A földi evolúció első évmilliárdjai

A földi élet történetéről kézzelfogható bizonyítékokkal leginkább egy nevezetes esemény, a nagyjából félmilliárd évvel ezelőtt bekövetkezett „kambriumi robbanás” után rendelkezünk. Ekkor jelentek meg elképesztő sokféleségben és mennyiségben mai soksejtű állatcsoportok ősei, és ezt az evolúciós „robbanást” néhány tízmillió évvel később a szárazföldi növények csoportjai is követték.

Félmilliárd évnél régebbi fosszília azonban nagyon kevés maradt ránk, noha tudjuk, hogy az élet ekkor már jó hárommilliárd éve jelen volt a Földön.

Az utóbbi évtizedekben a genetika fejlődése egy teljesen új módszert adott a kutatók kezébe a múlt vizsgálatára. Az örökítőanyag ugyanis amellett, hogy hordozza az élőlények működésének tervrajzát, egyúttal evolúciós történetük dokumentuma is, mely különösképpen akkor árul el sokat az élet történetéről, ha sok élőlény DNS-ét vizsgálják egyszerre. A korábbiaknál nagyságrendekkel gyorsabb, új generációs genomszekvenálási módszerekkel pedig ezek az adatok könnyedén elérhetővé váltak.

Trilobiták (Ogygopsis klotzi) fosszíliái a kambriumi robbanást reprezentáló leghíresebb lelőhelyről, a kanadai Burgess-palából
(Forrás: Flickr/California Academy of Sciences Geology)

A „genetikai régészet” legismertebb módszere, a molekuláris óra alapját az jelenti, hogy az evolúció során statisztikailag viszonylag állandó ütemben jelennek meg apró változások, mutációk az élőlények DNS-kódjában.

Olyan ez, mintha egy papírlapot kiraknánk a szemerkélő esőbe: ha egy idő után megszámoljuk rajta a vízfoltokat, nagyjából tudjuk, milyen régóta ázik. Ezen az elven alapul számos archeogenetikai módszer is. A dolog buktatója, hogy különböző élőlények molekuláris órái más és más ütemben járhatnak, és a módszer nagyon hosszú időtávon nem alkalmazható. Ahhoz. hogy jó becsléseket kapjanak a kutatók, sok élőlény DNS-ét kell összevetniük, és az órákat valahogy kalibrálni kell. Erre adnak nagyszerű lehetőséget a fosszíliák, amelyek fizikai létükkel bizonyítják, hogy például két ma ismert élőlény ősei egyidőben, egymás mellett éltek.

A kalibrációs módszer azonban nem működik ott, ahol nincsenek fosszíliák. Tehát ahogy egyre mélyebbre hatolunk az élet első hárommilliárd évében, mind bizonytalanabbá válnak a molekuláris órák időskálái.

Szöllősi Gergely János és kutatótársai most megjelent publikációjukban egy teljesen új genetikai módszert ajánlanak, amely fosszíliák híján is pontos kalibrációt tesz lehetővé.

Módszerük alapja egy pár évtizede felfedezett jelenség, a horizontális géntranszfer,

amelynek során élőlények egymástól vesznek át DNS-szakaszokat, és építik be saját örökítőanyagukba. Az idők során kiderült, hogy ez a jelenség egyáltalán nem ritka az élővilágban, és nagy szerepe lehet például egyes baktériumok antibiotikum-rezisztenciájának kialakulásában. Szőllősiék ötlete egy egészen egyszerű felismerés: ha egy élőlény egy másiktól átvett egy DNS-szakaszt, akkor egészen biztos, hogy egy időben éltek. A kutatók 40 cianobaktérium-, 60 archaea- és 60 gombafaj teljes genomjában található sok tízezer gén szekvenciája alapján horizontális géntranszfer-események ezreit rekonstruálták. A rekonstrukciós hibák kiszűrésére saját optimalizálási eljárást dolgoztak ki, és így határoztak meg végül egy olyan fajképződési sorrendet, amely legnagyobb számú géntranszferrel összeegyeztethető.

A kutatócsoport azt is megmutatta, hogy ez a fajképződési sorrend jól megfeleltethető a molekuláris órák alapján korábban meghatározott időinformációknak az élet mindhárom nagy csoportjában, azaz a baktériumok, az archaeák és eukarióták esetében is. Így előállt egy olyan módszer, amelynek eredményei összhangban vannak az eddig ismert genetikai régészeti eljárásokéival, ráadásul használható az élet sokkal távolabbi múltjában is. Az Európai Kutatási Tanács támogatásával és Szőllősi Gergely János vezetésével tavaly indult GENECLOCKS projekt központi célkitűzése e  módszer továbbfejlesztése és alkalmazása.

A kutatásról a rangos amerikai ismeretterjesztő lap, a Quanta Magazine is beszámolt. 

Az ELTE Arcai sorozatban Szőllősi Gergely János a rák és az evolúciós biológia kapcsolatáról beszél:

Forrás: mta.hu