Sikerült visszafordítani az evolúciót

Csőr helyett arcorral rendelkező, aligátorokra hasonlító csirkeembriókat állított elő egy orosz származású amerikai kutató, aki a jövőben egészen a dinoszauruszokig szeretné visszafordítani a csirkeembriók fejlődését. Amióta egyre több élőlény DNS-szekvenciáját sikerült meghatározni, tudjuk, hogy a különböző állatok génállományai a korábban feltételezettnél jóval nagyobb mértékben hasonlítanak egymáshoz. Hogyan alakul ki akkor a testformák elképesztő változatossága a külsőleg szinte tökéletesen egyformának tűnő megtermékenyített petesejtekből?

A genetika fejlődésével ma már tudjuk, hogy az állatok génállománya jelentős mértékben hasonló. Az is ismert, hogy különböző szabályozó gének határozzák meg, hogyan alakuljon ki egy élőlény felépítése. A legújabb kutatásokból most kiderült, hogy e géntermékek megváltoztatásával például csirkeembrióból krokodilt, sőt talán még dinoszauruszt is lehet majd csinálni.

Egyedfejlődés és evolúció

Arra, hogy az egyedfejlődés és az evolúció között összefüggés lehet, először Ernst Haeckel gondolt. Embriológiai kutatásai során észrevette, hogy a különböző osztályokba tartozó gerinces állatok embriói az egyedfejlődésük egyes szakaszaiban nagyon hasonlítanak egymásra. Ezeket a hasonlóságokat azután híres-hírhedt embrióillusztrációin mutatta be. Megfigyelései alapján dolgozta ki az 1860-as években - az azóta is sokat vitatott - elméletét, az úgynevezett biogenetikai alaptörvényt. Eszerint a gerinces állatok egyedfejlődésük folyamán - kicsiben és gyorsabban - megismétlik a törzsfejlődésük (evolúciójuk) során lezajlott változásokat.

Két oldal Haeckel embriórajzaiból

A későbbi, korszerűbb vizsgálatok folyamán kiderült, hogy Haeckel több helyen eltúlozta az embriók közti hasonlóság ábrázolását. Ezért az evolúcióelmélet tagadói ma is csalással vádolják. Haeckel azonban valószínűleg részben az evolúcióelmélet iránti túlbuzgó elkötelezettségének, részben a korabeli technika fogyatékosságainak esett áldozatul. A szinte teljesen áttetsző embriókat ugyanis akkoriban csak sötét háttér előtt lehetett mikroszkóp alatt vizsgálni, így rengeteg részlet észrevétlenül maradt. Az is valószínű, hogy Haeckel a rajzok készítésekor inkább a hasonlóságokra, semmint a különbségekre koncentrált.

Annak ellenére, hogy Haeckel rajzai és elképzelései még néhány mai tankönyvben és ismeretterjesztő anyagban is szerepelnek mint az evolúció bizonyítékai, a modern biológia elutasítja Haeckel elméletének szó szerint vett és univerzális érvényességét.

Csirkéből aligátor

Úgy tűnik azonban, hogy Haeckel mégsem járt olyan messze az igazságtól, vagyis az embriókban valamiféleképpen tényleg benne rejtőznek az őseik. Erre Arhat Abzhanov, a Harvard Egyetem evolúciós biológusa és munkatársai szolgáltattak meggyőző bizonyítékot a közelmúltban. A kutatók szögletes nyílást vágtak a tyúktojásba, majd egy különleges fehérjékkel átitatott géldarabkát helyeztek be, és figyelték a csirkeembrió fejlődését. A 14. napra a csirkén csőr helyett megnyúlt arcorr fejlődött ki, amilyen az aligátorembrión is látható. Ilyen tulajdonságot a kréta időszak óta nem láttak madáron. Abzhanovnak sikerült visszafordítania az evolúciót.

