KÉMCSŐNYI ÖKOSZISZTÉMÁK

Laborkörülmények között az RNS-molekulákból apró „életközösségek” fejlődhetnek ki, amelyekben gazdák és paraziták versengenek, illetve működnek együtt egymással.
Jools _
Jools _
2022. máj. 22. 10:46
Kémcsőnyi ökoszisztémák

A meglepően komplex és kooperatív ökoszisztémákat egy japán kutatócsoport hozta létre egy hosszú kísérlet keretében, amelynek eredményei nagyon fontos dolgokat tárhatnak fel az élet kialakulásával kapcsolatban. A kutatás során a replikálódásra képes RNS-ek több száz óra alatt öt különböző molekuláris „fajjá” fejlődtek, amelyek gazdákként, illetve parazitákként éltek együtt, kooperálva, illetve versengve az erőforrásokért, mondja Mizucsi Rio, az eredményekről beszámoló tanulmány vezető szerzője, a Tokiói Egyetem kutatója.

A kísérlet, amely az elmúlt évek során több korábbi elméleti felvetést is megerősített, igazolta, hogy a másolódásra képes molekulák spontán komplexitásra tehetnek szert, és közben az evolúció darwini modelljét követik, ami kritikus lépés lehetett az élet kialakulása során is, vélik a szakértők.

„Erre közvetlen bizonyítékunk van, a saját szemünkkel láttuk, ahogy megtörténik”

– mondja Mizucsi.

A kutatás a független szakértők szerint is óriási jelentőségű, hiszen feltár egy nagyon fontos lépést, amely az élet kialakulásának egyik kezdeti lépése lehetett. Ha ezt a lépést úgy képzeljük el, ahogy a kísérlet megmutatja, onnantól sokkal világosabbnak tűnik a folytatás, mondja Sijbren Otto, a Gröningeni Egyetem kutatója, aki nem vett részt a japán vizsgálatban.

Spiegelman szörnyei

Az új kísérlet gyökerei az 1960-as évekbe nyúlnak vissza, amikor Sol Spiegelman molekuláris biológus „apró szörnyeket” hozott létre laborjában. Ezek a szörnyek a megtévesztő elnevezés ellenére nem valódi, bizarr kinézetű, netán ijesztő lények voltak, és nem is voltak életben. Helyette szintetikus molekulákról van szó, amelyek képesek voltak replikálódni, azaz lemásolni magukat a kémcsőben.

Spiegelman alapszörnye egy vírusgenomon alapuló, mutációra képes RNS-szál volt, amely a végtelenségig képes volt replikálódni, ha melegítették és a szükséges nukleotidok, illetve egy replikáz nevű polimerizáló enzim a rendelkezésre állt.

A szakértő számára azonban az is hamar nyilvánvalóvá vált, hogy másolatok egyre kisebb méretűek: ennek oka az volt, hogy azok a kópiák, amelyek megszabadultak a felesleges génektől, gyorsabban replikálódtak, így egyre több volt belőlük.

Ami aztán oda vezetett, hogy nagyobb eséllyel kerültek bele a kémcsőből begyűjtött mintába, amely a következő kolonizálandó kémcső alapját adta. Vagyis akárcsak az élő fajok, a molekulák mutálódni és evolválódni kezdtek, és a természetes kiválasztódás nyomán azok a változatok emelkedtek ki a folyamatból, amelyek a leginkább alkalmasnak bizonyultak a kémcsövekben való boldogulásra.

Spiegelman kísérletei az első demonstrációi voltak a darwini evolúció molekuláris szinten való megvalósulásának. Ezek a kutatások a következő évtizedekben további hasonló kísérletek kidolgozásához vezettek, amelyek kulcsszerepet játszottak annak alakításában, ahogy az élet kialakulásáról gondolkodunk.

Utóbbi kapcsán ide vezethető vissza, hogy a szakértők nagy része az RNS-világ nevű hipotézist tartja a legvalószínűbb kiindulópontnak, vagyis hogy az élet spontán alakult ki önmagukat replikálni képes RNS-molekulákból. A vonatkozó kutatások azonban mostanáig egy fontos kérdést megválaszolatlanul hagytak: lehetséges, hogy egyetlen molekulából többféle replikátor komplex hálózata alakuljon ki?

