1. oldal
Nagyjából 370 millió évvel ezelőtt valami nagyon különös történt elődeinkkel: vízben élő, kopoltyúkkal lélegző, uszonyokat használó gerinces őseink elkezdték meghódítani a szárazföldet. Röpke 20 millió év alatt lábakat növesztettek és a kialakult belőlük a tetrapodák, azaz a négylábúak rendszertani főosztálya. Erre az érdekes evolúciós lépésre a fosszilis leletek szolgáltatnak bizonyítékokat. Az elmúlt évszázad folyamán a paleontológusok sorra ásták elő azon fajok maradványait, amelyek igazolhatóan leszármazási vonalunkba tartoztak, azonban fejlődésük viszonylag korán különvált a többi négylábú evolúciójától.
Ezen korai fajok alapján felvázolható, hogy mi is történt az átmenet időszakában. Vannak olyan halcsontvázaink, amelyek csak a tetrapodák néhány vonását mutatják, és akadnak olyanok is, amelyek már szinte teljes mértékben szárazföldi négylábúaknak tekinthetők. A 375 millió éve élt, izmosúszójú Tiktaalik maradványai például sokat elárulnak arról, hogyan alakulhatott ki a csontos halak főosztályának ezen alosztálya, majd hogyan formálódtak belőlük a négylábúak.
A szárazföldre való kilépés rengeteg genetikai változással járt. A halak ikrájában található genetikai állomány olyan molekulákat kódol, amelyek az úszók, a kopoltyúk és a test többi részének kialakításában is részt vesznek. Egy tetrapoda létrehozásához ehhez képest egészen másfajta génekre van szükség. Számos kutatócsoport foglalkozik a probléma egyik kulcsmomentumával, vagyis azzal a kérdéssel, hogy milyen mutációk eredményeként váltak az úszók fejlődését kódoló génekből lábakat létrehozó szekvenciák.
A napokban megjelent egy új tanulmány a Nature oldalain, amely egy érdekes részlettel egészíti ki eredetünk eddig is igen színesnek mondható történetét. Ha a szerzők teóriája igaznak bizonyul, halként élő őseinkben már jóval korábban ott rejtőzött a lehetőség a négylábú test létrehozására, ahhoz azonban hogy ez ténylegesen kifejlődjön, némi szárazföldön – de legalábbis annak közelében − töltött időre volt szükség.
A tanulmány szerzői, a montreali McGill Egyetem szakértői a sokúszós csukafélék (Polypteridae) családjának tagjait vizsgálták. A sugarasúszójú halak közé tartozó csoport egyik érdekessége, hogy fejlődésük 400 millió éve különvált a többi hal evolúciójától. A másik izgalmas tény velük kapcsolatban, hogy bár elsődlegesen tavakban és folyókban élnek, úszóik segítségével kúszva a szárazföldön is képesek megtenni rövidebb távokat. Ezeken az utakon ráadásul kezdetleges tüdőik révén lélegeznek.
A szakértők érthető módon párhuzamokat véltek felfedezni a sokúszós csukafélék és a legkorábbi négylábúak között. Az előbbiek mellső úszóikra támaszkodva képesek eltávolítani fejüket és testük elülső részét a felszíntől, miközben hátsó testfelüket megtekerik és úszóik segítségével előre tolják, ahogy a mellékelt felvételen is látszik. A Tiktaalik valószínűsíthetően nagyon hasonlóan mozoghatott.
A sokúszós csukák ugyanakkor természetes környezetükben összességében meglehetősen kevés időt töltenek a szárazföldön. A szakértők viszont kíváncsiak voltak, hogy mi történne, ha ez nem így lenne, vagyis ha a víztől távol kellene felnőniük. Ennek kiderítése érdekében egy kavicsos aljú terráriumban neveltek fel nyolc állatot, miközben folyamatosan párásan tartották a tároló levegőjét a halak kiszáradástól való megóvása érdekében. Az állatok nyolc hónap alatt nőttek fel, és ez idő alatt ide-oda kúsztak a terráriumban úszás helyett.
A kutatók részletes vizsgálatoknak vetették alá a felnőtt példányokat, majd összehasonlították őket a vízben felnőtt egyedekkel is. Az eltérések jelentősnek bizonyultak. A legfeltűnőbb különbségnek talán az mutatkozott, hogy a szárazon felnőtt halak mozgása alapvetően átalakult: sokkal jobb hatásfokkal kezdtek járni, úszóik az egyes lépések során rövidebb ideig érték a talajt, és kisebb, de gyorsabb léptekkel haladtak előre. Úszóikat vízben felnőtt társaikkal ellentétben nem oldalra irányították járás közben, hanem testük alá fordították. Hátsó testfelüket sokkal kevésbé hajlították meg mozgás közben, mint elsősorban úszó rokonaik. Járásuk mindezek eredményeként szabályossá, kiszámíthatóvá vált, úszóikat testükhöz képest mindig ugyanarra a pontra helyezték le, szemben a természetes környezetben felnőtt sokúszós csukák esetleges, kaotikusnak ható szárazföldi mozgásával.
