Magyarországon kutató tudósok világították meg, hogyan váltak el egymástól a gombák és az állatok
Az állatok és a gombák elképesztő különbségeik ellenére egymás közeli rokonai. Miután közös ősüktől szétváltak útjaik, genomjaik evolúciója radikálisan más úton indult el, és ez segít megérteni, miért lettek belőlük ennyire eltérő többsejtű élőlények. Ez derül ki egy tavaly a Nature-ben közölt kutatásból, amiben egy magyar kutató és posztdoktora vállalt fontos szerepet egy nemzetközi kutatócsoport részeként, és amiről hétfőn adott ki közleményt az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH).
„Meglepően közel van az élet fáján, az eukarióta sokszínűségben, két, független, nagy átmenet a többsejtűség felé, ami nagyon másfajta komplex többsejtűséget eredményezett. Már régebben felmerült a kérdés, hogy ezek mennyire hasonlítanak, mennyire különbözőek, bizonyos értelemben ugyan abból az alapanyagból hogyan lesz gomba meg ember.” – magyarázta a Qubitnek Szöllősi Gergely az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetében (ETI) működő Nagy Evolúciós Átmenetek kutatócsoport tudományos főmunkatársa, aki az Európai Kutatási Tanács (ERC) támogatásával létrejött, az élővilág törzsfáját rekonstruáló GENECLOCKS kutatócsoportot és az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomikai Kutatócsoportot vezeti.
Szöllősi elmondta: a kutatás spanyol posztdoktori munkatársának, Eduard Ocaña-Pallarèsnek a fő érdeme, aki több mint két évvel ezelőtt a barcelonai Evolúciós Kutatóintézetből érkezett Magyarországra, és magával hozta ezt a témát, valamint új genomikai adatokat. A magyar kutató szerint ebben Patrick Keelingnek, a cikk társszerzőjének is fontos szerepe volt: ők tenyésztették ki azokat a furcsa egysejtűeket, amelyek ennek a genomi információnak a forrásai, és amelyek épp jó helyen vannak az eukarióták egyik szupercsoportjában, az állatok és a gombák által alkotott Opisthokontában. Ezek mai genomjaiból vissza lehet következtetni, és rekonstruálni lehet a modern állatokhoz vagy gombákhoz vezető utat.
Új adatok és módszerek kombinációja kellett az áttöréshez
Az egysejtűek közül három ennek a szupercsoportnak az állatok felé vezető (Holozoa) részén helyezkedik el az élet törzsfáján, ezek a Ministeria vibrans, Pigoraptor vietnamica és Pigoraptor chileana. A negyedik, a Parvularia atlantis pedig a gombák felé mutató evolúciós ágon (Holomycota). Utóbbi a kutatók szerint elég szokatlan élőlény, ugyanis genomjának kis mérete ellenére a génjeinek majdnem annyi nem fehérjét kódoló szakasza (intron) van, mint az emberi géneknek, ami arányaiban példátlan az eddig vizsgált genomok közt.
A genomikai adatok mellett a kutatáshoz elengedhetetlen volt egy új módszer is, amit Szöllősiék már egy ideje Magyarországon fejlesztenek az ERC-támogatással. Ennek lényege, mint Szöllősi elmondta, hogy nem csak az evolúciós főútvonalakat, vagyis a fajok törzsfáját rekonstruálják, hanem beleillesztik ebbe a fába az egyes gének saját, egyedi evolúciós történetét, méghozzá azok bizonytalanságával együtt. Ez a modell statisztikailag megalapozott módon arról árulkodik, hogy mi történt az adott génnel a múltban a mai szekvenciák és az azokban kódolt génszintű evolúciós leszármazási viszonyok alapján.
Ritka esetekben, például a fehérjeszintézist folytató riboszómák fehérjéit kódoló, a sejt működéséhez kulcsfontosságú géneknél a két fa tökéletesen követi egymást. De Szöllősi szerint a gének nagy része nem ilyen: tudnak két darabra másolódni (duplikálódni), el tudnak veszni, vagy át tudnak ugrani másik fajba egy horizontális géntranszfernek (HGT) nevezett folyamattal, ahol először lehet, hogy csak nem okoznak kárt, majd később hasznossá is válhatnak. Ezzel a szakember szerint az időben visszafelé haladva fel lehet deríteni, hogy egy adott gén mit csinált, hol nőtt vagy csökkent a példányszáma (copy number), vagy hol transzferált át. Bár egy ideig vitatott volt, az elmúlt években egyre több konkrét kísérleti bizonyíték jelent meg arra, hogy az eredetileg baktériumokban és archeákban észlelt horizontális géntranszfer egyértelműen jelen van eukariótákban is.