Galéria megnyitása

Evolúció a kémcsőben

Nagyjából egy évtizeddel ezelőtt Icsihasi Norikazu, az Oszakai Egyetem bioinformatikai mérnöke kollégáival Spiegelman kémcsővilágának egy alternatív változatával kezdett kísérletezni. A szakértők egy olyan RNS-t hoztak létre, amely a replikáz génjét is tartalmazta. Ahhoz azonban, hogy a molekula képes legyen lemásolni a saját kódját, további addíciókra volt szükség: így riboszómákat és más transzlációs összetevőket is hozzáadtak a keverékhez. Ezeket a kólibaktériumtól kölcsönözték, és cseppek belsejében adták hozzá őket az RNS-ekhez és a nyersanyagokhoz.

A következő évek gondos kevergetéssel és hosszú várakozással teltek. A replikációs rendszert 37 °C-on inkubálták, folyamatosan új transzlációs összetevőket és nyersanyagokat adva hozzá a magukat másoló RNS-molekulákhoz. Néhány naponta elemezték a kémcsövek RNS-koncentrációját, és minden héten lefagyasztottak valamennyit az aktuális keverékekből. Félévente egy nagyobb mennyiségű minta szekvenálását is elvégezték, hogy lássák, milyen új mutációkra és leszármazási vonalakra tett szert az RNS-molekula.

Az első izgalmas eredményekre 215 óra és 43 környi replikáció után figyeltek fel a szakértők, akik ezekről az eredményekről 2016-ban a Proceedings of the National Academy of Sciences oldalain számoltak be. Az eredeti RNS helyét eddigre két élesen elkülönülő leszármazási vonal vette át. Az egyiket a kutatók „gazdaként” írták le, mivel ez saját replikázát használva másolta önmagát, ahogy az eredeti RNS-ek tették.

A másik vonal, a „paraziták” vonala viszont a gazda replikázát „vette kölcsön” saját másolásához, minthogy maga már nem rendelkezett az enzim működőképes génjével.

Amikor Icsihasi és társai eljutottak a 120. replikálódási ciklusig, felfedezték, hogy a gazdavonal két különálló gazdaágra bomlott fel, és ezek egyike két eltérő parazita fejlődési ágat termelt ki. De nemcsak a leszármazási vonalak száma növekedett, hanem az interakciók komplexitása is. A gazdák olyan mutációkra tettek szert, amelyekkel különböző problémák ellen védték magukat. Úgy tűnt, hogy a gazdák és a paraziták párhuzamosan, egymást befolyásolva evolválódnak.

A paraziták és a gazdák populációinak aktuális mérete nagymértékű fluktuációkon ment át ebben az „evolúciós fegyverkezési versenyben”, írták a szakértők 2020-as tanulmányukban, amely az eLife-on jelent meg. Egy-egy RNS-leszármazási vonal átmenetileg dominánssá vált, majd átadta a helyét egy másiknak. És ha egy ág sikeresebbnek bizonyult, egy másik közben visszaszorult, mondja Icsihasi, aki azóta már a Tokiói Egyetemen dolgozik.

Galéria megnyitása

Kooperatív hálózatok

A kutatók ezt követően is folytatták a kísérletet. A 130. replikálódási ciklusra újabb gazdaág alakult ki, a 160-ikra a paraziták egyike eltűnt, majd pár ciklussal később egy újabb parazitaág jelent meg. A 190. ciklusra aztán újabb nagy meglepetés várta a szakértőket: a korábbi jelentős kilengések az ágak populációinak nagyságában csillapodni látszottak. Ez a stabilizálódás azt sugallta, hogy a különböző „fajú” populációk immár nem versengenek egymással a replikálódás érdekében. Ehelyett hálózatként kezdtek viselkedni, és kooperáltak, stabilizálva az egymás mellett élést.

Mizucsi, Icsihasi és társaik márciusban számoltak be a kísérlet aktuális eredményeiről a Nature Communications oldalain.

A szakértőket teljesen lenyűgözték az új fejlemények, elvégre, ahogy ők is írják, „pusztán molekulákról van szó”.

Az eredmények valóban lenyűgözőek. A szakértők végignézték, ahogy egyetlen fajta molekulából a természetes szelekció nyomán többféle típus alakul ki, amelyek versengenek egymással, majd komplex közösséggé alakulnak, ahogy az élő sejtek, állatok vagy emberek tennék. A folyamatok során pedig több olyan szabályszerűséget megfigyeltek, ami a hasonló, komplex rendszerek stabilizálódásához és tartós fennmaradásához szükségesnek tűnik.

