha a bordásmedúzák korábban fejlődtek ki, mint a szivacsok, lehetséges, hogy ez utóbbiak szintén összetettebb felépítésűek voltak, komplexitásukat azonban idővel elvesztették. Az is elképzelhető ugyanakkor, hogy a bordásmedúzák és a szivacsok – és minden állat – közös őse kezdettől rendelkezett azokkal a génekkel, amelyek révén idegrendszert vagy izmokat építhetett volna, de valamiért nem tette ezt, és a szivacsok is ezt az irányt folytatták. A bordásmedúzák viszont aktiválták ezeket a géneket, és minden más fejlődési vonaltól függetlenül tettek szert idegekre és izmokra. Ami a genetikát illeti, megerősíteni látszik ezt a feltételezést, mivel a bordásmedúzák izomfejlődését meghatározó gének egészen egyediek az élővilágban.

Mindkét fenti feltevés esetében elmondható ugyanakkor, hogy ellentmond az egyszerűtől a bonyolultig vezető fejlődési irány elméletének. Az első teória szerint a szivacsok elvesztették korábban meglevő komplex, differenciált szöveteiket, a második értelmében pedig megvolt ugyan bennük a genetikai lehetőség az összetettségre, ezzel azonban mégsem éltek, míg egy primitívebb csoport, a bordásmedúzák kihasználták a genom adta opciókat.

3. oldal

A legérdekesebb a tanulmányban, hogy felveti annak lehetőségét, hogy az olyan összetett részek, mint az idegrendszer, egymástól függetlenül többször is kifejlődhettek az evolúció során. Ezt a biológusok a legutóbbi időkig lehetetlennek hitték. „A hagyományos nézőpont saját magunk idegrendszertől való függésén alapul” – magyarázza Joseph Ryan, a kutatás vezetője. „Abból indulunk ki, hogy az idegrendszer kifejlődése a legjobb dolog volt a világon, így érthetetlen számunkra, miért mondana le róla bármilyen élőlény is.” Hasonlóan felfoghatatlan ugyanakkor az is, hogyan alakulhatott ki az evolúció során többször is ez a komplex rendszer, teszi hozzá Ryan.

A bordásmedúzák tehát a legújabb eredmények alapján átvették a legalsó ág szerepét az állati törzsfán, az evolúció folyamata pedig minden újabb eredménnyel egyre kevésbé tűnik a komplexitás felé masírozásnak. Stephen Jay Gould evolúciós biológus 1996-ban − korát jelentősen megelőzve − nagyon találóan egy részeg tántorgásához hasonlította az evolúció folyamatát. Véleménye szerint az organizmusoknak egyforma esélyük van arra, hogy egyszerűbbé vagy összetettebbé váljanak az évmilliók során, bár az egyszerűsödésnek kétségkívül megvannak a határai, hasonlóan ahhoz, ahogy az út szélén tántorgó részegnek az egyik irányba kanyarodva több sáv áll rendelkezésére, ha viszont rossz felé indul, pár lépés után az árokban találja magát.

Az egyes testrészek és rendszerek egyszerűsödése vagy bonyolultabbá válása mutációk sorának eredménye, így mindenképp érdemes megvizsgálni, hogy valamelyik irány molekuláris szinten preferáltabb-e, mint a másik. Jukka Jernwall, a Helsinki Egyetem kutatója az emlősök fogainak fejlődését vizsgálta ennek kiderítése érdekében. A fosszilis leletek tanúsága szerint a fogak az elmúlt 200 millió év alatt apró, hegyes kis tőrökből dudorokat és barázdákat hordozó komplex formákká alakultak át. „Az emlősök evolúciójának első felében a fogak meglehetősen egyszerű képződmények voltak” – mondja Jernwall. „Aztán hirtelen minden kaotikussá vált.”

Jernwall és kollégái egereken végzett kísérleteik alapján arra jutottak, hogy a fogak alakjának alakulását befolyásoló egyszerűbb mutációk a legtöbb esetben a fog egyszerűsödéséhez vezetnek. Ahhoz, hogy bonyolultabb forma alakuljon ki, egyszerre több ponton kell molekuláris változásokat eszközölni. Ennek alapján úgy tűnik, hogy az komplexitás egyszerűbbé tétele könnyebben valósulhat meg, mint az összetettség tovább fokozása. Amíg a környezet nyomása ezt nem tette szükségessé, a fogak egyszerűek maradtak. A virágos növények megjelenésével azonban a bonyolultabb fogazat evolúciós előnyökkel járt, mivel újfajta táplálékforrást tett elérhetővé, amit az apró, tőrszerű fogakkal nem lehetett megfelelően kiaknázni, mondja Jernvall.

Mindez persze csak a fogak összetettségének fejlődésére vonatkozik, Jernvall és kollégái nem vizsgálták, hogyan változtak az idők során más kulcsfontosságú gerinces vonások, például a csigolyák száma, az intelligencia, vagy a gének mennyisége. Egy organizmus komplexitása rengeteg szempont mentén értelmezhető, és bár a fogak dudorainak száma vagy meszes váz külső rajzolatának összetettsége a könnyebben számszerűsíthető faktorok közé tartozik, egyáltalán nem biztos, hogy ezek alapján célszerű definiálni, hogy mennyire összetett egy élőlény, mondja Dan McShea, a Duke kutatója. Emberként ráadásul hajlamosak vagyunk azon vonásokat meghatározónak titulálni, amelyek fajunk szempontjából fontos szerepet kaptak, folytatja a szakértő. Ha viszont a komplexitást például úgy határoznánk meg, hogy mennyire sikeres túlélő az adott organizmus, a cianobaktériumok kenterbe vernek mindenkit, hiszen 3,5 milliárd éve élnek a Földön, míg a legtöbb emlős fejlődési vonal ezen idő töredéke alatt kihalt. Elképzelhető, hogy egyáltalán nem lehetséges bármiféle haladási irányról beszélni az evolúció kapcsán.

Az a tény, hogy mennyire meglepőnek tűnik számunkra mindez, nagyon sokat elárul az emberi elme működéséről, vagyis arról, hogyan rendszerezzük a világról alkotott tudásunkat. Sokkal kényelmesebb számunkra olyan folyamatokat elképzelni, amelyek esetében egyértelmű előrehaladási irány állapítható meg, és nincsenek hirtelen hátraarcok vagy hosszas megállók. Sean Carroll fizikus szavaival élve „rettenetesen idősoviniszták” vagyunk: szeretjük azt hinni, hogy a múltból a jövőbe vezető út nyílegyenes és kitérők nélküli, és minden folyamatot ennek szellemében igyekszünk értelmezni. Az állatok korai fejlődéséről alkotott elképzelésekben valószínűleg mindennek ellenére sok igazság van, de tudatosítani kell magunkban, hogy az evolúciós folyamatok nem feltétlenül zajlanak úgy, ahogy agyunk számára a leginkább logikusnak tűnik, és igyekezni kell, hogy ennek megfelelően próbáljuk értelmezni az eljövendő kutatási eredményeket.