Az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) munkatársai Szathmáry Eörs evolúcióbiológus vezetésével a világon elsőként mutatták ki számítógépes szimuláció segítségével, hogy a földi élet hajnalán hogyan jöhettek létre a kromoszómák – tudósít az MTI. A felfedezés alapjaiban változtathatja meg az élet keletkezésének kutatását.
Az ELTE-kutatók elméletéről a közelmúltban jelent meg tanulmány a PLOS Genetics című szakmai folyóiratban. Mint írják, az élet, a mai tudásunk szerint, nem képzelhető el információtovábbítás nélkül. Az élőlényeknek már a kezdet kezdetén át kellett adniuk a saját szervezetük felépítéséről és az életfolyamataik működéséről szóló információt a követő nemzedék tagjainak. Arról mára széles körű tudományos konszenzus alakult ki, hogy az első örökítőanyag-molekulák rövidek voltak, és a mai RNS-re hasonlítottak. Az RNS ugyanis egyszerre működik örökítőanyagként és enzimként is, vagyis az élethez szükséges molekuláris folyamatokat is képes irányítani – szerepel a közleményben.
Egy csónakban evezve kisebb a versengés
Kezdetben ezek a kezdetleges génekként működő rövid RNS-molekulák nem kapcsolódtak egymáshoz, mint ahogyan a mai élőlények sejtjeiben lévő kromoszómákon lévő gének kapcsolódnak. A kromoszómák megjelenése az élet evolúciójának egyik fontos mérföldkövét jelentette. De hogyan történt ez az ugrás? – teszik fel a kérdést. „Ha e gének szabadon mozognak, és egymástól függetlenül készül róluk másolat, akkor egyesek óhatatlanul sikeresebbek lesznek, gyorsabban szaporodnak, és elnyomják a többieket. Vagyis az élőlény egésze nem maradhat fenn” – idézik Szathmáry Eörs akadémikust, az ÖK főigazgatóját.
„Ennek a problémának mi, magyarok adtuk meg a máig legelfogadottabb megoldását még 33 évvel ezelőtt: sejtekbe kell csomagolni a géneket. Így … mindenki egy csónakban evez, és senki nem nyer azzal, ha túlságosan ingatják a csónakot” – magyarázza az akadémikus. Ezzel a sejtes szerveződés eredete magyarázatot nyert, de az összefüggő kromoszómák megjelenése továbbra is rejtély maradt. Az utóbbi jelenséget vizsgálva angol és magyar evolúcióbiológusok értek el áttörést 1993-ban. Már akkor számítógéppel modellezték az ősi sejtek működését, és kimutatták, hogy a kromoszómákká összekapcsolt gének sikeresebbek voltak, mivel csökkentették a gének sejten belüli versengését. Ám a 27 évvel ezelőtti komputerek képességeit össze sem lehet hasonlítani a mai lehetőségekkel. Így a kutatók nemrégiben egy sokkal kifinomultabb, ezáltal valósághűbb körülményeket teremtő algoritmus segítségével továbbfejlesztették a kísérletet.
Az együttműködés gén szinten is megéri
„A korábbi szimulációba nem vettük be a genetikai állomány megváltozásának, tehát a mutációknak a hatását, noha ez a jelenség az evolúció egyik valós hajtóereje. Emellett az úgynevezett dózishatás is hiányzott a kísérletből. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy ha a sejt több RNS-enzimet tartalmaz, akkor gyorsabban képes működtetni az életfolyamatait” – fejtette ki Szathmáry Eörs. A kutatók ezúttal mindezt figyelembe vették, így valósághűen sikerült modellezniük a korai sejtek küzdelmét, és bennük a kromoszómák létrejöttét. Azt vizsgálták, hogy az eltérő alkotóelemeket tartalmazó sejtek közül melyek válnak sikeressé a túlélésért folyó harcban. A szimuláció megengedte a gének összekapcsolódását, vagyis a kromoszómák létrejöttét, de felbomlását is, ami az RNS-világban gyakran előfordulhatott.
Kiderült, hogy a dózishatásnak engedelmeskedve olyan kromoszómák terjednek el a populációban, amelyekben több azonos gén kapcsolódik össze – vagyis megjelentek a ma ténylegesen is létező géncsaládok. Ráadásul e kromoszómák a különböző feladatot ellátó géneket azonos, kiegyensúlyozott mennyiségben tartalmazzák. A tudósok ezzel bizonyították, hogy a különböző gének a sejt számára optimális számban és arányban kapcsolódnak össze kromoszómákká, méghozzá spontán módon. „A legnagyobb eredményünk, hogy bebizonyítottuk: a kromoszómák segítségével a sejtek több gént képesek fenntartani, mint kromoszómák nélkül. Ezáltal összetettebb élőlények jöhettek létre, és megjelenhetett az élet abban a formájában, ahogy azt mi ismerjük” – összegzi a vizsgálat eredményét Szathmáry Eörs, Széchenyi-díjas evolúcióbiológus.
