Egy parányi genetikai módosulásnak köszönhető, hogy a főemlősök többségével ellentétben nincs farkunk – állítja egy friss kutatás. Az emberszabásúak kialakulásával járó egyik leglátványosabb evolúciós változás jelentős előnyhöz juttathatta őseinket, ami ellensúlyozta azokat a hatásait, amelyek az emberi egészséget máig befolyásolják.

„Tanulmányunk kulcsgondolata, hogy most először egy plauzibilis forgatókönyvvel állunk elő az őseinkben a farok elvesztéséhez vezető genetikai mechanizmusra. Meglepő, hogy egy ennyire apró genetikai módosulás mekkora anatómiai változáshoz vezethet” – nyilatkozta a Qubitnek a kutatásban résztvevő Itai Yanai, az NYU Langone Health Rendszergenetikai, Biokémiai és Molekuláris Farmakológiai Intézetének professzora.

Yanai szerint a felfedezés korábbi PhD-hallgatójának, a kutatást vezető Hszia Pónak a hozzáállásából következik, amit „éjszakai tudománynak” neveznek – ez a tudománynak a kreatív ötleteket kitermelő fázisát jelenti. Yanai Martin Lercher számítógépes sejtbiológussal korábban úgy írt a koncepcióról, hogy „az éjszakai tudomány az, ahol felderítjük a lehetséges hipotézisek strukturálatlan birodalmát; olyan ötletekét, amelyeket még nem dolgoztak ki teljesen”. Ehhez képest „a nappali tudományban megcáfoljuk a hipotéziseket és megfigyeljük azokat, amik állva maradnak, míg az éjszakai tudományban létrehozzuk őket”.

A szerdán a Nature folyóiratban publikált eredmények szerint nagyjából 25 millió évvel ezelőtt egy ugráló gén véletlenszerűen beillesztődött az emberszabású elődünk genomjába, ami jelentősen hozzájárult a farok elvesztéséhez. A kutatók erre 140, a farok kialakulásához köthető gén vizsgálatával jöttek rá, és a genetikai módosulás konkrét funkcionális hatását egereken folytatott kísérletekkel igazolták. Ezek egyben arra mutatnak, hogy az ugráló gén szerepet játszik az embrionális korban megjelenő idegcsőzáródási rendellenességek kialakításában, amelyek akár 1000-ből 1 újszülöttet is érinthetnek.

A konkrét felfedezés mellett az is meglepő lehet, hogy miért kellett rá eddig várni. Yanai az általuk feltett kérdést, vagyis hogy „genetikailag miként vesztettük el a farkunkat”, nyilvánvalónak nevezte, de szerinte ezzel eddig mégsem nagyon foglalkoztak, így magával a koncepciójukkal újat tudtak mutatni. „Az emberek, emberszabásúak és a majmok genomját az elmúlt évtizedekben megszekvenálták, így ez a felfedezés már régen megtörténhetett volna” – írta.

A főemlősök (Primates) nagy részével ellentétben az emberszabásúaknak (Hominoidea), vagyis a gibbonféléknek, csimpánzoknak, gorilláknak, orangutánoknak és embereknek nincs farkuk. A farok a főemlősöknél egy pár évvel ezelőtti kutatás szerint vélhetően az egyensúly megtartásában játszik szerepet, és ehhez a végtagok méretével együtt változott az évmilliók során. Az embernél az egykori farok nyomait egy csökevény szerv, a farokcsont (os coccygis) őrzi.

Beugrott a transzpozon, és mindent megváltoztatott

De mi ez az ugráló gén, aminek a kutatók ezt az evolúciós változást tulajdonítják? Egy emberi ivarsejtben a genom 3,1 milliárd bázispárból áll (a diploid testi sejtekben kétszer ennyi), és ennek a fehérje kódoló gének mindössze egy százalékát teszik ki. Egy tavalyi kutatás szerint a genomunknak 11 százaléka evolúciósan konzervált az emlősök között, ami arra utal, hogy ezeknek a régióknak funkcionális szerepük van. A többi 89 százalékot egyes szakemberek szerint teljes egészében szemét-DNS (junk DNA) teszi ki, aminek többsége ugráló gén (transzpozon). Ezek a mobilis genetikai elemek arról kapták a nevüket, hogy a genomon belül új helyekre képesek beépülni, és azok helyét nem nagyon válogatják meg.

Ez történt sok millió évvel ezelőtt az emberszabásúak közös ősében is, amikor egy néhány száz bázispár hosszú Alu elemet a hozzá tartozó enzim beillesztett a TBXT génbe. Az Alu elemekből közel egymillió van a genomunkban, amivel a legnagyobb számban jelen lévő transzpozoncsoportot alkotják. A TBXT gén, amelybe egyikük bejutott, egy génkifejeződést szabályozó, úgynevezett transzkripciós faktor, amely az embrionális fejlődésben játszik szerepet. Korábbi vizsgálatokból ismert, hogy kódoló régiójának mutációi zebrahalaknál, egereknél, macskáknál és kutyáknál a farok részleges vagy teljes elvesztéséhez vezetnek. Az Alu elem a gén egyik intronjában, vagyis a végső fehérjét nem kódoló részében kötött ki, és csak a farok nélküli főemlősökben, az emberszabásúakban fordul elő.

Mielőtt megszületne egy fehérje, a DNS-ről a gén egy transzkripciónak nevezett folyamatban mRNS-é íródik át. A létrejövő mRNS-ből később RNS-hasítással (splicing) kivágódnak az intronok, és csak a végső fehérjét kódoló exonok maradnak hátra. Van azonban egy alternatív hasításnak (alternative splicing) nevezett folyamat is, ami egy génből több eltérő fehérjét is tud gyártani az exonok eltérő kombinálásával (például egy elhagyásával). Po és kollégái azt találták, hogy az ugráló gén beépülése egy ilyen alternatív hasítási eseményhez vezet a TBXT-ben, ami miatt a gén egyik, hatos számú exonja nem tud kifejeződni. Ennek az exonnak a kihagyása végül egy eltérő (izoform) szerkezetű fehérjét eredményez.

Erre, mint kísérletileg bizonyították, önmagában a kutatók által kiszúrt ugráló gén nem lenne képes, csak egy másik, hozzá közeli Alu elemmel kombinációban, amely az összes majomalkatú genomjában megtalálható. Ezután egerekben CRISPR genomszerkesztéssel lefolytatott tesztek során igazolták, hogy az Alu elem által megváltoztatott egér-TBXT gén elő tudja idézni a farok elvesztését. Attól függően, hogy mennyi fejeződött ki a módosított fehérjéből, változott az egerek farokhossza, ahhoz pedig egy bizonyos határ felett kellett termelődnie, hogy az állatok teljesen elveszítsék a farkukat.

Jobb a talajon a faroktalan élet, de ennek ára is van

Amikor egyes egereknél a TBXT gén mindkét allélját módosították, az állatok születéskor mind elpusztultak. Az egyiknél a kutatók idegcsőzáródási rendellenességeket találtak, amik az emiatt kialakuló emberi fejlődési rendellenességhez, a nyitott gerinchez (spina bifida) hasonlítottak. Yanai azt tartja érdekes kérdésnek, hogy miként alakul ki ennek a genetikai mechanizmusnak a révén a rendellenesség. „Úgy néz ki, hogy a farok kifejlődésének gátlása egy evolúciós költséggel járt, a idegcső rendellenességek kockázatának növekedésével” – írta.

A genetikus szerint ez arra utal, hogy a farokvesztés irányába mutató evolúciós nyomás olyan erős volt, hogy annak ellenére, hogy kialakult a rendellenesség lehetősége, mégis megszabadultunk a farkunktól. „Az a feltételezésünk, hogy a farok annyira alapvető a gerinceseknek, hogy egyetlen mutációval történő elvesztése az általunk megfigyelt problémákhoz vezethetett” – írta.

És hogy milyen haszonnal járhatott a farok elvesztése, ami miatt az esetenként fejlődési rendellenességekhez vezető mutáció fenn tudott maradni? „A farok előnyös lehet, amikor fákon élsz, de amint átállsz talajon történő életmódra, inkább hátránnyá válhat” – válaszolta Yanai. A kutató szerint a farokvesztés evolúciós előnnyel járhatott, mivel az megkönnyíthette a kétlábon járás evolúcióját – egy 2022-es vizsgálat szerint a két lábon járás már 7 millió évvel ezelőtt kialakult, nem sokkal azután, hogy az ember és a csimpánz evolúciós útjai szétváltak egymástól.