Dögevők kései utódai volnánk a világ közepén? – interjú Szathmáry Eörs evolúcióbiológussal

A kilencvenes évek elején két evolúcióbiológus úgy döntött, hogy feltűri az ingujját, és egységes rendszerbe foglalja mindazt, ami addig ismert volt a földi élet fejlődéséről. Idén, az evolúciókutatást forradalmasító tanulmány publikálásának húszéves évfordulóján jubileumi konferenciát szerveztek a szerzőpáros tiszteletére, amelynek ma is élő tagjával, Szathmáry Eörssel beszélgettünk kátránnyal borított idegen bolygókról, antikopernikuszi fordulatról és távoli őseinkről, a fecsegő dögevőkről.

Az evolúciókutatás húszéves evolúciója

John Maynard Smith
John Maynard Smith

Szathmáry Eörs és John Maynard-Smith 1995-ben publikálták az evolúcióbiológia addigi eredményeit összegző munkájukat, a The Major Transitions in Evolution című könyvet, mely magyarul Az evolúció nagy lépései címmel jelent meg. A számítástechnika és a genetika az azóta eltelt húsz évben hatalmas fejlődésen ment keresztül, egyre jobb eszközöket adva az evolúciókutatók kezébe. A kilencvenes évek közepén lefektetett elmélet erejét jelzi, hogy alapvonalai nem sokat változtak, azonban időközben annyi tudás gyűlt össze a témában, hogy a kutatói közösség szükségét látta egy jubileumi konferencia szervezésének, mely ismét fontos mérföldkövet jelenthet az evolúcióbiológia fejlődésében. Erre a konferenciára került sor 2015 márciusában az amerikai kontinens egyik legelismertebb felsőoktatási intézményében, a Mexikói Autonóm Nemzeti Egyetemen, a szerzőpáros ma is élő tagja, Szathmáry Eörs mint kiemelt előadó részvételével.

Mit mond most az evolúciókutatás az élet születéséről?

Kibúvóval is válaszolhatnék, és azt is mondhatnám, hogy ez nem az evolúcióbiológia kérdése, mert definíció szerint az első, önmaguk másolására képes struktúrák, vagyis a replikátorok megjelenéséig nincs is darwini értelemben vett evolúció. Persze már csak azért sem keresek ilyen kibúvót, mert ez az egyik legfontosabb kutatási területem.

Szathmáry Eörs
Szathmáry Eörs

Nincs egységes álláspont ebben a kérdésben. Sokan ismerik a klasszikus Miller-kísérletet, amelyben az ősi Föld viszonyait próbálták utánozni. Itt egy barna szutykos lé keletkezett aminosavakkal és sok egyéb vegyülettel, amelyek jól jöhetnek az élet keletkezéséhez. A gond azonban az, hogy jelenlegi tudásunk szerint a Föld légköre sosem volt redukáló – leegyszerűsítve: oxigénben szegény és hidrogénben gazdag –, márpedig ez elengedhetetlen a kísérlet sikeréhez.

No de akkor mi volt? Hogyan jutunk el a kémiai komplexitás megfelelő szintjére?

Bár biztos válaszaink nincsenek, vannak ígéretes jelöltek. Tudjuk, hogy az üstökösök rengeteg szerves anyagot és vizet szállítottak a Földre. Olyannyira, hogy úgy tűnik, az összes földi víz eredete ide vezethető vissza, és e korai becsapódások aminosav-komplexitású molekulák gigatonnáit szállították bolygónkra.

Ráadásul ott vannak a hévforrások, amelyek autonóm módon, alulról pumpálják fel a kémiai potenciált meg a szerves anyagot. Ezeket azért is fontos megemlítenünk, mert jelenlétüknek asztrobiológiai vonatkozása is van. Nevezetesen, ha létezik a Naprendszerben Földön kívüli élet, akkor azok a holdak a legjobb jelöltek erre, amelyeknél a jég alatt ilyen jellegű hévforrások lehetnek.

Alapanyag tehát mégis lehetett bőven – innen már nem is lehet olyan távol az élet kialakulása.

Sajnos ahhoz, hogy az élet legalábbis egyszerű replikátorok formájában megjelenjen, ennél sokkal többre volt szükség. Az élet ugyanis legalább annyira dinamikai, mint strukturális kérdés – ahhoz, hogy létrejöjjön, a megfelelő szerves anyagoknak egy helyen kell együttesen megjelennie, ráadásul ki kell alakulniuk azoknak az autokatalitikus rendszereknek, amelyeket már replikátoroknak nevezhetünk.

Egy friss tanulmány, amely nemrég látott napvilágot a Nature Chemistry hasábjain, erre is ígéretes megoldást kínál. A cikk egyik érdekessége, hogy első hivatkozása nem más, mint a magyar kémikus, Gánti Tibor Principles of Life című munkája – ő volt az, aki már az 1970-es években komolyan foglalkozott az első, élőnek nevezhető kémiai rendszerekkel, a chemotonokkal. A most megjelent cikk szerzői szerint megfelelő feltételek fennállása esetén a lipidek, aminosavak, nukleotidok forrásai egyszerre is keletkezhetnek. Ezzel még nem tartunk működő rendszernél, azonban mindenképpen kedvezőbb kiindulási helyzet, mintha ezek az anyagok egymástól több ezer kilométerre sűrűsödnének az ősi óceán vizében, az őslevesben.

