Evolúció a gének előtt

Rendkívüli tudományos érdeklődés övezi Szathmáry Eörsnek, az ELTE TTK egyetemi tanárának, az MTA levelező tagjának 2012. január elején megjelent tanulmányát. A kutató olyan elméleti evolúciós modellt ír le, amely több mint 3,5 milliárd éve, a nukleinsavak által meghatározott világ előtt létezhetett. Ha a kutatók a jövőben az elméletet kísérleti úton is igazolni tudják, azzal sikerül megtalálniuk a korai evolúció egyik hiányzó láncszemét.

Az élet eredetét bemutató képzeletbeli „könyv” számos fejezetére fény derült már, de teljes történetét még nem fejtették meg az evolúcióbiológusok. Az egyik legérdekesebb kérdést, az öröklődést lehetővé tévő gének kialakulásának kérdését még homály fedi. A kutatók előtt a mai napig nem ismert, miként keletkezett a nukleinsavak által uralt világ. Vajon milyen evolúciós folyamat vezetett 3,5 milliárd évvel ezelőtt a DNS és az RNS kialakulásához? Az öröklődés folyamatában két nagy molekulacsalád vesz részt, az információt tároló nukleinsavak és a munkát végző fehérjék. A kísérletek tanúbizonysága szerint a nukleinsavak spontán keletkezését nagyon nehéz előidézni, fehérjék viszont még a tisztán kémiai rendszerekben is viszonylag könnyen keletkeznek. Az utóbbiak azonban nem reprodukálódnak, nem evolúcióképesek – legalábbis eddig így gondolták a kutatók. A tudományos felfedezés nehézségét az adja, hogy vegyi úton kell felismerni egy olyan biológiai rendszert, amely természetes folyamatok révén képes az első evolúciós egységek létrehozására.

Szathmáry Eörsnek, az MTA levelező tagjának „A gének előtti evolúció” című tanulmánya olyan új evolúciós modell alapját fekteti le, amely a DNS-t megelőző világban létezhetett. A Biology Directben megjelent cikkben Szathmáry Eörs és társszerzői az 1971-ben felállított elméleti modellt, a Kauffman-féle sejtést vizsgálták meg az evolúció szemszögéből. A modell feltételezi, hogy egy tisztán fehérjealapú rendszer önreprodukciója is megvalósítható. „Olyan, kizárólag fehérjékből álló reakcióhálózatot kell elképzelni, amelynek az alkotóelemei szintézisutakat katalizálnak, s ez ugyanolyan összetevők keletkezéséhez vezet” – magyarázta az elméleti modell fontosságát Szathmáry Eörs, az MTA-ELTE Elméleti Biológiai és Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportjának a vezetője. Kauffman – aki a most megjelent cikk egyik társszerzője is – negyven évvel ezelőtti ötletének evolúciós következményeit ilyen mélyrehatóan eddig még senki nem vizsgálta, és kísérleti úton sem igazolták. „Sőt, matematikailag sem jártak utána, képes-e egy hasonló önreprodukáló hálózat a darwini evolúcióra. Mi pontosan ezt vizsgáltuk meg most közzétett tanulmányunkban (amely két hét alatt elérte a letöltési csúcsot): lehetséges-e ebben az esetben az evolúció valamilyen formája. Azaz létezhet-e a Kauffman-féle hálózatban a sokszorozódás, az öröklődés és az öröklődő változékonyság. A szimulációink végén kérdésünkre igenlő választ kaptunk” – nyilatkozta az mta.hu-nak az ELTE-s kutató.

A kutatók ezeket a Kaufmann-típusú hálózatokat kis „gömböckékbe”, ún. protosejtekbe helyezték el, amelyek a hálózatok növekedésében egy kritikus méretet elérve, spontán módon osztódni kezdtek. „Számítógépes szimulációink során megfigyeltük, hogy ilyenkor a gömböcben lévő molekulák statisztikusan osztódtak el a két utódgömböc között. Ez volt az evolvabilitás egyik feltétele, amit kimutattunk” – ismertette a kutatás egyik lényegi elemét Szathmáry Eörs. A kutatók olyan hálózatokat is megfigyeltek, amelyeknek azonos molekulakészletük volt, de az osztódás során egyfajta „mutáción” estek át. „Azaz, ha a rendszerben »A« jellegű hálózatok voltak, és osztódni kezdtek, az új gömböcök között keletkeztek tőlük bizonyos fokig eltérő »B« jellegűek is. A »B« jellegű hálózatot produkáló protosejtek pedig adott esetben kiszorították a többit. Ebben az értelemben darwini típusú természetes szelekció valósult meg a hálózatok között” – mondta.

Szathmáry Eörs és kollegái az új modellt a „szegény ember” evolúciójának nevezték el, mert e hálózatok a mai élő rendszerekben zajló nukleinsav-replikációhoz képest nagyon szerények: nem keletkezhet belőlük annyi változat, mint az RNS-ből. A cikk megjelenése tudományos szenzáció, hiszen ez az új elméleti modell betöltheti az élet keletkezésének korai szakaszát uraló abszolút kémiai káosz és a nukleinsavak meghatározta világ kialakulása közötti űrt. Az elmélet még igazolásra vár, hiszen csak a Kauffman-rendszerek kísérleti úton történő létrehozásával lehet megerősíteni vagy cáfolni.

Forrás: MTA