A kutató szerint sok ilyen transzfer fordul elő az egysejtű eukariótáknál, a növényeknél és a gombáknál, de néha megtörténik az állatoknál is. Erre az egyik legismertebb példa a levéltetvek, amik színüket egy karotenoid pigmenteket kódoló génnek köszönhetik, amit egy a Science folyóiratban 2010-ben publikált kutatás szerint őseik gombáktól szereztek meg. Legkevésbé ott várunk horizontális géntranszfer-eseményeket, magyarázta a szakember, ahol elkülönül az ivarvonal, ilyen pedig igazán csak az állatok egy részére jellemző, amibe beletartoznak az emlősök és így az ember is. Szöllősi szerint ugyanakkor az nehézséget okozhat az evolúciós genetikai vizsgálatoknál, hogy rekonstrukciós hibák is tudnak horizontális géntranszfernek tűnni.
Már a kezdetekben más irányt vett az állatok és gombák evolúciója
Szőllősi elmondta, hogy Ocaña-Pallarès egy objektív statisztikai, gépi tanulásos (machine learning) módszerrel térképezte fel, hogy melyek azok a gének, amelyek az állati többsejtűséget és a gomba többsejtűséget meghatározzák, ami alapján ezeket három kategóriába sorolták: jelátviteli és transzkripciós folyamatokat meghatározó, vagy extracelluláris struktúrákat kódoló gének közé, amik az állatokhoz vezető úton hamarabb elkezdtek diverzifikálódni.
Ezt alátámasztja, hogy a legtöbb nem állatokhoz és gombákhoz tartozó opisthokont egysejtű genomjaiban a funkcionális kategóriák aránya inkább a gombákéra és nem az állatokéra hasonlít. Ezeknek a különbségeknek a megjelenése a kutatók szerint a gombák és az állatok közös őstől történő evolúciós szétválásával kezdődött. Az állati többsejtűséget megalapozó genetikai változások részben megelőzik az állatok csoportjának kialakulását, részben pedig közvetlenül az állatok legkorábbi közös őse előtt jelentek meg. Az új, többsejtűséghez köthető gének kialakulásában viszont, legalábbis ha számukat nézzük, az utóbbi időszak fontosabbnak tűnik.
A gombáknál a történet máshogy alakult. A csoport kialakulása felé vezető ágon elkezdtek olyan, állati többsejtűséghez kötött géneket elveszíteni, amiknek például a jelátvitelben van szerepe. A gombák közös őse felé egyre több, anyagcserére ható génjük lett, miközben az állatoknál ennek arányaiban pont fordítottja zajlott le. Ezek a trendek azonban nem folytatódtak a csoportok kialakulása után, a gombáknál nem történt különösebb változás, míg az állatoknak egyre több anyagcserét befolyásoló génjük lett.
Az is kiderült, hogy a gének számának növekedéséért a gombáknál és más opisthonkont egysejtűeknél nagyobb arányban felelt a horizontális géntranszfer, mint az állatoknál, a várakozásoknak megfelelően. Ezzel szemben egy másik folyamat, amely során korábbi gének összeolvadásával új gének alakulnak ki, inkább az állatoknál voltak fontosak, például a jelátviteli gének esetén.
Az állati többsejtűséghez fokozatosan kialakult genetikai változások vezettek
Arra a kérdésünkre, hogy mit tart a fentiek közül a legmeglepőbb eredmények, Szöllősi azt mondta, hogy azt a fokozatosságot, amivel ezek a többsejtűség felé vezető genetikai változások bekövetkeztek. A kutató szerint Charles Darwin arról volt híres, hogy őszintén beszélt a 19. században elmélete előtt álló kihívásokról, amelyek egyike az akkoriban az összes nagyobb állatcsoport megjelenéséhez kötött „kambriumi robbanás” volt. Szöllősi szerint azóta kiderült, hogy a nagyjából 540 millió évvel ezelőtti időszakot megelőzték az Ediakara-fauna lenyomatokat hátrahagyó állatai, korábban a „robbanás” mégis látszólagos ellentmondásban volt a természetes szelekcióból következően fokozatos evolúcióval. Bár ebben a kutatásban nem helyezték el időben az általuk vizsgált evolúciós eseményeket, és ezek az élőlények nem is hagynának fosszilis nyomokat, Szöllősi szerint eredményeik azt illusztrálják, hogy a többsejtűség genetikai háttere fokozatosan alakult ki – nemcsak az állatokban, hanem a gombákban is.
Szöllősi szerint a két csoport között az a furcsa különbség, hogy míg az állatokban egyre komplikáltabbá váltak a dolgok, a gombáknál inkább elvesztek tulajdonságok, de aztán mégis többsejtűek lettek, és egy érdekes, új ökológiai fülkét (niche) találtak maguknak. Ez annyiban nem váratlan a kutató szerint, hogy az állat komplexebb többsejtű, sokkal több sejttípussal és bonyolultabb szövetekkel, míg a gombák életük nagyobb részét viszonylag egyszerű, fonalszerű többsejtű életmódban töltik. Bár ez csak spekuláció, de úgy tűnik, nagyobb szöveti komplexitás szükséges ahhoz, hogy egy élőlény megtanuljon járni, látni és kergetni az élelmét, mint ahhoz, hogy körbenője és lebontsa az eleséget, mint ahogy azt a metabolikus sokszínűségükről ismert gombák teszik.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: