1. oldal
Az élővilágban számtalan nyom utalaz élőlények közös eredetére. Ezek bizonyos esetekben egészen nyilvánvalóak, máskor viszont éppen a különbségek mélyére pillantva fedezhetjük fel őket. A különböző fajokban fellelhető strukturális és egyéb hasonlóságokat homológiának nevezi a szaknyelv. A fogalmat Richard Owen brit anatómus vezette be 1843-ban, 16 esztendővel Charles Darwin A fajok eredete című művének első megjelenése előtt. Owen a homológia alatt olyan testrészeket értett, amelyek az eltérő állatokban más formában bukkannak fel és működésük sem feltétlenül egyforma, szerkezetük mégis rendkívül hasonló.
Az emberi kar, a delfin uszonya és a denevér szárnya például első pillantásra rendkívül eltérő, ha azonban megvizsgáljuk a csontok elrendeződését, számos hasonlóságot fedezhetünk fel köztük. Egyetlen hosszú csonthoz egy ízületen keresztül két másik hosszú csont kapcsolódik, amelyek egy csomó kisebb csont közbeiktatásával öt ujjban végződnek. Bár az egyes csontok külön-külön nagyon eltérnek a három fajban, elrendeződésük meglepően egyforma, függetlenül attól, hogy az élőlény úszásra, repülésre vagy fogásra használja az leírt végtagot.
Darwin úgy vélte, hogy a homológia az evolúció eredménye. Az emberek, a delfinek, a denevérek és a többi emlős közös őse hasonló csontrendszerű mellső végtagokkal rendelkezett, amelyek aztán az egyes fajok kifejlődésekor eltérően módosultak. Az elmúlt 150 évben a paleontológusok egy halom olyan fosszíliát ástak elő, amelyek tanúsítják, hogyan alakult át az első emlősök picinyke mancsa a legkülönbözőbb ma látható végtagokká.
Darwin azonban nemcsak az emlősök evolúciójára koncentrált, hanem az egész élővilág közös eredetét hangsúlyozta. Ez saját korában azért volt problémás, mert a 19. századi anatómusok számára komoly gondot okozott, hogy a távolabbi fajok közt hasonló szerkezeti elemeket fedezzenek fel, alátámasztva ezzel Darwin állításait. Pedig mint azóta kiderült, a homológia számtalan helyen fellelhető, csak megfelelő módon kell keresni.
Detlev Arendt, az Európai Molekuláris Biológiai Laboratórium kutatója és kollégái nemrégiben pontosan egy ilyen evolúciós nyomot fedeztek fel egy viszonylag ritkán vizsgált testrész, a gerinchúrtanulmányozása közben. A rugalmas, pálcaszerű szerv minden gerincesben megjelenik az embrionális fejlődés egy szakaszában. Ahogy aztán megkezdődik a csontos gerinc kifejlődése, a gerinchúr fokozatosan átalakul, és a megszülető egyedben már csak a csigolyák közti porckorongok őrzik emlékét. Ezek később aztán sok bosszúságot okozhatnak, ha esetleg elmozdulnak a helyükről.
Mint már említettük, a gerinchúr minden gerinces állatban megjelenik az egyedfejlődés korai szakaszában, a gerinchúrosoknak azonban akad két altörzse, amelyekben a rugalmas szerv az élet későbbi részében is megőrződik. Az előgerinchúrosok és a fejgerinchúrosok felnőtt korukban sem rendelkeznek csontos gerinccel, hanem életük végéig az embrionális korban kialakult tengelyvázra támaszkodnak testük megszilárdításában.
Ami a gerincesek evolúcióját illeti, jelenlegi ismereteink szerint az altörzs legkorábbi képviselői a mai lándzsahalakhoz hasonló fejgerinchúrosokból fejlődhettek ki. A gerinchúrnak máig nagyon fontos szerepe van az egyedfejlődésben. Bár a felnőtt test megtámasztását átvették a csontos részek, a gerinchúr adja ki azon kémiai jeleket, amelyek hatására embrionális korban idegek, véredények és más szövetek fejlődnek a környező sejtekből.
Arendt és kollégái arra voltak kíváncsiak, hogyan és miből fejlődhetett ki a gerinchúr. A polipoknak nincs hasonló szervük, ahogy a rákoknak, a csótányoknak és a pókoknak sem. Felmerülhet tehát a kérdés, hogy vajon mi lehetett a gerinchúr előzménye. Egy olyan szervről van szó, amely a gerinchúrosokkal együtt jelent meg az evolúció színpadán, vagy ha a dolgok mélyére nézünk, megtaláljuk, miből alakulhatott ki?