Ez azt jelentheti, hogy a lipidek révén már megszülethettek az első membránok, amelyekkel ezek a reakciókörök el tudták magukat határolni?

Ha így is volt, semmiképpen se asszociáljunk ma ismert biológiai membránokra, amelyeken keresztül aktív transzportfehérjék szabályozzák az ionok és egyéb anyagok áramlását. Ha pedig ezek nem voltak – márpedig miért lettek volna – akkor egy ilyen, lehatárolt rendszer könnyen megfullasztja önmagát pusztán azzal, hogy a membránon belül elfogy a tápláléka, vagy felszaporodnak a melléktermékei. Ezért sokan azt gondolják, hogy a legkorábbi, élőnek tekinthető vagy ahhoz közeli rendszerek extrém heterotrófok voltak, vagyis csak a makromolekuláris dinamika ment végbe a belsejükben. A kismolekulák számára viszont oda-vissza átjárhatók voltak, és lassan váltak egyre specifikusabbá, ahogy a membránjuk evolválódott, és ahogy ezzel párhuzamosan a belső, enzimek által katalizált metabolizmus kiépült.

Az evolúció nagy lépései borítóképe, Breznay József Kossuth-díjas festőművész alkotása
Az evolúció nagy lépései borítóképe, Breznay József Kossuth-díjas festőművész alkotása

Így ezek az első replikátorok akár el is fogyaszthatták az eredeti szervesanyag-készleteket?

Valóban, azonban a Föld ma majdnem teljesen reciklizáló, és ez az ősi időkben is nagyon fontos kritérium lehetett. Ahogy a diákjaimnak szoktam mondani: az élet keletkezése, a biogenezis verseny volt a kátrányképződés és az életképződés folyamatai között. El tudom képzelni, hogy találunk majd olyan bolygókat, ahol nagyon sok a szerves anyag, de az mind kátrány lesz.

Az ősleves-elmélet utódja egy másik merész gasztronómiai hasonlat, a prebiotikus pizza. Eszerint az élet keletkezéséhez nem lehetett elég a hatalmas óceánban lebegő szerves anyagok sokasága, kellett hozzá valamilyen felület is, ahol a reakciók végbemehettek.

A felületek több okból is fontosak lehettek. Egyrészt katalizátorként működhettek, másrészt bizonyos energetikai megfontolásokból is kedvezőbb helyzetet adnak. A harmadik fontos szempont, hogy felszínhez kötődve az evolúciódinamikai folyamatok is másképp mennek végbe, ha az anyagok diffúziója nem teljesen szabad a térben, ez kedvez a koegzisztenciának, vagyis többféle replikátor élhet együtt. Enélkül pedig nincsen korai genetikai állomány, vagyis a pizza már az abban az időben is jó volt.

Tehát lényegében egy szabadságfok szűnt meg, és ezek a korai rendszerek egyfajta síkföldön működtek. Ezek a felületek biztosították azt, amit később a belső membránrendszerek és az enzimek?

Igen, de persze meglehetősen “fapados” módon. Azonban a semminél bármi jobb! Ez a gondolat általában is fontos szerepet kap az evolúciókutatásban: ne a végállapothoz mérjünk egy köztes állapotot, hiszen akkor biztosan rosszabb lesz – a semmihez mérjük!

Ezektől az egyszerű replikátoroktól később eljutunk egy olyan szintre, ahol szétválik az információtárolás és az anyagcsere, megjelenik a DNS-kód, a fehérjeenzimek. E két világ között azonban kellett lennie valamilyen átmenetnek.

Sokakkal egyetemben én is úgy vélem, hogy létezett egy RNS-világ, amelyben az információt is a ribonukleinsavak tárolták és a munkát is ők végezték. Abban azonban nem hiszek, hogy ez tiszta folyamat lett volna. Az RNS-világ az RNS mellett tele volt mindenféle “szeméttel”, és ennek a szemétnek egy része hasznosult. Így például az aminosavak nagyon fontos szerepet játszhattak az RNS katalitikus aktivitását segítő kofaktorokként, és nemcsak úgy, mint bizonyos nukleotidok előanyagai.

Ma ismert ribozimek, vagyis enzimként viselkedő ribonukleinsavak
Ma ismert ribozimek, vagyis enzimként viselkedő ribonukleinsavak

Az RNS-világ gondolata áthidal egy nehéz evolúciós átmenetet, azonban az elgondolás hihetőségét aláássa, hogy nem sikerült még olyan RNS-molekulát készíteni – szimulált evolúcióval vagy más módon –, amely képes lenne tetszőleges RNS-molekula replikációját katalizálni. Speciális esetek vannak, azonban általános replikáz funkciójú RNS mindmáig nem ismeretes, pedig Nagy-Britanniában és a tengerentúlon igen komoly ilyen irányú kutatások folynak.

