Magyar kutató válaszolhatja meg az evolúciókutatás egyik alapkérdését

„Az eukarióták az archaeákból fejlődtek ki, azokon belül is az úgynevezett Asgard archaeákból. Az Asgard-vonalon belül pedig a Heimdallarchaeota nevű archaea-törzs az, amely a legközelebb áll az eukarióta leszármazási vonalhoz” – állítja az a Nature Ecology & Evolution folyóiratban december 9-én megjelent cikk, amely a Szöllősi Gergely,  az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomika Kutatócsoportjának vezetője és Tom A. Williams, a Bristoli Egyetem kutatója által vezetett vizsgálatsorozat eredményeit ismerteti.

A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) honlapján közzétett folyóiratszemle szerint a magyar-angol közös eredmény azért fontos, mert az evolúciókutatás egyik alapvető dilemmája, hogy miként alakultak ki a mai élővilág legnagyobb csoportjai, azaz milyenek az evolúciós törzsfa legkorábbi elágazásai. A biológusok a legnagyobb rendszertani csoportokat birodalmaknak (doméneknek) nevezik.

A törzsfejlődés első 3 milliárd évének rekonstrukciója elsősorban a ma ismert élőlények genetikai állományának (genomjának) összehasonlítása alapján történik, ezen információk adnak támpontokat az élőlények rokonsági kapcsolataira, leszármazásukra.  Az evolúciógenetikában a korábbi néhány vagy néhány tucat gén vizsgálata helyett ma már sokkal több gént, sőt egész genomokat lehet vizsgálni, ez pedig – a tudomány sok más területéhez hasonlóan – egyre több adatot eredményez. A sok új adat, illetve az egyre jobb adatelemzési módszerek miatt az elmúlt években fellángolt a vita az élővilág legkorábbi fejlődése körül, a háromdoménes és a kétdoménes elmélet hívei között.

Birodalmi fejlődés

Az archaeák a baktériumokhoz hasonlóan prokarióták, azaz sejtmaggal nem rendelkező egysejtű élőlények. Sejtjeik alakja és mérete a legtöbb esetben a baktériumsejtekéhez hasonló. A két élőlénycsoportot azért különítették el, mert az archaeáknak számos egyedi jellemzője van (ilyen például membránjaik összetétele), illetve több szempontból már az eukariótákhoz hasonlóak (ilyen például a transzkripcióban és a transzlációban részt vevő enzimeik működése). Az archaeákat korábban szélsőséges környezeti feltételek között fedezték fel, de ma már ismertek az emberi bélben és a bőrben élő csoportok is.  

A háromdoménes elmélet szerint az utolsó közös ősből az egyik ágon a baktériumok, a másik ágon pedig az úgynevezett archaeák és az eukarióták (a sejtmaggal rendelkező, magasabb szervezettségű élőlények) közös őse jött létre. Ennek két fő irányba való fejlődésével jelentek meg aztán az archaeák és az eukarióták.

A háromdoménes modellForrás: MTA

A fenti ábrán felvázolt háromdoménes elmélet szerint a harmadik doménbe, az eukarióták közé a valódi sejtmaggal rendelkező egysejtű élőlények (algák, állati egysejtűek, mikroszkopikus gombák), illetve a többsejtűek (növények, állatok, gombák) tartoznak. Sejtjeiknek sejtmaghártyája és membránnal határolt sejtszervecskéje is van.

Az alább vázolt kétdoménes elmélet szerint viszont az utolsó közös ősből az egyik ágon a baktériumok jöttek létre (ebben megegyezik a háromdoménes elmélettel), a másik ág azonban egyenesen az archaeákhoz vezetett. Az archaeák fejlődése aztán több ágra szakadt, és az egyik ágból fejlődtek ki az eukarióták.

A kétdoménes modell vázlataForrás: MTA

Győz a kétdomén?

A magyar-angol kutatás eredményei a kétdoménes modellt támasztják alá. Szöllősi és Williams több mint 3000, archaeákból és eukariótákból származó géncsaládot vizsgált, mindegyiknek elkészítve saját leszármazási vonalát. Az adatok ezt követő átlagolásával ugyanolyan az eredményekre jutottak, amilyeneket korábban más módszerekkel – pár tucat ősi, minden élőlénycsoportban biztosan jelen lévő géncsalád vizsgálatával – kaptak.

„Az volt a cél, hogy többféle adathalmazt elemezzünk, illetve az adatok komplexitását jobban reprodukáló elemzési módszereket használjunk. Az eredményeink szerint egyértelműen két domén van” – nyilatkozta az MTA honlapján Szöllősi. Az adatok arra mutatnak, hogy „az első eukarióták egy Asgard archaea gazdasejt – amely valószínűleg egy tengermélyi hévforrásban élt – és egy baktérium egyesülésével jöhettek létre”.

Az Európai Kutatási Tanács (ERC) Starting Grant támogatásával, az ELTE Fizikai Intézetében GENECLOCKS Research Group néven 2016-ban alapított kutatócsoport Szöllősi elmondása szerint nemzetközi szinten is élvonalbelinek számít. Az evolúciógenetikai kutatásaik során a kezdettől együtt működnek a Bristoli Egyetem és a Lyoni Egyetem kutatóival. 

(Via MTA)

Korábbi kapcsolódó cikkeink: