A szem nélküli, angolnaszerű, nevükhöz méltón nyálkás nyálkahalak nem éppen vonzó kinézetük ellenére a biológusok nagy kedvencei. Az állkapocs nélküli gerincesek most egy jelentős evolúciós rejtély megoldásában segíthetnek a kutatóknak: Mikor kettőződött meg a gerincesek genomja, és mi történt ennek következtében?
A szakértők egy ideje már tudják, hogy az evolúció fontos lépéseként a múltban a különböző növények és állatok többször is duplikálták génkészletüket. Két, egymástól függetlenül dolgozó kutatócsoport a nyálkahal genomjának első szekvenálásával tisztázta két ilyen genomikai fordulat időpontját a gerincesek korai történetében. A szekvenálási eredmények egyrészt segítenek megmagyarázni a nyálkahalak szokatlan biológiáját, másrészt megkérdőjelezik azt a széles körben elterjedt elképzelést, hogy a genom duplikációja minden esetben a fajok diverzifikációjának motorja lenne. A kutatók következtetése szerint a nyálkahalak genomja azt sugallja, hogy a korai gerincesek sokkal összetettebbek voltak, mint eredetileg gondolták.
A nyálkahalak különlegesnek számítanak a gerincesek között. Se szemük, se állkapcsuk nincs, páros uszonyaik vagy lábaik sincsenek, belső vázuk pedig porcos. Evolúciósan az ingolalakúakkal és az állkapocs nélküli gerincesek őseivel, az úgynevezett ciklosztómákkal egy csoportba sorolják őket, és a legkorábbi gerincesek közé tartoznak, amelyek több mint 500 millió évvel ezelőtt alakultak ki.
A kutatók úgy gondolták, hogy genomjuknak a később kialakult gerincesek genomjával való összehasonlítása fényt deríthet a gerincesek történetére. A nyálkahalak genomját azonban nehéz begyűjteni: néhány más fajhoz hasonlóan ezek az állatok fejlődésük során a legtöbb sejtjükből sok kromoszómát kidobnak. A teljes genom beszerzéséhez ezért a kutatócsoportok a halak heréiből igyekeztek izolálni a DNS-t.
Az egyik új kutatásban Juan Pascual-Anaya, a Málagai Egyetem evolúcióbiológusa és kollégái az Eptatretus burgeri egy példányával dolgoztak. Szekvenálták és elemezték a genomját, majd összehasonlították egy ingola korábban szekvenált genomjával, valamint a nyilvános adatbázisokban található másfajta állati DNS-ekkel. A csoport először tavaly tette közzé a nyálkahaj genomját preprintben. Tíz nappal később egy másik kutatócsoport is követte a példájukat az Eptatretus atami genomjának előzetes publikálásával.
Mindkét genom ugyanazt az összetett evolúciós történetet tárta fel. A biológusok már tudták, hogy a genomok legalább kétszer megkettőződtek a gerincesek korai történetében, de számos elmélet született arról, hogy ezek az események mikor történtek. És arról is viták folytak, hogy ez a plusz DNS mennyire játszott fontos szerepet a gerincesek evolúciójában. Minden egyes új genom szekvenálásával gyarapodtak az érvek amellett, hogy az ilyen duplikációk a fajfejlődés mozgatórugói, mivel a duplikációkat nagy diverzitású csoportokban azonosították. A paleontológusok mégis rámutattak arra, hogy a halaknál több millió évbe telt, miután genomjuk megduplázódott, hogy elkezdjenek diverzifikálódni. Ha a duplikáció valóban kritikus volt a fajképződés szempontjából, miért volt ekkora késedelem?
Mindkét kutatócsoport adatai azt mutatják, hogy a gerincesek kulcsfontosságú újításai, mint például a háromrészes agy és a velőcső nevű embrionális sejtcsoport, amelyből az arc csontjai és a kopoltyúnyílások, valamint néhány idegek fejlődnek, a duplikáció első köre után jelentek meg. A legkorábbi gerincesek tehát sokkal összetettebbek lehettek, mint azt a kutatók eddig gondolták.
A DNS bővülésének második köre aztán tovább segíthette a gerincesek diverzifikálódását. Végül a csontos halaknak mintegy 400 családja és 30 ezer faja alakult ki. A ciklosztómák DNS-bővülése azonban úgy tűnik, nem járt hasonló hatással: az ingolák és a nyálkahalak összesen csak mintegy 100 fajjal vannak jelen ebben a csoportban. „Vizsgálatunk azt mutatja, hogy bár a kutatók régóta mondják, hogy a genomduplikációs események hatalmas evolúciós ösztönzést jelentenek, ez nem mindig van így” – mondja Philip Donoghue, a Bristoli Egyetem evolúcióbiológusa, a második genomelemzés egyik kutatója. Vagyis úgy tűnik, hogy a genomduplikációs eseményeknek többféle kimenetele is lehet.
Az újonnan leírt nyálkahalgenomok azt is segítenek megérteni a biológusoknak, hogyan fejlődtek ki ezek a furcsa élőlények. Az állatok például extra génekkel rendelkeznek a nyálkatermeléshez, de elvesztették a szemek, a csontok és különböző hormonok előállításához szükséges génjeiket. Ezek a változások is fontos kérdéseket vetnek fel azzal kapcsolatban, hogy mi befolyásolja a genombővülés kimenetelét, mondják a szakértők.