Volt-e előrelépés az elmúlt húsz évben annak a folyamatnak a feltárásában, ahogy szétvált az információtárolás és az enzimek működése a korai sejtekben?

Még valamikor az 1980-as évek végén javasoltam, hogy csináljanak olyan RNS-molekulákat evolúció révén kémcsövekben, amelyek specifikusan képesek aminosavakat kötni, majd vizsgálják meg, hogy a kötőhelyekben előfordulnak-e statisztikailag nagyobb számban a jelenlegi kodonok vagy antikodonok, tehát azok a nukleotid-bázishármasok, melyek ma az ismert aminosavakat kódolják. Egy Michael Yarus nevezetű úr ezt a kutatási programot tüneményes sikerrel végrehajtotta, és a válasz igen: azt tapasztaltuk, hogy a kötőhelyek valóban, statisztikailag messze túlreprezentált módon tartalmaznak kodon vagy antikodon tripletet. Ez azt jelenti, hogy a térkémiának, a nukleinsavak és az aminosavak közötti kapcsolatnak nagyon fontos szerepe volt a genetikai kód kialakulásának irányába.

Ezt a mechanizmust kis jóindulattal eddig nyolc aminosavra lehetett bizonyítani, a többire még nem – de ez már elég is, mivel az indulás a nehéz. Utána már a szótár bővítése voltaképpen triviális dolog.

Azt azonban nem állíthatjuk, hogy némi nukleotidot és aminosavat összeöntve biztosan ebbe az irányba fejlődik a rendszer. Csak annyit mondok, hogy így tudom értelmezni, ami nálunk megtörtént. Azonban azzal nagyon óvatos lennék, hogy kimondjam: ez máshol is így történne. Sok természetes kapcsolat van – ez az egyik közülük.

Megtalálták-e ennek a genetikai kód előtti világnak a ma is létező nyomait?

Nincs ilyen, mégpedig azért, mert a genetikai kóddal rendelkező organizmusok túlságosan hatékonyak. Ha versenyhelyzetbe kerül egy teljességgel RNS-alapú sejt, és egy olyan sejt, amelyben fehérjék és genetikai kód működik, akkor előbbieknek semmi esélyük. Egy Steven Benner nevű kémikus azonban mégiscsak talált egy búvóhelyet, ahol elvileg meghúzódhattak az RNS-világ túlélői. A mai sejt méretét ugyanis alulról korlátozza a riboszóma, ahol a fehérjeszintézis történik. Ebből mindenképpen szükség van néhány példányra, így a sejt nem mehet a riboszóma mérete alá. Ugyanakkor vannak a sziklák belsejében olyan pórusok, amelyek átmérője ennél kisebb, tehát ide a modern sejteknek esélyük sincs bejutni. Itt rejtőzhetnek az RNS-világ hírmondói. Mélyre kellene lefúrni, vigyázni kellene, hogy a minta ne törjön össze és ne szennyeződjön, vagyis technikailag nem feltétlenül könnyű feladat, de talán nem is folyik ilyen irányban elég intenzív kutatás.

Ha feltételezzük, hogy létezett ez az RNS-világ, mi lehetett a következő lépés?

A következő lépés a genetikai kód kialakulása volt, amikor a kódolt fehérjeszintézis kialakult a nukleotid-bázishármasokat (tripleteket) tartalmazó kódszótárral. Jelenleg úgy gondoljuk, hogy ezek allépései voltak a prokarióta típusú sejt kialakulásának. Ami a mai elképzelések szerint nem is lett volna lehetséges a bakteriális szexualitás megjelenése nélkül – vagyis, hogy genetikai információkat lehet cserélgetni különböző sejtek között.

Mitózis - a kék szín a DNS-t, a zöld a sejtvázat alkotó fehérjéket jelöli
Mitózis – a kék szín a DNS-t, a zöld a sejtvázat alkotó fehérjéket jelöli

Ha kialakult ez a fajta biokémia, akkor már eljutottunk a mai prokariótákig?

Durván fogalmazva: igen. A következő nagy lépés pedig – és sokak szerint ez volt a legnagyobb lépés volt az élővilág történetében – a valódi sejtmagvas, azaz eukarióta sejt kialakulása. Ne feledjük el, hogy a baktériumok az egész élet fejlődéstörténetének a felét uralták. Az eukariótákhoz vezető, körülbelül 2 milliárd éve befejeződött megaevolúciós lépést ma kevésbé értjük, mint húsz évvel ezelőtt – egyszerűen azért, mert nagyon sok új ismerettel rendelkezünk, de ezek nem állnak össze egységes képpé.

Annyit tudunk, hogy az eukarióta gazdasejt (amelybe majd bekerül a mitokondrium és később a színtest) valahogy az Archeák köréből került ki. Ezt húsz éve még nem tudtuk – márpedig minél precízebb molekuláris törzsfejlődési vizsgálatokat végzünk, annál inkább ez a válasz. A jelenlegi Archeák világában nagyon sokféle olyan tulajdonságot találunk, ami az eukarióta sejtekben megvan, de az archeák körében csak elszórtan bukkan fel.

