A földigiliszták és tengeri rokonaik, a vérférgek nagyon hasonlíthatnak egymásra. Olyannyira így van ez, hogy ha egy horgászboltban kapunk egy doboznyi csaligilisztát, könnyen lehet, hogy nem tudjuk megállapítani, hogy a talajból vagy az iszapos tengerfenékről származnak-e. A génjeik elrendezése alapján azonban aligha gondolnánk, hogy rokonok, állítják egy új vizsgálatsorozat kutatói. Ez azért van így, mert a több százmillió évvel ezelőtt az óceánból előbújó férgek – a Clitellata osztály tagjai – teljesen átszervezték génjeiket, sokukat új helyekre helyezve át a kromoszómák mentén.

„Az eddig vizsgált állatok közül a Clitellatáknak van a leginkább összekuszált genomjuk” – mondja Yi-Jyun Luo, a Sinica Akadémia biodiverzitási kutatóközpontjának evolúcióbiológusa, aki azon három csoport közül az egyik vezetője, amelyek idén egymástól függetlenül jutottak erre a következtetésre a gyűrűsférgek (az összes szegmentált férget magába foglaló törzs) tanulmányozása során.

Instabilitás és lehetőségek

Az, hogy az édesvízi férgek és szárazföldi rokonaik hogyan – és ami még érdekesebb, hogy miért – estek át ilyen fokú genetikai átrendeződéseken, egyelőre rejtély, de vannak arra utaló jelek, hogy ez segíthette a gerincteleneket a tenger elhagyásában. „Egyértelmű összefüggés van mindezen változások és az élőhelyváltás között” – mondja Rosa Fernández, a CSIC-UPF Evolúcióbiológiai Intézet evolúcióbiológusa, az egyik kutatócsoportot vezetője. A szakértők májusban három előzetes publikációban tették közzé eredményeiket, amelyek közül az egyik már a lektori értékelésen is túljutott, és ebben a hónapban jelent meg.

Joana Meier, a Wellcome Sanger Institute evolúcióbiológusa „elképesztőnek és őrületesnek” nevezi az eredményeket. A szakértők régóta hisznek a kromoszóma-stabilitás fontosságában a szaporodás szempontjából, mondja Darrin Schultz, a Bécsi Egyetem biológusa, az egyik preprint társszerzője. Amikor a spermium és a petesejt genomfelei összeérnek, ezeknek a DNS-tömböknek általában egyezniük kell ahhoz, hogy az embrió életképes legyen. „Nagyon meglepő, hogy valami ilyesmi történik ki” – mondja Meier. „Azt gondolnánk, hogy nagyon erős szelekció zajlik ellene.”

Az állati genomszekvenciák korai elemzései alátámasztották ezt az elképzelést, mondja Thomas Lewin, a Luo csoportjának munkáját vezető posztdoktori kutató, a Molecular Biology and Evolution című folyóiratban most megjelent tanulmány első szerzője. A szakértők megfigyelték, hogy a távolabbi rokon állatokban a gének csoportjai együtt maradtak a kromoszómákon: ezt a jelenséget makroszinténiának nevezik, ami nagyjából annyit jelent, hogy „hosszú együttes szalagok”. „Ha megnézzük a szivacsoktól kezdve a korallokon át az gerinchúrosokig bárminek a genomját, sokuknál szinte tökéletesen konzerválódtak ezek a struktúrák” – mondja Lewin.

De a három most vizsgálódó csoport nem ezt látta, amikor új genomelemzési módszereket alkalmaztak földigilisztákra, piócákra és más Clitellata-fajokra. Ezek a férgek olyan mértékben rendezték át genomjukat, hogy a más férgekben és az ősi gerinctelenek számos csoportjában konzisztens „génszalagok” nagyrészt felismerhetetlenné váltak.

– mondja Fernández, aki csapatával ezerszer ismételte meg az elemzést.

Lazuló gének

Fernández csoportjának eredményei azt sugallják, hogy a korai tengeri gyűrűsférgek genomja különösen nyitott lehetett az átrendeződésre olyan leszármazottaik alapján, mint a vérféreg és a kagylóféreg. Ahogy a kutatók megállapították, hogy ezeknek a modern férgeknek a kromoszómái „lazák”, ami lehetővé teszi, hogy a különböző kromoszómákon lévő gének úgy működjenek együtt, hogy egymás mellé csoportosulnak, mint az átfedésbe kerülő spagettiszálak.

A DNS káosza azonban nem egyszerűen átrendezte a géneket, hanem sok gént szét is szakított, köztük olyanokat is, amelyek a genom stabilitásában és a sejtosztódásban játszanak szerepet. Fernández ezt „genomikus katasztrófának” nevezi, ami megkönnyíthette a genomszintű átrendeződéseket azáltal is, hogy gyengítette a sejt azon képességét, hogy a DNS-replikáció során észrevegye és kijavítsa a hibákat. Bár ez felveti a kérdést, hogy az ilyen drasztikus változásokon átmenő állatok egyáltalán hogyan maradtak életben.

A kérdéses ősi Clitellaták azonban nemcsak, hogy túlélték a genomikus katasztrófát: a kutatók feltételezése szerint ez tette lehetővé számukra, hogy új környezeteket hódítsanak meg – először az édesvizet, ami olyan férgeket eredményezett, mint a piócák, majd a szárazföldet, ami a földigilisztákhoz vezetett. Fernández csoportja úgy találta, hogy néhány, a Clitellata-fajokra jellemző gén, amely akkor fejeződik ki, amikor olyan tényezők, mint az oxigén, a sótartalom vagy az ultraibolya fény változása stressznek teszi ki őket, már a evolúciójuk korai szakaszában kialakult, amikor egykor távoli gének darabjai összeragadtak. Ez arra utal, hogy a genetikai káosz segített a férgeknek megbirkózni az új környezet kihívásaival.

***

Lewin és a területen dolgozó más kutatók ugyanakkor arra is rámutatnak, hogy a vizsgálatokból az egyelőre nem derül ki, hogy mi volt előbb: a genomikai átrendeződések vagy az új élőhelyekre való áttelepülés. „Ez egy szép egybeesés, és nagyon szép gondolat, hogy valamilyen módon részt vehetett az alkalmazkodásban. De a mostani három tanulmányunkban erre egyáltalán nincs tényleges bizonyíték. Ez puszta spekuláció” – mondja Lewin.

Mindhárom kutatócsoport úgy tervezi, hogy folytatja a férgek vizsgálatát, hogy kiderüljön, fennáll-e a feltételezett ok-okozati összefüggés. Ami pedig szintén nagyon érdekes, mondja Elizabeth Heath-Heckman, a Michigani Állami Egyetem szimbióziskutatója, Schultz egyik társszerzője, hogy a káosz a férgek genomjában nem csillapodott.

– folytatja a kutató. Ez azt jelenti, hogy az állatok valószínűleg kiváló modellek a genomikus instabilitás mögött meghúzódó mechanizmusok feltárására, valamint arra, hogy hogyan tolerálhatók az ilyen változások.

És bár a Clitellata-fajok kromoszómakáosza lenyűgöző, könnyen lehet, hogy nem egyedülálló jelenségről van szó. Schultz és munkatársai, valamint Luo csoportjának más eredményei azt sugallják, hogy a genomikus architektúra megőrzése talán nem is olyan lényeges, mint korábban feltételezték. Luo szerint a stabilitás inkább a kivétel lehet, nem pedig szabály az állatvilágban.