Az elmúlt hetek kaotikusabban alakultak mint azt előzőleg gondoltam, így csak bő egy hete volt időm a válaszommal foglalkozni. Aki közben esetleg lerágta a körmét, attól duplán is elnézést, semmi váratlant nem írtam bele. ;-)):
Viszontválasz3 Tasi Istvánnak
.... gondolják a hírek szerint a Vatikán háza táján. Egyik asztronómusuk, Guy Consolmagno Testvér olyasmit nyilatkozott, hogy:
BELIEVING that God created the universe in six days is a form of superstitious paganism,[...]
"Religion needs science to keep it away from superstition and keep it close to reality, to protect it from creationism, which at the end of the day is a kind of paganism - it's turning God into a nature god. And science needs religion in order to have a conscience, to know that, just because something is possible, it may not be a good thing to do."
A gerincesekről beszélve, hajlamosak vagyunk szinte kizárólag az állkapoccsal rendelkező fajokra gondolni, bár a csoportba nemcsak ők tartoznak bele. A kicsit mostohatestvéri sorsra ítélt, állkapocs nélküli gerincesek közé ma kizárólag állkapocs nélküli halakat (pl. ingola) sorolunk.
Ezeknek a fajoknak evolúciós szempontból is fontos jelentősége van, hiszen bizonyos szempontból maguk is "élő kövületek" utolsó mohikánjai egy olyan korszaknak amikor a gerinceseknek még nem volt állkapcsa: ez ugyanis az első kopoltyúívből alakult ki később (más változásokkal karöltve). 
... mondhatjuk, s biológiai blog révén, kiemelt helyen gondolva a genetikai anyag változására, a mutációkra. De mi is a mozgatórugója ennek a változásnak? A tankönyvek (durván) két főbb okot említenek itt: DNS replikáció során fellépő mutációk - pl. időnként másolás közben a DNS-t sokszorosító polimeráz enzim "téved" -, ill. a DNS-t kémiai változását okozó tényezők, amelyek ilyen-olyan okból kifolyólag nem kerülnek kijavításra a sejtben. Utóbbit kiváltó okok közé tartozik az UV fény és a sejtek anyagcseréje során keletkező, más anyagokkal igen könnyen reagáló oxigén származékok (ún. ROS).
A jelek pedig azt mutatják, hogy van ilyen összefüggés. Először is arra derült fény, hogy a 8-oxo-G mutációk eloszlása nem teljesen véletlenszerű. Elsősorban a kromoszómák azon részein vannak jelen, ahol a kromoszóma eltérő fizikai tulajdonságú régiói találkoznak (s éppen ezért már a hagyományos festési eljárásokkal is elkülöníthetőek voltak). Ezek az eltérések abból adódnak, hogy pl. adott kromoszómális területeken különbségek vannak a DNS csomagolásának szorosságában. Ezekről a területekről már korábban felmerült, hogy gyakori előfordulási helyei a genom változatosságának fő okaiként számon tartott egyszerű egy nukleotidnyi polimorfizmusoknak, SNP-knek, így logikusnak tűnt, hogy ezt az összefüggést jobban szemügyre vegyék a szóbanforgó tanulmány szerzői is. Nem meglepő módon, az összefüggés valósnak bizonyult (bár hangsúlyozni kell, hogy ez még nem jelent okozati korrelációt is: a jelen adatok csak azt mutatják, hogy a guanin mutációi általában ott vannak, ahol az SNP-k; a kauzalitás 100%-os bizonyításához - bár nagyon valószínűnek tűnik - további kísérletek szükségesek). Ami egy kicsit váratlanabb megfigyelés, hogy a 8-oxo-G-ben gazdag területek egyszersmind a kromoszómák közötti rekombinációk leggyakoribb helyszíneinek bizonyultak. Ez azért lehet így, mert a javító mechanizmusok során, a feladatot végző enzimek a kettős DNS szál időleges törését okozhatják, ami pedig gyakran a rekombináció kiváltó oka lehet.