Azt is tudjuk, hogy a mitokondrium és a színtest viszont az eubaktériumok köréből érkezett. Azt azonban nem tudjuk, hogy mi volt előbb: a fagocitotikus táplálkozás, vagy a mitokondrium őse valahogy máshogy került be végül az eukarióta sejtbe. És akkor még nem beszéltünk a sejthártyacsere problémájáról, mivel az Archeáknak étermembránjuk van, míg az eukariótáknak és az eubaktériumoknak észter-lipidmembránjuk.

Tudjuk, hogy az eukarióta sejtmag megjelenésének többféle előnye volt, például a transzkripció és a transzláció elválasztása térben – ez azért fontos, mert bonyolultabb regulációs folyamatokat enged meg. A baktériumok problémája, hogy minden egy térben történik: amint átíródik, már másolódik is. Az eukariótákban már nincs így, és úgy tűnik, hogy ez olyan változás volt, mely a komplexitás növekedésének egy nagyon fontos megengedő faktora lett. Megengedő tényezőről van szó, vagyis ez nem jelentette azt, hogy ezután muszáj ezután növekednie a komplexitásnak, hanem csak azt, hogy lehetőség nyílt rá.

Escherichia coli – minden bizonnyal a prokarióták világának legismertebb tagja
Escherichia coli – minden bizonnyal a prokarióták világának legismertebb tagja

A szexualitás is egy ilyen megengedő feltétel volt, amely lehetővé tette a genetikai változatok gyorsabb terjedését, és a gyorsabb alkalmazkodást a környezet változásaihoz?

Persze, csak nem tudjuk, mikortól. A meiózis és a szingámia, vagyis az ivarsejtek egyesülése fontos szerepre tett szert, de nem tudjuk, hogy a többi, általam említett folyamathoz képest előtte, közben, utána vagy mikor épült be – nincs univerzálisan elfogadott evolúciós forgatókönyv a kezünkben. Létezik olyan Archea, ahol van fúzió és aztán szétválás, csak természetesen – mivel nincs sejtmag – ott nem jelenik meg a kromoszómáknak az a nagyon ritualizált tánca, ami a meiózisban tapasztalható.

Az eredeti tanulmány húszéves jubileumára megjelent cikkembenszerepel az a gondolat is, hogy a genetikai kód nem alakulhatott volna ki bakteriális szexualitás nélkül, mert nem lett volna rá elég idő, hogy univerzálissá váljon. Képzeljük el azt, hogy van két baktériumvonal, az egyik kódol nyolcféle aminosavat, a másik is nyolcfélét, és az átfedés csak négy. Ez két külön genetikai rendszer. Ha egy helyre kerül a két genetikai információ, ez megnyitja a lehetőséget afelé, hogy megnövekedjék a genetikai kód mérete.

Az érdekes jelenséget azok az aminosavak adják, amelyek nem voltak közösek. Amikor összetesszük őket, akkor ezek elkezdik “benépesíteni” azokat a fehérjéket, amelyekben korábban nem voltak ott – mégpedig kölcsönösen. Végül elérkezünk egy olyan pontra, ahol már nem lehet szétválasztani őket, mert minden fehérjében van mindenféle aminosav. Vagyis volt két autonóm módon szaporodó genetikai rendszer, amelyek egy helyre kerültek, és egyetlen genetikai rendszer lett belőlük, amelynek már nagyobb komplexitása van, és nem lehet szétszedni.

Mennyi ideig tartott az eukariótákhoz vezető megaevolúciós lépés?

Ennek a folyamatnak a hosszát úgy félmilliárd évre tesszük, azonban semmi garancia nincs rá, hogy az evolúció egy másik bolygón is elindult ebbe az irányba. Léteznek igen hatékony ragadozó baktériumok a fagocitózis képessége nélkül: összefognak, mint az oroszlánok, falkában vadásznak, közösen megemésztik a zsákmányt, de semmit nem tudnak bekebelezni – a megemésztett anyagot felszívják, és mennek a következő vadászatra.

Ahogy a Thomas Cavalier-Smith mondja, ahhoz, hogy az eukarióták kialakuljanak, előnyös mutációk ezreinek kellett fixálódnia egymás után. Csak molekuláris, genetikai adatokból tudjuk, hogy egyáltalán van rokonság az eukarióták és a baktériumok között. Ez olyannyira nem nyilvánvaló, hogy az 1900-as évek elején Mereskovszkij törzsfájának még két gyökere volt – akkoriban elképzelhetőnek tartották, hogy az élet két független úton is kialakult.

A prokarióták mindmáig itt élnek velünk, rettentő nagy faj- és egyedszámban. Hogyhogy nem száműzték őket ezek az új, sejtmagvas jövevények valamilyen apró, alig felkutatható zugba?

Michel Kerszberg megállapítására hivatkoznék, amely szerint minden élőlény, amely jelenleg együtt él a Földön, nagyjából azonos rátermettséggel (fitnesszel) rendelkezik. Abban, hogy ez hogyan valósul meg, a baktériumok és az eukarióták között van egy jelentős különbség: a baktériumoknak jóval nagyobb a szaporodási rátája, de a halálozási rátája is nagyobb. Az eukarióta sejt egy nagyságrenddel lassabban tud csak szaporodni, cserébe viszont olyan adaptációi vannak, melyek által a halálozási ráta kisebb. Durván fogalmazva elmondható, hogy globálisan egy r-stratégista és egy K-stratégista csoport áll egymással szemben. Ezt a gondolatot egyébként még a nyolcvanas években vetette fel egy biokémikus a Trends in Biochemical Sciences-ben.

