Hat dolog, amin a férgekkel is osztozunk

Körülbelül 600 millió éve jelentek meg a Földön az első többsejtű állatok. Fejlődésük során a szivacsok őseitől eljutottak az emberig, hat alapvető jellemzőjük azonban máig változatlan maradt. Ezek vizsgálata a rák és az autoimmun betegségek alapjait is segít megérteni: nem jó, ha valaki egyéni akciókba kezd egy finoman összehangolt rendszerben, vagy ha nem tolerálja a saját társait.

Az állatok tengernyi különböző formában vannak jelen a Földön. Változatos alakjaik a medúzától a csimpánzig számtalan eltérő evolúciós utat jártak be nagyjából 600 millió évvel ezelőtti megjelenésük óta (maga az élet körülbelül 3,5 milliárd éve jelent meg bolygónkon). Az utóbbi években robbanásszerűen fejlődő genomika (az egyes élőlények teljes genetikai állományát összehasonlító tudományág) eredményei szerint azonban a legkülönfélébb állatcsoportok is meglepően hasonló genetikai alapokkal rendelkeznek. Egy nemzetközi kutatócsoport átfogó elemzésében hat olyan alapvető mechanizmust talált, melyek ugyanúgy vannak génjeikbe kódolva, a szivacsoktól a csigákon át egészen az emberig.

A kutatók elemzésükhöz egy tengeri szivacsfaj, az Amphimedon queenslandica genomját határozták meg nagy részletességgel. A szivacsok hasonlítanak ugyanis a leginkább a valaha élt első állatokhoz, így megőrizhették ezen ősök néhány tulajdonságát. Az A. queenslandica genomját a fejlettebb állatokéval összevetve megállapítható, hogy mely szabályozási folyamatok azok, melyek már a legkorábbi élőlényeket és később valamennyi leszármazottjukat is meghatározták. A legújabb Nature-ben megjelent tanulmány hat olyan fő jellemzőt állapít meg, amelyek minden állat sejtjeinek működéséhez elengedhetetlenek, és szabályozásuk még évszázmilliók alatt is szinte változatlan maradt.

Hatszázmillió éves megoldások

Ez a hat pont olyan fundamentális folyamatokat foglal magába, mint a sejtosztódás szabályozása, a programozott sejthalál, a sejten belüli jelátvitel vagy a különféle sejttípusok kialakítása. Ezen folyamatok pontos mechanizmusa néhány kulcsfontosságú génen keresztül meglepően hasonlóan működik valamennyi állatban. Univerzális kulcsfaktor például a szinte minden emberi tumorban is fontos szerephez jutó p53 fehérje és ennek csak az állatokra jellemző bizonyos szabályozási formája, vagy a szerteágazó feladatai révén génjeink akár 15%-át is szabályozó Myc protein.

Az állatok immunrendszere szintén egy kaptafára készült valamennyi fajnál, talán ennek tudható be, hogy az alapvető sejtfelszíni molekulák típusai is megegyeznek minden állatban. Ezek a molekulák felelnek többek között az idegen anyagok felismeréséért, és a sejt-sejt kapcsolatok kialakításáért a bonyolult, soksejtű rendszereket alkotó élőlényekben.

A tanulmány összességében megállapítja, hogy az állatvilág genetikailag meglepően homogén. Az egyes alapvető fontosságú feladatokat évmilliók alatt közel tökéletesre csiszolt módszerekkel végzi szinte minden állatfaj, ezen mechanizmusok azonban jól visszavezethetők a valaha élt első állatok genetikai jellemzőire.