2. oldal
A kutatócsoport tagjai összehasonlították a szárazföldi és vízi környezetben felnőtt állatok csontvázát, és óriási eltéréseket tapasztaltak. A változások legerősebben a vállövi régiót érintették: az ízületek jóval lazábbá vált a vízi változatra jellemző, erősen kötött állapothoz képest, nagyobb szabadságot engedve a lábakként használt úszóknak. A kulcscsont halakban megtalálható megfelelője ezzel párhuzamosan vaskosabbá, erősebbé vált, így az állatok könnyebben meg tudtak küzdeni a gravitáció hatásaival, és magasabbra emelhették felsőtestüket.
A gyakori járás tehát átformálta a halak csontozatát, a csontokra ható erők befolyásolták azok fejlődését, új, érdekfeszítő formákat eredményezve. Mindezen változásokat pedig a négylábúak evolúciójában is kulcsfontosságú lépéseknek tartják a paleontológusok. A tetrapodák kifejlődésének évmilliói alatt a vállízület mozgása jóval szabadabbá vált, szélesebb mozdulatokat engedve meg tulajdonosának. Ennek a folyamatnak az eredményeként kezdett különválni egymástól a fej és a nyak is. A kulcscsont megerősödése szintén fontos eleme volt a négylábúság kialakulásának, úgy tűnik tehát, mintha a sokúszós csukák a kísérlet során a négylábú evolúció legfontosabb lépéseit teljesítették volna szemkápráztató gyorsasággal.
Nem ez az első alkalom, hogy a biológusok megdöbbentő párhuzamokat fedeznek fel egyetlen egyed fejlődése és valamely hosszú evolúciós folyamat közt. A jelek szerint a környezet, amelyben az élőlény felnő, rendkívüli módon képes befolyásolni az egyes egyedek testének alakulását, az evolúció pedig jóval lassabb ütemben ugyan, de követi ugyanezen változásokat − amennyiben a megváltozott körülmények tartósan fennállnak. Egy 2008-as kísérlet során a kutatók tüskés pikókat neveltek két különböző étrenden. A halak egyik csoportja az akvárium alján tekergőző lárvákkal táplálkozott, a másik kísérleti csoport pedig a vízben úszkáló apró rákokat fogyasztotta. A féregevő halaknak az aljzatról kellett felenniük a lárvákat, míg a többieknek elég volt a rák mögé lopózniuk, és száját kitátva lenyelni a csemegét.
Az eltérő táplálkozási mód alapvetően átformálta a tüskés pikók fejformáját: a féregevés mellett felnőtt példányok rövid, széles szájat növesztettek, a rákevők viszont hosszú, keskeny szájra tettek szert. A jelenség érdekessége, hogy természetes környezetben, evolúciós szinten is megfigyelhető. A tüskés pikók az óceánból kikerülve gyakran népesítenek be különböző állóvizeket. Az új környezethez alkalmazkodva a halpopuláció rendszerint két csoportra válik szét: egy részük a tó alján kutat táplálék után, a többiek pedig a nyílt vízben kapják el a finom falatokat. Az előbbiek szája széles és rövid, az utóbbiaké keskeny és hosszú. Míg a művi körülmények között lefolytatott kísérlet során szerzett jegyek nem átörökíthetők, a tavakban jóval lassabban lezajló átalakulás során genetikai szinten is elválik egymástól a két populáció.
Az élőlények azon képességét, hogy eltérő környezetben eltérő módon, az aktuális körülményekhez igazodva képesek fejlődni, formálhatóságnak, plaszticitásnak nevezik a szakértők. Ez a képesség valószínűleg nagy szerepet játszik abban, hogy új utakat nyisson az evolúció számára. Ha egy organizmus újfajta környezetben találja magát, módot talál arra, hogy saját élettartamán belül alkalmazkodjon a körülményekhez. Utódai aztán olyan mutációkra tehetnek szert, amelyek a testi adaptálódás legfontosabb mozzanatait már a génekbe is belekódolják. Idővel az evolúció jóval távolabbra juttathatja őket, mint amire a plaszticitás egy egyed életén belül képes volt.
Valami ilyesmi történhetett szárazföldre kilépő őseinkkel is. A tetrapodák halként élő elődei valamilyen okból egyre hosszabb időket voltak kénytelenek a szárazföldön tölteni, a ragadozók elől menekülve, párt keresve, vagy talán új élőhelyek után kutatva. Szerencsére már eredeti, „vízi” genomjuk is lehetővé tette, hogy az új körülményekhez alkalmazkodva tűrhető járóképességet fejlesszenek ki, ahogy a kísérletben látott sokúszós csukák esetében is megtörtént. Sok generáció elteltével aztán a különböző mutációk eredményeként átformálódó anatómiájuk egyre alkalmasabbá tette őket a járásra: immár nem kellett másképp nőniük, hogy menni tudjanak, hanem génjeiknek hála, eleve erre alkalmasan jöttek a világra.