Kékmoszatok, vagy újabb nevükön cianobaktériumok egy hamis színes elektronmikroszkópos képen
Kékmoszatok, vagy újabb nevükön cianobaktériumok egy hamis színes elektronmikroszkópos képen

A hosszabb életciklusnak tudhatjuk be a “hulladékgének” elburjánzását az eukariótákban?

Jelentős mértékben igen, mert az eukarióta sejt szaporodását messze nem befolyásolja annyira, hogy mekkora a genomja, mint a baktériumokét. Ha a baktérium genomja hosszabb, akkor lassabban fog szaporodni. Ez az eukarióta sejtre nem feltétlenül igaz.

Hogyan vált lehetővé ez a jóval nagyobb volumenű információmásolás?

A sejtmag-citoplazma-szétváláson túl ehhez jelentős energetikai háttérre is szükség volt – a mitokondrium megjelenésével lehetővé vált a hatékonyabb sejtanyagcsere. Ezt az újabb fontos megengedő feltételt Vellai Tibor és Vida Gábor egy, az 1990-es évek második felében megjelent cikke említette először. A mitokondriumok által biztosított többletenergia miatt már nem volt olyan költséges a DNS fenntartása. Ha pedig nincsen szelekció arra, hogy a genom mérete ne nőjön túl nagyra, akkor magától is könnyen növekszik.

Sok szó esett az evolúció makacs hajtóerőiről, viszont azt is láttuk, hogy egy olyan nagy átmenethez, mint a genetikai kód kialakulása, vagy az eukarióta sejt megjelenése, legalábbis évszázmilliókra van szükség. Mindez mit jósol a távoli bolygók kis zöld emberkéiről?

Azt gondolom, hogy az intelligens élet nagyon ritka, mert nagyon sok átmenet kell hozzá. Ha jósolnom kellene, azt mondanám, hogy ha van is élet más bolygókon, javarészt prokarióta szintű létformákat találunk majd. Sőt, lehet, hogy sok bolygón még a genetikai kód sem lesz meg, és olyasmit fogunk találni, mint az RNS-világ. Nehéz kimondani anélkül hogy félremagyaráznák, de a tudományban bekövetkezhet egy antikopernikuszi fordulat.

Szathmáry Eörs
Szathmáry Eörs

Vagyis mégis mi lennénk a világ közepe?

Ezt nem tudom kizárni. Nemrég jelent meg egy cikk a PNAS-ben, amelyben beszámolnak egy szimulációról, miszerint, bár sok az exobolygó, a megfelelő bolygóeloszlással rendelkező naprendszerek nagyon ritkák lesznek. A Föld típusú idegen bolygók általában közelebb keringenek a csillagaikhoz, és kiesnek a lakható zónából. Az, hogy a mi Naprendszerünk “szét van húzva”, a Jupiter valami elég furmányos kölcsönhatásának tudható be, ami a szerzők szerint hihetetlenül ritka. Tehát egyáltalán nem biztos, hogy tipikusak vagyunk, már csak csillagászati értelemben sem. Minden ilyen jellemző csak növeli a földi élet értékét a szemünkben. Persze nem szabad elfeledkeznünk az exoholdakról sem – ezek itt, a Naprendszerben is sok izgalmat tartogathatnak.

Létezhetnek az élet fejlődésének más útjai is?

Érdekes a Stanislaw Lem által felvetett Solaris-probléma, hogy vajon van-e olyan útja-módja az élővilág fejlődésének, amely sokkal egységesebb, organizmusszerű viselkedést ad egy egész bolygónak. A klasszikus evolúcióbiológia ezt tagadja, mert a versengés kizárja az ilyen irányú fejlődést, azonban elképzelhetőnek tartom, hogy egy ilyen fejlődési irány léte azon múlhat, hogy lehet-e távolsági kommunikációt folytatni természetes eszközökkel. Mert ha minden kommunikáció lokális jellegű, akkor az történik, amit a földi élet fejlődése kapcsán látunk. De ha például egy bolygón viszonylag korán felfedezi a rádiózást az élővilág, akkor már globálisan lehet kommunikálni, és nem tartom teljesen elképzelhetetlennek, hogy egy nagyon egységes, szinte organizmusszerű konglomerátum jön létre, amelynek adott esetben még tudata is lehet. Ez egy igen izgalmas kérdés, zsenialitás kell hozzá, hogy valaki felvesse, de Lem valóban zseni volt.

Zöld színtestek
Zöld színtestek

Visszatérve a Földre, meg lehetne valahogyan ragadni, mi volt a közös ezekben a nagy evolúciós átmenetekben?

