Magyar kutatók vizsgálják a földi evolúciót

A földi élet történetére vonatkozó kézzelfogható bizonyítékainkkal leginkább a nagyjából félmilliárd évvel ezelőtt bekövetkezett kambriumi robbanás után rendelkezünk. Ekkor jelentek meg a legtöbb ma élő soksejtű állatcsoport ősei, és az evolúciós robbanást néhány tízmillió évvel később a szárazföldi növények csoportjai is követték. Félmilliárd évnél régebbi fosszília nagyon kevés maradt ránk, holott az élet ekkor már jó hárommilliárd éve jelen volt a Földön.

Az utóbbi évtizedekben a genetika fejlődése új módszert adott a kutatók kezébe a múlt vizsgálatára. A DNS – amellett, hogy hordozza az élőlények működésének tervrajzát – az evolúciótörténet dokumentuma is, ami sokat árulhat el az élet történetéről, feltéve, hogy sok élőlény DNS-ét vizsgálják egyszerre. A korábbiaknál nagyságrendekkel gyorsabb, új generációs genomszekvenálási módszerekkel ezek az adatok könnyedén elérhetővé váltak.

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 rajtuk a vízfoltokat, nagyjából tudhatjuk, milyen régóta ázik. Ezen az elven alapul számos archeogenetikai módszer, amelyek eredményeiről többször beszámoltunk mi is.

A dolog nehézsége, hogy a különböző élőlények molekuláris órái más és más ütemben járnak, 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 egy időben, egymás mellett éltek. Ez a kalibrációs módszer azonban nem működik ott, ahol nincsenek fosszíliák. Minél régebbre megyünk tehát vissza, annál bizonytalanabbá válnak a molekuláris órák időskálái.

Géncserék, mint történelmi mérföldkövek

Szöllősi Gergely János és kutatótársai most megjelent publikációjukban egy teljesen új genetikai módszert ajánlanak, ami fosszíliák híján is pontos kalibrációt garantál. 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 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 DNS-szakaszt vett át egy másiktól, 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 megfeleltethető a molekuláris órák korábban meghatározott időinformációknak az élet mindhárom nagy csoportjában, azaz a baktériumok, az archaeák és eukarióták esetében is.

Az új módszer tehát összhangban van az eddig ismert genetikai régészeti eljárásokkal, de kiterjeszthető az élet fejlődésének sokkal távolabbi múltjába is. A tavaly, Szöllősi Gergely János vezetésével, az Európai Kutatási Tanács támogatásával indult GENECLOCKS projekt központi célkitűzése a módszer továbbfejlesztése és alkalmazása.

(Magyar Tudományos Akadémia)