Az eredmények egy része megerősítette néhány korábbi elméleti, illetve kísérleti vizsgálat eredményeit, amelyek során vírusok, baktériumok és eukarióták körében vizsgálták a komplexitás kialakulását. Az egyik ilyen korábbi vizsgálat például azt sugallta, hogy a paraziták feltétlenül szükséges a komplexitás kialakulásához. A paraziták ugyanis evolúciós nyomást gyakorolnak a rendszerre, ami újabb leszármazási ágak kialakulását segíti elő.

A másik érdekes és meglepő megfigyelés a kooperáció kritikus szerepére hívja fel a figyelmet. Az öt ág különböző kisebb hálózatokat alkotott egymással, és ezek közül egyesek kooperatívabbnak bizonyultak másoknál. A 228. ciklusra például az egyik gazdaág „szuperkooperátorrá” nőtte ki magát: a hálózatokba, amelyekbe bekapcsolódott önmaga és a az összes többi ág tagjai is replikálódni tudtak. A másik két gazdaág hálózataiban viszont csak saját maguk és az egyik parazita tudott replikálódni.

A kísérlet keretében a kooperáció kizárólag a replikációra irányul, de a szakértők úgy hiszik, hogy a feltételek módosításával idővel másfajta együttműködéseket is életre lehet hívni, például az anyagcsere terén.

Galéria megnyitása

Az élet kezdetei?

Persze egyáltalán nem biztos, hogy amit a laborban megfigyeltek, úgy történt a valóságban is az élet kialakulása során. Ez már csak azért sem valószínű, hiszen a mostani keverékhez is kellettek egy magasabb rendű, ténylegesen élő rendszer elemei, a kólibaktérium bizonyos molekuláris összetevői. Hogy ezek helyett mi szerepelhetett az eredeti „őslevesben”, azt egyelőre nem tudják a szakértők, vagyis továbbra is nyitott az egyik legfontosabb kérdés: hogyan kezdődött a fehérjeszintézis?

De ha a kutatóknak sikerül teljesen önreplikálódó molekulákat létrehozni, és velük is hasonló komplexitást elérni, az más nagyon hasonló lehetne ahhoz, ahogy az élet kialakulása során folyhatott a folyamat, mondják a független szakértők. A kísérlet ugyanis pontosan azt sugallja, hogy ha megoldódik a replikálódás problémája, a megfigyelt komplexitás és a kooperáció onnantól magától kialakul.

Icsihasi és kollégái a kísérlet egyik mellékvágányaként egy másik kísérletben is megpróbálták reprodukálni a megfigyelt kooperatív hálózatokat. Ehhez mintát vettek az öt leszármazási ágból, majd ezeket összekeverték. Az ötből négy ág tovább replikálódott – eddig 22 ciklusig –, de az ötödik nagy meglepetésre eltűnt. Egyelőre senki sem tudja, miért.

Az egyik lehetőség, hogy az eredeti rendszer a kimutatottnál is összetettebb volt, és létezett benne egy hatodik ág is, amelyet nem vettek észre, és amely szükséges volt a kihalt ág túléléséhez. Elméleti modellekkel a szakértők megmutatták, hogy a négy megmaradt ág együtt önfenntartó rendszert képes alkotni, amelyben mindannyian tudnak replikálódni. Viszont, ha bármelyiket eltávolítják a rendszerből, az legalább egy megmaradt ág kihalásához vezet. A szimulációkból az is kiderült, hogy az egyik parazitaág kiiktatása a hozzá tartozó gazda eltűnésével járna, ami egészen különös fejlemény, és rámutat, milyen furcsán alakulhat a kooperáció az ilyen hálózatokban.

Közben a szakértők természetesen a fő kísérletet is tovább folytatják, és figyelik, hogy vajon mi történik a következő fázisban.

Tovább növekszik a hálózat komplexitása? Esetleg leépül? Vagy valami egészen más történik? A kutatók ezen felül DNS-sel is elkezdték ugyanezt a kísérletet. Ez a kutatás még csak most indult, de érdeklődve várják, hogy milyen új irányokba vezet.

Hírlevél feliratkozás
A feliratkozással elfogadom a Felhasználási feltételeket és az Adatvédelmi nyilatkozatot.

22 hozzászólás

A komment írásához előbb jelentkezz be!
nevem_Vanek
nevem_Vanek
2022. máj. 24. 16:43
#5

Összegezve: japán tudósok megtalálták azokat az élőlényeket egy tápoldatban, amelyeket előzőleg beletettek. És mivel tápoldat, néhány még szaporodott is.