Többféle ilyen közös jegy is létezik, amelyek elég fontosak ahhoz, hogy megemlékezzünk róluk. Az egyik az, hogy egy ilyen átmenet során különálló, reprodukcióképes ágensek valamilyen értelemben kezdenek együttműködni, és elérkezünk oda, hogy előttünk áll egy magasabb szintű evolúciós egység, amely már “be is fagyott” abban az értelemben, hogy onnan már nincs visszaút. A magasabb evolúciós egység megjelenésének központi szerepe már az eredeti tanulmányunk megjelenésének idejében, 1995-ben is fontos gondolatnak számított.

E folyamatok másik fontos jellemzője a munkamegosztás, illetve a funkciók kombinációja. Ha egalitáriánus átmenet van – tehát a közös egységbe tömörülő élőlények nem rokonai egymásnak, mint a mitokondrium és az azt befogadó Archea –, akkor a funkciókat kombinálják. Ha pedig egy sejt osztódásának eredményei „felejtenek el” szétválni, akkor munkamegosztás jön létre, tehát differenciálódnak a sejtek, illetve – mint például a méhállamban – differenciálódni kezdenek a különböző egyedek.

Ez növeli a hatékonyságot, azonban létezik egy méretviszony, ami alatt nem éri meg egyesülni. Ezt már Adam Smith is kitalálta: úgy fogalmazott, hogy ha a piac mérete túl kicsi, nem éri meg a munkamegosztás. Ez a biológiára is igaz, ha a megfelelő szereplőket tekintjük.

A nagy átmenetek harmadik fontos jellemzője az új típusú öröklődési rendszerek megjelenése. Nemcsak a DNS van, hanem előtte is, alatta is, fölötte is és utána is voltak öröklődési rendszerek. Volt az RNS-világ, a DNS-fehérje világ, létezik epigenetikus öröklődés, amely az egyedek differenciálódását hozza létre akár sejtszinten, akár a kasztok között az állati társadalmakban. És persze ne feledkezzünk meg a szimbolikus öröklődésről, ami pedig már a nyelv világa.

Volvox – egyszerű többsejtű zöldmoszat, mely nagyszerű modellszervezet a többsejtű élőlények kialakulásának vizsgálatához. Genetikai vizsgálatok szerint kialakulásuk nagyjából 200 millió évvel ezelőttre tehető, vagyis a többsejtű élőlények megjelenésének egy független evolúciós útvonalát jelentik
Volvox – egyszerű többsejtű zöldmoszat, mely nagyszerű modellszervezet a többsejtű élőlények kialakulásának vizsgálatához. Genetikai vizsgálatok szerint kialakulásuk nagyjából 200 millió évvel ezelőttre tehető, vagyis a többsejtű élőlények megjelenésének egy független evolúciós útvonalát jelentik

Volt-e a prokarióta-eukarióta átmenethez fogható megaevolúciós lépés a nyelv kialakulásáig, vagy ugorhatunk is?

Nincs. (nevet) A többsejtűek megjelenése triviális dolog ehhez képest – valaki úgy fogalmaz, hogy egy kis-nagy átmenet, minor major transition volt. Ez abból is látszik, hogy háromszor is megtörtént, még a látványos formáiban – gombák, növények, állatok – is. Ha az összes nem látványos formát és a prokarióta többsejtűeket is hozzávesszük, akkor ez az átmenet több mint húsz esetben zajlott le a földi élet fejlődése során.

Mielőtt rátérnénk az emberi közösségekre, foglalkozzunk egy pár mondat erejéig az állati társadalmakkal. Talán kicsit szubjektív meglátás, de érzésem szerint viszonylag kevés az állati társadalmak száma ahhoz képest, hogy ez is egy új, sikeres szerveződési szint.

Valóban, az egyszerű rokonszelekciós érvelés alapján talán több ilyet várna az ember – a válasz pedig az, hogy az egyszerű rokonszelekció valószínűleg nem teljes magyarázat ezekre a jelenségekre. Az eredeti alapelvet még J. B. S. Haldane vetette fel egy kocsmai beszélgetésben, majd W. D. Hamilton fejlesztette teljes értékű elméletté, így ma az ő nevéhez kötjük. Eszerint rokonszelekció akkor működik, ha a rokonom kedvéért le tudok mondani a saját szaporodásomról, és ezáltal a rokonom hatékonyabban terjeszti az én génjeimet, mintha én magam szaporodtam volna – ennyi az egész.

A probléma az, hogy ha az egyszerűsítő feltételektől eltekintünk, és olyan helyzetben vagyunk, ahol például szinergisztikus hatások jelentkeznek – vagyis a fontos szerepet betöltő előnyfüggvény nem lineáris, hanem például szigmoid, vagyis meredeken emelkedik, majd tetőzik –, akkor már nem lehet egyszerű rokonszelekcióval számolni. Ezt sokan felismerték, és komoly viták alakultak ki a témában az evolúcióbiológusok körében. Véleményem szerint a rokonhatás működik, a rokonszelekció elmélete viszont nem teljesen írja le a folyamatokat, ahhoz mindenféle egyéb szempontokat is figyelembe kell venni. Ez lehet az egyik oka annak, hogy olyan, részben talán nem is ismert feltételei is vannak az euszocialitás megjelenésének, amelyek enyhén szólva nem vezethetőek le a rokonszelekció elméletéből.