2. oldal
A szakértők a rejtély megfejtése érdekében a gerinchúr sejtjeinek génállományát kezdték vizsgálni. Mint kiderült, a fejlődő gerinces embriókban ezen sejtekben a gének egy egészen különleges kombinációja munkálkodik. A kutatók ezt követően elkezdték keresni, hogy az élővilág más képviselőiben is felbukkan-e a gerinchúr sejtjeire jellemző génkifejeződési minta.
A vizsgálatot egy olyan állatcsoporttal kezdték, amelynek fejlődése jóval a gerinchúr megjelenése előtt különvált a gerincesekétől. A gyűrűsférgek testében első pillantásra semmi olyan nincs, ami hasonlítana a gerinchúrra, a látszat azonban megtévesztő. Arendt és kollégái speciális címkéket készítettek a gerinchúr sejtjeiben működő génekhez, majd ezeket bejuttatták a gyűrűsférgek egyik tengerben élő csoportjának lárváiba. A lárvák a szakértők meglepetésére testük egy részén világítani kezdtek.
A gerinchúrban található sejtekhez hasonló génaktivitást mutató sejtek a lárvákban egy jól látható csíkba rendeződtek. Ahogy a lárvák fejlődése előre haladt, a csík sejtjeiből egy hosszanti, az egész testen végighúzódó izomköteg alakult ki. Az is kiderült, hogy az izom létfontosságú a felnőtt férgek számára, ennek hiányában ugyanis az állatok nem képesek úszni. Arendt és társai az izomköteg felfedezését követően más gerinchúr nélküli állatokat is vizsgálni kezdtek, és több gerinctelen élőlényben is találtak a testen végighúzódó, hasonló génműködésű sejtekből álló izomkötegeket.
A jellegzetes hosszanti izmot felfedezői a gerinchúr angol elnevezésének (notochord, jelentése háthúr) mintájára axochordnak keresztelték el, ami tengelyhúrt jelent. A felfedezés feltárja a két testrész közti homológiát, ennél ugyanakkor sokkal többet is tesz: segít visszatekinteni a múltba. A gyűrűsférgek és az ember egyazon közös ős, egy kétoldali szimmetriájú állat leszármazottai. A ma élő állatvilág jelentős részét magába foglaló Bilateria csoport felbukkanására nagyjából 700 millió évvel ezelőtt került sor. Ez az esemény az evolúció egyik kulcsfontosságú lépésének bizonyult, hiszen a legkülönbözőbb testformájú állatok hihetetlen sokféleségének nyitott utat, amelyek gyökeresen átformálták az óceánokat és a légkört.
Az evolúciós biológusok rendkívüli módon kíváncsiak arra, hogyan nézhettek ki az első kétoldali szimmetriájú állatok, hiszen ennek révén talán könnyebb lenne megérteni, hogyan alakulhatott ki belőlük ennyire sokféle faj. A biológia történetének egyik legnagyobb meglepetése volt, amikor bebizonyosodott, hogy a Bilateriacsoport tagjai a gének szintjén rendkívül hasonlóak egymáshoz. A légy és az ember szeme például ugyan mind működésében, mind felépítésében jelentősen eltér, mégis mindkettő kifejlődését ugyanaz a génegyüttes irányítja.
Az ilyen közös vonások segíthetnek annak megfejtésében, hogy milyenek is lehettek a Bilateria csoport első képviselői. Elképzelhető, hogy fejjel, farokrésszel, aggyal és valamiféle látószervvel is rendelkeztek már, sőt, a legújabb eredmények azt sugallják, hogy a gerinchúr korai, még izomból álló elődje is meglehetett bennük. Ezen állatok egyes leszármazottaiban aztán a testen végighúzódó, úszást segítő izom lassacskán valami egészen mássá alakult át, a gerinchúr, majd a gerincoszlop pedig kulcsszerepet játszott abban, hogy őseink elhagyták vizes élőhelyüket, és a szárazföldön vertek tanyát.
Arendt kutatócsoportjának elmélete szerint mindez úgy történhetett, hogy néhány millió év alatt egyes állatokban megváltoztak a gerinchúr elődjét felépítő sejtek kémiai jelzései, és a testen végignyúló oszlop izomszövet helyett egyre szilárdabbá, porccá és csonttá vált. Ehhez nem is kellettek óriási változások, hiszen az embrionális őssejtek kis variációkkal nagyon eltérő sejtekké fejlődhetnek. Hogy ez mennyire igaz, arra példaként elég annyit megjegyezni, hogy napjainkban is létezik egy ritka genetikai kórkép, amelynek eredményeként az izomszövet porccá alakul, majd elcsontosodik: a FOPnevű betegség egyetlen aprócska mutáció eredménye.