Gondolom mindenki emlékszik a Jurassic Park kezdő soraira, amikor a borostyánkőbe ragadt szúnyogból izolálják azt a vércseppet amiből aztán szinte spontán néhány tucat dinó faj teljes genomi DNS-ét rekonstruálják. El lehet vitatkozni azon, hogy a valóság jobb rendező-e mint Spielberg, mindenestre a következő kishír alapsztorija kísértetiesen hasonlít néhány lépésben a film forgatókönyvére. S bár "csak" mikróbákról van szó, azok szolid százmillió évvel idősebbek mint a dinoszauruszok.
Az élővilág változatosságának legfőbb oka az embrionális fejlődés során bekövetkező kisebb-nagyobb változásokban rejlik. Általában minnél közelebbi rokon két faj, ezek a változások annál később válnak nyilvánvalóvá az egyedfejlődés során. Leggyakrabban nincs is szó új gének megjelenéséről, egyszerűen meglevő gének szabályozása változik meg egy kicsit. Mint a mellékelt ábrán látható pl. az embrionális fejlődés egészen késői szakaszáig a denevér fejlődése (bal oldalon) kísértetiesen hasonlít az egér fejlődésére (jobb oldalon). Már jól elkülönülnek az egyes testtájak, de még nyoma sincs a későbbi szárnynak és hegyes füleknek. Ezek később válnak láthatóvá, de a hozzájuk vezető molekuláris változások az ábrán látható idő tájékán következnek be.
A denevérek alakja nem új keletű, már az 50 millió éves fosszíliák (fent) a ma élő utódiakhoz (lent) hasonló szárnystruktúrával rendelkeztek. Ez pedig azt jelenti, hogy a hüvelykujjuk kivételével ujjperceik meghosszabodtak, s a köztük feszülő bőrredő révén úgynevezett "kéz-szárnyat" alkotnak. (Ezzel szemben a madarak szárnya ún. "kar-szárny" - amely a teljes kar módosulása révén alakult ki -, a Pterosaurusok szárnya pedig "ujj-szárny" volt - itt egyetlen ujj részeinek a meghosszabbodása képezte a szárny alapját.) Csak erre az alakra nézve, világossá válik, hogy a szárnykeletkezés kezdeti lépéseit valahol a mellső végatg fejlődése során kell keresni.
A végtagbimbók fejlődése és növekedése során fokozatosan alakulnak ki a kart alkotó csontok. Először sejtek vándorlása és gyülekezése révén egy porc alapú "váz" jön létre, amelyet később fokozatosan helyettesít a csontszövet. Ez az a pont ahol az egér és a denevér végtagjainak kialakulását figyelve egy fontos különbséget lehet észrevenni: utóbbiak esetében a kialakuló ujjak porcos váza nem áll meg a növekedésben.
A kérdés tehát adott: milyen gének termékei a lehetnek felelősek ezért? A válasz pedig nem is annyira nehéz. Van ugyanis egy fehérje család, amely már a nevébő adódóan is jó jelölt ezek az ún. Bmp-k azaz Bone Morphogenetic Proteinek. A név (persze) nem véletlen számos olyan esetről tudunk, amikor különböző Bmp-k révén jellegzetes változások következtek be a csontozat kialakulásában. Néhányról korábban már én is említést tettem (lásd egyes halak és pintyek arcberendezésének alakulását), de végtagok esetén a tudományos irodalom további tippekkel is szolgál. Ha egerek végtagbimbóit Bmp2 gazdag médiumban nevelgetjük: az ujjak hosszabra nőnek, ellenben, ha egy Bmp anatgonistát, Noggint keverünk a tápoldatba, az tompa, rövid ujjakhoz jutunk. Ezen a gondolati úton végighaladva nem nehéz kitalálni, mi is az első teendő, ha a denevér ujjak megnyúlásának okát keressük: megvizsgálni, mi történik a kézben kifejeződő bmp2 génnel.
A fentiek ismeretében az eredmény nem teljesen meglepő: a denevérek fejlődő mellső végtagjának ujjaiban mind a bmp2 expresszió, mind a Bmp-k által szabályozott Smad jelátviteli út aktivitása sokszorosa annak, amit a hátsóvégtagjukban, vagy egerek mellső végtagjában figyelhetünk meg. Azaz a szárnykialakulás egy fontos (bár nem kizárólagos) tényezője a szóbanforgó gén aktivitásának felerősödése lehetett egy olyan helyen, ahol amúgy is kifejeződött az egyedfejlődés során.