A tyúkok és az aligátorok közös ősön osztoznak, és mindketten a dinoszauruszok leszármazottai. Fölmerül tehát a kérdés, hogyan váltottak a tyúkok arcorról csőrre. Abzhanov úgy vélte, a válasz a fejlődő embriókban rejlik. A felnyitott tojásos kísérletében úgy befolyásolta az embrió néhány génjét, hogy csirkegén helyett inkább aligátorgénként viselkedjenek.

Különböző korú csirkeembriók

Az aligátor arcorrának hegyét különálló csontok (úgynevezett premaxilla) építik fel. Ezek a csontok a tyúkban összeolvadtak a felső állkapocs csontjává. Abzhanov megvizsgálta a csirke- és az aligátorembrióban található jelzőmolekulákat, és azt tapasztalta, hogy kettő közülük - a sonic hedgehog és a 8-as fibroblaszt növekedési faktor - akkor jelenik meg, amikor a csőr, illetve az arcorr kezd kialakulni. A kutató kifejlesztett egy olyan gélpárnát, amelyet e jelzőmolekulákat működésképtelenné tevő fehérjékkel itatott át. Ezt helyezte be a tojásba, és a jelzőmolekulák gátlása miatt a csirke csőr helyett arcorrt növesztett. Az így módosított embriókat - etikai okokból - nem hagyták kifejlődni, hanem elpusztították őket.

Abzhanov távolabbi dédelgetett terve, hogy a csirkeembriókat egészen a maniraptoroknak nevezett ragadozó dinoszauruszokig "viszi vissza" az evolúcióban. Ezekről a dinoszauruszokról úgy vélik, hogy legalább 10 000 ma élő madárfaj alakult ki belőlük. Bár ezek a kísérletek is nagyon izgalmasak és jó bizonyítékokkal szolgálnak az evolúcióra, a kutatók úgy vélik, hogy hasznosabb lehetne, ha - ugyanezen elv alapján - sikerülne "előretekerni" az evolúciót, és így a környezetváltozásoknak, például a globális felmelegedésnek jobban ellenálló fajokat létrehozni.

Az egyedfejlődés szabályozói

Az egyedfejlődés megértéséhez először az 1970-es években kezdtek közelebb kerülni. Edward Lewis és munkatársai olyan géneket (úgynevezett HOX-géneket) fedeztek fel, amelyek befolyásolták az ecetmuslicák (Drosophila melanogaster) egyedfejlődését. Később kiderült, hogy e gének különböző változatai minden élőlényben megtalálhatók, és szabályozzák az állatok fejlődését. Lewis ezért a felfedezéséért 1995-ben orvosi-élettani Nobel-díjat kapott.

Az azóta eltelt időben a kutatók rájöttek, hogy az egyedfejlődést szabályozó gének működésének módosításával, illetve a különböző szervek fejlődésében részt vevő sejtek átültetésével gyökeresen megváltoztathatják a létrejövő élőlény külső megjelenését.

Tojásból kivett, egyhetes csirkeembrió

Richard Schneider és Jill Helms például fürjeket és kacsákat keresztezett a Stanford Egyetemen, hogy megtalálják a csőr fejlődéséért felelős géneket. Amikor átültették az egyik faj csőrfejlődésében szerepet játszó sejteket a másik faj hasonló sejtjei helyére (és fordítva), akkor a récéknek pici, hegyes fürjcsőrük, a fürjeknek meg nagy, lapos, kacsacsőrük fejlődött. Ez arra utalt, hogy a sejtek előre programozottak egy bizonyos csőrtípus kialakítására, és egyszerűen követik a gazdatest utasításait.

A kísérletek annak felismeréséhez vezettek, hogy a kulcsfontosságú evolúciós lépések akkor történhettek, amikor a már létező génekben bekövetkező változások új útvonalakra terelték a fejlődést. Ezt az elképzelést Scott Gilbert, a pennsylvaniai Swarthmore College evolúciós fejlődésbiológusa dolgozta ki, teknősökön végzett kísérletei alapján. "Egy kis génváltozás születési rendellenességhez vagy evolúcióhoz is vezethet" - mondja Gilbert.