Úgy látszik a "brit tudósok" már túl elcsépelt, ezért cserélték "japánra", . . . "fejlődik" a "tudomány".

nevem_Vanek
nevem_Vanek
2022. máj. 28. 15:37

@Renhoek "A virusok meregnek titulalasa meg nyilvan hatalmas csacsisag... hiszen, a szervezet mit csinal szerinted a feherje alapu mergek ellen :D Antitesteket es T-sejteket! "

Nem csacsiság!

Mert ha vírusnak nevezzük, amiről azt sugalmazzák hogy él, noha nem él (tehát nem is szaporodhat), akkor mindjárt könnyebb megtéveszteni az egyszerű embert. És máris rájuk lehet kényszeríteni mindenféle tudományos alapot nélkülöző intézkedést, és megfosztani a jogaiktól.

Egy méregről viszont nem gondolja azt az átlag paraszt se, hogy szaporodik a szervezetben, és átterjed másokra. Te azt gondolod?

Kivéve ha a méreg RNS-ével olják be az embereket (mint most), mert akkor tényleg szaporodni fog a méreg a testükben: a saját sejtjei termelik végtelenítve, egy kétlábon járó biológiai fegyvergyárrá változik. Így lesz szuperterjesztő az oltott, fertőz meg másokat tüskefehérjével, ami előbb utóbb őt magát is megöli. Ha nem a vérrögök vagy szívinfarktus, akkor majd az autoimmun reakciók, rák, AIDS, kergemarha-kór . . . amiket a covid-oltás okoz.

Oxfordi tanulmány: az oltottak orrában 251-szer több virális anyag található, mint az oltatlanokéban: https://naturalnews.com/2021-08-25-study-vaccinated-carry-high-viral-load-covid.html

Judy Mikovits - molekuláris biológus: "a járványok nem cseppfertőzéssel és belélegzéssel terjednek, hanem oltásokkal! Ha abbahagynánk az oltásokat, minden járvány megszünne!"

Dr Bryan Ardis: "a covid-19 nem légzőszervi betegség, hanem kígyóméreg okozta mérgezés:  https://www.naturalnews.com/2022-04-19-covid-not-virus-but-snake-venom-poisoning.html

Légyszi azután válaszolj, miután megnézted a linkelt forrásokat, köszi.

Törölt felhasználó
Törölt felhasználó
2022. máj. 24. 6:54
#4

Köszi a cikket, nagyon érdekes volt.

gargoyl
gargoyl
2022. máj. 23. 23:21
#3

Lassan be kell látnia mindenkinek,hogy a biblia csak egy mese könyv. Méghozzá a legrosszabb fajtából . Nem véletlen uralták az emberiséget vele régen és egyben tartották tudatlanságban. Bár lucsiék és btársai még mindig ott vannak leragadva.

Renhoek
Renhoek
2022. máj. 24. 21:10

@fekpat Milyen igazsag? :D

UjvariAdam
UjvariAdam
2022. máj. 22. 20:11
#2

nagyon erdekes volt a cikk, koszi szepen!

aRm1n
aRm1n
2022. máj. 22. 14:09
#1

A "további addíciók" részig bírtam, szerintem ennél már a Google Fordító is többet tud, remélem, a szerzők egy része (vagy egésze?) bot, azoknak még elnézném.

Renhoek
Renhoek
2022. máj. 24. 21:14

@aRm1n A tudomany nyelve angol. Tudod milyen horror leforditani magyarra barmely anyagot? A kifejezesek nagyresze nem is letezik, vagy soha nem hasznaltak. Ilyenkor vagy hasznalod ami van, vagy tukorforditas... vagy szomagyaritasz, amit vegkepp senki sem fog megerteni.

Irtam szakdolgozatot magyarul es soha tobbet. Teljes agyrem volt, tobbet szoptam a kifejezesek magyaritasaval mint a temaval. A vegeredmeny pedig inkabb hangzott gagyinak. 

Szoval orulni kell inkabb a leforditott cikkeknek, Jools nagyon korrekt modon vegzi. Lathatoan erdekli es erti is amit leir... Sokszorosan magasabb szinvonalat kepvisel mint pl egy Index tudomany rovat. Messze az itteni cikkei a legolvasmanyosabbak. Olvasd el az angol eredetit aztan kesz.

Vissza az oldal tetejére