Azok pedig akik azt szeretnék tudni, hogy a későbbiekben mi történik a denevér embrióval, a Pharyngulán elégíthetik ki kiváncsiságukat. ;-)
Sears KE, Behringer RR, Rasweiler JJ, Niswander LA (2006) Development of bat flight: Morphologic and molecular evolution of bat wing digits. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 103(17): 6581-6586.
A PLoS Biology lapjain olvasható egy interjú Jon D. Millerrel, aki régóta tanulmányozza az amerikai társadalom tudományhoz való viszonyát. A cikk jó része ennek megfelelően a tudományos gondolkozás elfogadottságának amerikai helyzetéről szól, de van egy érdekes rész, ami egy kicsit kikacsint a világra:
"Since 1979, he says, the proportion of scientifically literate adults has doubled—to a paltry 17%. The rest are not savvy enough to understand the science section of The New York Times or other science media pitched at a similar level. As disgracefully low as the rate of adult scientific literacy in the United States may be, Miller found even lower rates in Canada, Europe, and Japan—a result he attributes primarily to lower university enrollments."Azaz környezetünkben jó, ha minden hatodik ember képes megérteni egy színvonalas napilap tudományos rovatát. És ez baj. És itt jön közbe a kutatók és tudományos újságírók felelőssége. Előbbieknek ideje megtanulniuk kommunikálni, míg utóbbiaknak tényleg összeszedni alapvető tudományos ismereteket (pl. a Tiktaalik kapcsán az MTI, hvg.hu, stb. csapnivaló dolgokat írt). De talán a legnagyobb felelősség a tanárok vállán van: lelkesek kellene legyenek, s ne unalmas, kötelező szöveghalmazként prezentálják tárgyukat hanem vigyenek bele egy ki életet és lelkesedést (sajnos itt egy kicsit pesszimista vagyok, saját tapasztalatom szerint, az általam sokra becsült kivételektől eltekintve, a tanárképzés terén az elmúlt években nagyban érvényesült az "aki tudja, csinálja, aki nem tudja, tanítja" szelekciós elv). A mindenkori politikumnak pedig arra kell vigyáznia, hogy még véletlenül se engedjen az olyan törekvéseknek, amelyek egy félreértelmezett ideológiai harc részeként próbálnak fellépni a tudományos gondolkozás ellen, olyan törésvonalakat vízionálva utóbbi és a vallás között, amelyek a valóságban nem léteznek.
Frissítő rövidhírként: egy izraeli csoport által jegyzett tanulmány szerint, amikor az oktopuszok szájukhoz emelik zsákmányukat, azt emberi karhoz hasonló mozgással teszik. Első hallásra furcsa lehet, hogy egy belső váz nélküli csáp, miként viselkedhet hasonlóan egy belső vázzal és ízületekkel rendelkező végtaggal, de a dolog nyitja a kar két végről elinduló izomösszehúzódási hullám, amelynek következményeképpen, a kettő találkozásánál egy "ízület" jön létre, amely körül a csáp két része elfodulhat.
Ha pedig épp nem bizonyos dolgok "felkarolásával" vannak elfoglalva, akár két csápon sétálhatnak is egyet, a maradék hattal álcázva magukat (lásd itt, különös tekintettel a videókra ;-))
A blog régi olvasói talán még emlékeznek arra, hogy anno egy olyan poszttal indítottam amely a csökevényes szervek apropóján a kígyók lábainak történetét oknyomozta. Azért időszerű ezt felidézni, mert nemrég került elő egy újabb átmeneti fosszília (ez már csak egy ilyen hónap), egy olyan kígyónak a maradványa amely az eddigi fosszíliák közül a legfejlettebb lábbal rendelkezik. A Patagóniából származó Najash rionegrina azért is különleges, mert ez az első olyan ősi kígyó-maradvány, amelynek "dereka van", azaz szakrális csigolyái és csipő csontjai! (Ez még az eddigi legteljesebb lábbal rendelkező Haasiophis terrasanctus estében sem volt megfigyelhető.) Gyakorlatilag a Najash-nak funkcionális lába volt. A csonttani vizsgálatok szerint az ominózus, Felső Krétában élt csúszómászó valószínűleg a kígyófélék legősibb, alapjegyeit viseli, azaz az említett csoport ma ismert legprimitívebb, ún. bazális képviselője. Sőt, léte talán eldöntheti azt a vitát is, mely arról szól, hogy a kígyók tengeri vagy szárazföldi hüllőkből származnak. Ezzel a lelettel inkább az utóbbi nézetnek áll a zászló, s az is valószínűnek látszik, hogy a szárazföldi és az egykori tengeri kígyók (az ún. Mososauridae csoport) párhuzamosan, egymástól függetlenül veszítették végül el a lábukat. (A kígyó paleo-taxonómia amúgy egy elég vitatott terület, az érdeklődők bővebben a Lancelet-en olvashatnak erről.)