Termeszvárak Ausztráliában – a termeszek az euszociális állatok legismertebb példái közé tartoznak. Ezeknél a fajoknál a jellemzően olyan "kasztok" is kialakulnak, amelyek tagjai kizárólag a közösséget szolgálják, saját utódokat nem produkálnak
Termeszvárak Ausztráliában – a termeszek az euszociális állatok legismertebb példái közé tartoznak. Ezeknél a fajoknál a jellemzően olyan “kasztok” is kialakulnak, amelyek tagjai kizárólag a közösséget szolgálják, saját utódokat nem produkálnak

Az állati társadalmak esetében mi a különbség a többsejtűek “sejttársadalmához” képest?

Ne felejtsük el, hogy a többsejtűek olyan állattársadalmak, ahol a szomatikus sejtek közti rokonsági fok 1. Tehát a fraternális átmeneteknek – ahol az újabb szelekciós egység rokonok csoportja – létezik egy nagyon sikeres verziója: maguk a többsejtűek, legalábbis azok, amelyek tényleg úgy keletkeztek, hogy egy sejt osztódott, de elfelejtett szeparálódni.

Itt viszont a táplálék, az információ gyorsan eljut az összes sejthez – ellentétben mondjuk egy gigantikus hangyakolóniával.

Valóban, nem lehet a kölcsönhatás hatótávolságán túlterjeszkedni, mert akkor összeomlik a rendszer. Jól mutatja ezt a Római Birodalom példája, mely elérte a határait. Manapság azonban az emberi civilizációnak nincs ilyen határa a nagy hatótávolságú, gyors kommunikáció miatt.

Tudjuk, hogy az emberi közösségek nem úgy működnek, mint az euszociális állattársadalmak – nem feltétlenül genetikai kapcsolatok tartanak minket össze, számtalan olyan önzetlen viselkedésforma ismeretes, amely nem a rokonokra irányul. Hogy alakulhatott ki mindez  az emberi társadalomban?

Jó nagy kérdéskört feszegetünk, de abban sokan egyetértenek velem, hogy két nagyon látványos adaptáció van az emberek körében, ami máshol nem létezik. Az egyik az emberi típusú kooperáció, a másik az emberi típusú nyelvhasználat. Ebben az esetben fura módon úgy gondoljuk – Derek Bickertonnal, a világhírű nyelvésszel együtt – hogy a kettő nem véletlenül mutatkozik együtt.

Eszközhasználó csimpánz
Eszközhasználó csimpánz

Közös eredetük szerintünk a Homo erectus világába visz vissza, egy durván 2-2,5 millió évvel ezelőtti korba, amikor is megváltoztak az életkörülmények, kezdtek eltűnni a gyümölcsök, és szó szerint élet-halál kérdésévé vált az alternatív táplálékforrás. A megoldás pedig a nagytestű állatok tetemei formájában szó szerint az utcán, illetve a földön hevert. Az efféle állatok bőre olyan vastag – gondoljunk csak az elefántra vagy az orrszarvúra –, hogy a ragadozók nem tudják szétbontani őket: várniuk kell addig, míg a rothadás hatására szétrobbannak a tetemek, és csak akkor kezdhetnek lakmározni. Ez megnyit egy fontos időablakot. A Homo erectus eszközei alkalmasak voltak a trancsírozásra, azonban alkalmatlanak a vadászatra, ami egy későbbi fejlemény. Őseinknek meg kellett találniuk azokat az állatokat, amelyek elpusztultak, idejében oda kellett jutniuk a tetemeikhez, amíg szét nem vetették azokat a gázok, emellett elegen kellett lenniük két dologhoz: ahhoz, hogy a ragadozókat közösen távol tartsák, valamint ahhoz, hogy a dögöt széttrancsírozzák és hazaszállítsák. Ez egy olyan kooperatív szituáció, aminél erősebbet nem tudok elképzelni.

Ráadásul, mivel értesíteni kell az otthoniakat, hogy “mit találtam, milyen messze van stb.”, ez az együttműködés a kommunikáció eredeténél is szerephez jutott. Lehet valakit kézen fogni és odavezetni a tetemhez, de ha két tetem van és ketten akarják kézen fogni, valahogy el kell magyarázni, hogy ide jobban megéri elmenni, mint oda. Véleményünk szerint ez a két körülmény annyira együtt volt a Homo erectus korában, hogy ez lehetett a közös eredete az elemi emberi kooperációnak és az elemi emberi nyelvkészségnek. Később persze rengeteget finomodott a kommunikáció, és a szintaktikailag gazdag nyelv valószínűleg csak a Homo sapiensszel jelent meg, úgy 200 ezer évvel ezelőtt. De az, hogy az ember már nem csak arról tudott eszmét cserélni, hogy mi van itt és most, hanem arról is, hogy “ha elmész két órányira, akkor ott találsz egy nagyobbacska rinocéroszt” (nem félórányira és nem kisebbfajtát, hanem “nagyobbacskát”), nos, az a Homo erectus korában jelent meg. Abban a környezetben ugyanis ezeket egyszerűen muszáj volt elmondani, hiszen ez gyomorra ment, és akkoriban ami gyomorra ment, az egyúttal a rátermettséget is jelentette.