Forrás: Wikimedia Commons

Az Amphimedon queenslandica nevű szivacsfajhoz hasonló élőlények lehettek a Föld első többsejtű állatai

Rendszerek és renegátok

Az univerzális tulajdonságok annak megértésében is segítenek, hogyan képes egy akár több trilliónyi sejtből álló emberi szervezet jól működő egységként funkcionálni. Az egyes sejtek ugyanis rendkívül hatékony összhangot alakítanak ki, és együttesen - a védelemtől kezdve a táplálkozáson át az információfeldolgozásig - számtalan feladatot tudnak ellátni. A specializált sejtek magas szintű munkamegosztásának azonban ára van: néhány kivételtől eltekintve az egyes sejttípusok önmagukban életképtelenek, legtöbbjük már további osztódásra sem alkalmas. Kifejlett korukban pedig már csak egyetlen feladat ellátására képesek, és megváltozott körülmények esetén sem tudnak erről váltani (a felnőtt szervezetben lévő őssejtek kutatása az utóbbi években árnyalja ezt a képet - a szerk.). Egy finoman szabályozott soksejtű szervezetben minden alkotóelemnek pontos helye és feladata van, a rendelkezésre álló erőforrásokon pedig az egyes sejteknek osztozkodniuk kell.

Forrás: Wikimedia Commons

Egy átlagos felnőtt emberben naponta 50-70 milliárd sejt pusztul el programozott sejthalállal, hogy átadja helyét újabb társainak. A jelenség már magzati korban is tetten érhető: a fejlődő embrió ujjai között található hártyák ennek hatására tűnnek el a kéz és a láb formálódásakor

Az állatok elődeinek tekinthető bizonyos egysejtűek viszont önmagukban képesek a saját fenntartásukhoz szükséges valamennyi feladat ellátására, és szinte korlátlanul osztódhatnak, ráadásul a nyersanyagokat sem kell másokkal megosztaniuk. Némileg az ehhez az ősi állapothoz való visszatérésként fogható fel az állatokban megjelenő rákos sejtek működése, melyek a szabályozás alól kiszabadulva nem csapatjátékosként működnek többé, és korlátlanul terjeszkednek a szervezet többi részének kárára. A rákos sejtekben szinte kivétel nélkül sérül a Nature cikkében ismertetett alapvető állati rendszerek némelyike, különösen gyakori a sejtosztódás szabályozásának felborulása és a sejten belüli jelátviteli útvonalak megváltozása.

Ha a sejtközötti kapcsolatok irányításában vagy az immunrendszer alapjaiban keletkezik hiba, az szintén az egész rendszerre kiterjedő problémához vezethet. Ez történik súlyosabb autoimmun betegségek során, ahol a hibás sejtfelszíni molekulák miatt az immunrendszer sejtjei képtelenek hatékonyan megkülönböztetni a barátot az ellenségtől, ennek következtében pedig a szervezet saját állománya ellen fordulhatnak.
A hasonló kutatások segíthetnek a többsejtű szervezetekben működő szabályozó faktorok azonosításában is, melyek a jövőbeli gyógyászati alkalmazások fontos célpontjai lehetnek.

Újabb bizonyíték a közös ősre

Az új eredmények tehát több okból is különleges jelentőséggel bírnak. Először is az állatvilág korai evolúciójába engednek bepillantást, abba az időbe, amikor az első többsejtű kolóniák fejlődése elvált egysejtű rokonaikéitól, hogy kialakítsa a ma ismert állatok sokféleségét. Ez egyúttal arra is utal, hogy a teljes állatvilág egyetlen közös ősből eredeztethető, így rendszertanilag valóban egységes csoportot alkot.

Forrás: AFP

Ők már együtt maradnak: állati embrió sejtjei osztódás közben

A soksejtűség kialakulása és az első állatok létrejötte hatalmas változást jelentett az addigi szerveződési szinthez képest, és sikeres stratégiák sorának kialakulásához vezetett. Ezek eredménye a ma élő több millió állatfaj, melyek tulajdonképpen mind azonos alapokon nyugszanak, legyenek bármennyire is különbözőek első látásra.

Az állatok országa

Az állatok a legtöbb modern élővilág-rendszerezés szerint külön csoportot alkotnak, melynek neve Regnum animalia (Állatok országa). Minden állatra jellemző a többsejtű szerveződés, sejtjeikben sejtmag van, sejtfallal nem rendelkeznek. Mindegyikük heterotróf, azaz más élőlények elfogyasztásával gyarapítja saját testét, ellentétben például a növényekkel, melyek fotoszintézist végeznek. A legtöbb állat aktív mozgásra is képes, testük véges növekedésű és szabályozott szerveződést követ. Első képviselőik körülbelül 600 millió éve jelentek meg bolygónkon.