Apesteguía, S. and Zaher, H. (2006) A Cretaceous terrestrial snake with robust hindlimbs and a sacrum. Nature 440: 1037-1040.
Előzmények: "Kígyónak lábsó ... " - Csökevény szervek 1.
Bő egy hete esett szó pár millió éve trópusi mocsarakban élő halfajok szárazföld iránti vonalmáról, s itt egy újabb kis hír amely egy kortárs afrikai harcsafaj szárazföldi próbálkozásait dokumentálja.
A vak órásmester c. könyvét Richard Dawkins azon kulcsgondolat köré építi, hogy bár egyesek számos biológiai rendszerben tervezettséget vélnek felfedezni, valójában ez teljesen látszólagos, és az ilyen összetett rendszerek is létrejöhetnek a természetes szelekció során. Amennyiben esetleg mégsem, mint arra már maga Darwin is rámutatott, az az elmélete gyors kimúlásához vezetne.
A hormon-receptor kölcsönhatást sokan szeretik kulcs-zár hasonlattal jellemezni, ahol a rendszer specificitását az biztosítja, hogy egyes receptorhoz csak meghatározott szerkezetű hormonmolekulák kapcsolódhatnak. Azok a hormonok, amelyek nem képesek a receptorokhoz megfelelően kapcsolódni, nem is lesznek képesek azokat aktiválni. Mindezek miatt első látásra ez pontosan olyan rendszernek tűnik, amit az értelmes tervezettség hívei szeretnek "lecsökkenthetetlenül komplexnek" aposztrofálni, azaz olyasminek, ami nem alakulhatott ki a mutációk és a természetes szelekció egyszerű rendszere révén.
Az eheti Science azonban pont egy olyan tanulmányt közöl, ami ennek ellentmond. Szervezetünk hormonrendszere elengedhetetlen a homeosztázis fenntartásához. Egyes hormonok olyan folyamatokat szabályoznak, melyek révén a vér kálcium-, cukor- vagy sótartalma egy adott tartományon belül tartható. Jó példa erre az aldoszteron, amely a vesében szabályozza a sóvisszatartást. Ez a hormon egy ún. mineralocorticoid hormon, amely (nem túl meglepő módon) mineralocorticoid-receptorokhoz (MR) kötődik. Ilyen receptorok az összes gerincesben előfordulnak, ami már csak azért is érdekes, mert az aldoszteron csak a szárazföldi gerincesekben létezik, halakban egy 11-deoxycorticosterone (DOC) nevű hormont köt meg (amely bennünk történetesen az aldoszteron prekurzora). Egy kis molekuláris piszkálódással és hasonlítgatással kiderült, hogy a MR-ok egy másik receptorcsaláddal állnak rokonságban, a glucocorticoid-receptorokkal (GR). Ezek a cortisol nevű stressz-hormont kötik meg, amelynek fontos szerepe van a gyulladásokban is. A cortisolt (és az aldoszteront is) a mellékvesekéreg termeli, és funkcionális tesztek kimutatták, hogy adott esetben szintén képes lenne az MR-t aktiválni. Lenne, mondom, mert a valóságban a vesében, ahol a MR-ok előfordulnak, olyan enzimek termelődnek, amelyek lebontják a hormont.