Miért korlátozódik ez az elméletet a dögevésre?

A dögök  sok felesleges húst jelentettek. Az így megszerezhető tápláléknak volt egy fajtája, a csontvelő, ami ráadásul frissen maradt abban az értelemben, hogy el volt zárva a baktériumoktól – ebből kevés volt, de nagyszerű bizonyítékot ad az elméletre. A régészeti adatok egy ideig azt mutatják, hogy a nagy csontokon először a nagyragadozók fogainak nyoma látható, és utána jön az emberi eszközök kaparászása. Majd egyszer csak eljött az idő, amikor a sorrend megfordult – onnan tudjuk, hogy azóta a ragadozóknak kellett várni a sorukra.

A nagy dögök körül kialakult szituáció nem tűnik olyan ritkának – vajon más fajoknál is ismeretesek hasonló helyzetek, és ha igen, azok hogyan reagálnak?

Természetesen, a méhek például ugyanezt csinálják: információt cserélnek olyanról, ami nem most és itt van, hanem távolabb. A méheknek azonban van egy problémájuk, nevezetesen, hogy kicsi az agyuk. A Homo erectusnak bizonyos, elsősorban szociális okokból már nagyon fejlett agya volt – egy újabb megengedő feltétel –, amely a megfelelő körülmények között azután befogadta a nyelvet.

A kulcspontokon mindig előkerülnek a megengedő feltételek.

Valóban, Stuart Kaufmann érdeme az enabling constraint, tehát megengedő kényszerfeltétel kifejezés, tőle vettem át az utóbbi időben.

Szathmáry Eörs
Szathmáry Eörs

A kooperáció és a nyelv mellett az emberi faj jellemzője, hogy nem csak tanulni, de tanítani is tudunk.

Szerintem a tanítás eléggé összefügg azzal a jelenséggel, hogy vannak nagymamák, ami viszont rokonszelekciós elem. Felértékelődik a nagy tudású egyedek jelentősége, akik a meghosszabbodott gyerekkor kihasználásával rengeteg szociokulturális információt át tudnak adni. Látszik, hogy ezek egymásba kezdenek kapaszkodni, és egy öngerjesztő folyamatot indítanak el.

Úgy tűnik, hogy ez a bizonyos öngerjesztő folyamat genetikai értelemben most véget ért.

Abban az értelemben igen, hogy nem gondoljuk, hogy az írás megjelenésének már valami nagyon határozott genetikai feltétele lett volna ahhoz képest, ami már eleve adott volt.

Megállt volna az ember evolúciója?

A szigorúan vett „hagyományos” biológiai evolúció a legtöbb mai társadalomban több okból sem működik: az egyik a mezőgazdaság, ami a forrásokat stabilizálja, a másik – és ez az emberi kooperáció része – a táplálékelosztás, a harmadik pedig a medicina. Ezek valóban sok szelekciós tényezőt kikapcsolnak. Ennek persze megvan a hátulütője is, és ezt ki kell mondani, mert fontos, hogy az emberek számoljanak vele. Ez ugyanis azt jelenti, hogy biológiai szempontból az emberi populációban növekszik a káros genetikai információ mennyisége. Azért nem okoz bajt, mert maszkírozzuk a kulturális technikáinkkal, de legyünk tudatában, hogy ez kétségtelenül megváltoztatja a populáció genetikai összetételét, és nem az előnyére.

Egéragy hippokampuszának konfokális mikroszkóppal készített képe
Egéragy hippokampuszának konfokális mikroszkóppal készített képe

Kongatják már a vészharangokat, hogy mi lesz itt pár generáció múlva, ha ez így megy tovább?

Igen, mivel így a többszörösen káros mutációkat mentjük meg. Tehát már megjelennek azok az egyedek, amelyeknek kétszeres-háromszoros problémáik lesznek, csak a fejlett orvostudomány miatt ez nem nyilvánul meg a fenotípusban. Ez addig jó, amíg jól élünk. Ha azonban bármilyen ok miatt elkezdünk rosszul élni, akkor a következő generációban már felszínre kerülnek a súlyos problémák.

Nem lehet ennek egy más olvasata? Adhat esetleg egy újabb megengedő feltételt az egyszerre jelen levő génváltozatok soha nem látott sokasága az ember evolúciójában?

Valóban el lehet ezen is gondolkodni, azonban én inkább azt mondanám, hogy a biológiai evolúció sokkal lassabb, mint a kulturális. Az “akció” ma nem a biológiai evolúcióban folyik, hanem a kulturális evolúcióban – az internettel, az elektromos autóval, a japán szupervonattal. A kulturális evolúció sokkal gyorsabb a biológiainál, és ez egy mismatch-problémát is felvet az öröklődésünk és a környezet között. Ha pedig az ember beavatkozik a saját genetikai állományába a távolabbi jövőben, az már a kulturális evolúció következménye lesz.

A cikk eredetileg az mta.hu-n jelent meg, itt olvasható.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s