A kérdés tehát adott: ha a két receptortípus hasonlít egymásra, eredeztethetőek-e közös tőről? Ez ugye azt jelentené, hogy valamikor léteznie kellett egy ősi receptornak, amelynek a duplikációját követően kialakulhatott a GR és a MR, úgy, hogy az átalakulás olyan kismértékű változások sorozatával történt, amelyek biztosították a működőképes közbülső formák létét. Nos, ami biztosnak látszik, az az, hogy az állkapocsnélküli halak (pl. ingolák) csak egyetelenegy corticoidreceptorral rendelkeznek, amely mindhárom fent említett hormont (aldoszteron, DOC, cortisol) képes megkötni. Ezeket, illetve különböző állkapcsos gerincesek GR- és MR-szekvenciáit felhasználva a kutatók kibarkochbázták, hogy mi is lehetett az ősi corticoidreceptor-molekula (AncCR) hormonkötő részének szekvenciája. Sőt, tovább lépve meg is szintetizálták ezt a receptordarabkát, amely, mint kiderült, szintén képes mindhárom hormontípus megkötésére. A MR, amely ebből a szempontból hasonló, értelemszerűen viszonylag egyszerűen kialakulhatott az AncCR-ból. Az igazi kérdés a cortisolspecifikus GR kialakulása. Szekvenciaszinten ehhez két aminosavnyi változásra volt szükség. Nem sok, de ahhoz, hogy az átmenet valószínűsíthető legyen, a közbeeső forma is működőképes kellett legyen. És az is volt: a 106-os pozícióban levő szerint prolinra cserélve olyan receptorhoz jutunk, amely ugyan nem köti meg a cortisolt (sem az aldoszteront, de minthogy ez a receptor azelőtt létezett, hogy az aldoszteron kialakult volna, ez nem is annyira lényeges), de DOC-re vidáman reagál. Ebből aztán a következő mutáció révén (111-es leucinból glutamin lett) kialakulhatott a GR.
Summa summarum: egy első látásra lecsökkenthetetlenül komplex rendszerről kiderült, hogy nem az, és létrejöhetett kis lépésekben. (Hab a tortán, hogy Michael Behe, a lecsökkenthetelen komplexitás guruja kissé zavarba jött, és kijelentve, hogy ez a rendszer túl egyszerű ahhoz, hogy "lecsökkenthetetlenül komplex"-nek lehessen nevezni, gyorsan átdefiniálta a fogalmat ... ;-))
Drága jó mikrobiológia tanárom szarkasztikus megjegyzése szerint az emberi közegészségügy elleni egyik legnagyobb merényletet bizonyos Mechwart András, a hengermalom feltalálója követte el. Persze nem kell ezt szószerint venni, de kétségtelen, hogy a hatékonyabb őrlés előfeltétele volt annak, hogy a szénhidrátot nagy tételben tudjuk eltüntetni magunkban. Ez pedig a kultúrnövények hatékonyabb felhasználásán keresztül nemcsak a lakosság növekedését tette lehetővé, hanem remek lehetőséget biztosított a szánkban lakó mikroorganizmusoknak is. Utóbbiak - hacsak nem igyekszünk rendszeresen megszabadulni a társaságuktól - olyan savakat termelnek, amelyek kioldják a fogzománcot és a fog egyéb ásványi anyagait, helyre kis lyukakat hozva létre.
Értelemszerűen, a fenti "definíció" szerint a fogak elleni első "merénylet" a mezőgazdaság meghonosodásához köthető. És a jelek szerint valóban: a pakisztáni Mehrgarhban feltárt neolitikus temetőben számos olyan koponyamaradvánra bukkantak a régészek, amelyek egyértelmű fogászati beavatkozás nyomait mutatják. Ez pedig pont az a korszak, amikorra a környéken a rozs és búza termesztés elterjedhetett. A 7500-9000 éves sírokból előkerült 11 kezelt örlőfogban (ezek 9 személyhez tartoznak) jól látható, hogy valamilyen fúró szerszámmal (ez felthetőleg a jobb oldalon látható, íj alapú fúró lehetett) lyukakat fúrtak. A lyukak helyzete és mérete alapján a kutatók szerint ezek gyógyászati célú beavatkozások lehettek, annak azonban sajnos nem maradt nyoma, hogy mit használhattak tömésnek a korabeli dokik.