Az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézet kutatójának részvételével zajlott az a számítógépes evolúcióbiológiai kutatás, amelynek révén sokkal jobban megérthetjük a komplex többsejtűség párhuzamos kialakulását a gombák és az állatok között, és amelynek eredményeit a világ első számú tudományos folyóirata, a Nature közölte. Noha az állatok és a gombák között látszólag hatalmas különbségek vannak (és a gombák sokak számára erősen hasonlítanak a növényekre), filogenetikai eredmények alapján a két élőlénycsoport sokkal közelebb áll egymáshoz, mint bármelyikük a növényekhez.
A korai molekuláris filogenetikai kutatások (vagyis az élőlények leszármazási kapcsolatainak genetikai adatokat felhasználó vizsgálata) talán legnagyobb meglepetése az volt, hogy valójában milyen közel állnak egymáshoz a soksejtű állatok és a gombák – dacára a döbbenetes testfelépítési, élettani és egyéb különbségeiknek – kezdődik a Szöllősi Gergely, az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézet, illetve az MTA ELTE Lendület Evolúciós Genomikai Kutatócsoport kutatójának részvételével írott, Nature-ben megjelent tanulmány. A cikk első szerzője Eduard Ocaña-Pallarès, aki a kutatás idején Szöllősi Gergely ERC-támogatással létrehozott csoportjában dolgozott posztdoktori kutatóként, az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén.
„Mi számítógépes evolúcióbiológiával foglalkozunk, konkrétan a gének történetét rekonstruáljuk a fajfa mentén – mondja Szöllősi Gergely. – Ebbe a kutatásba kapcsolódott be Eduard Ocaña-Pallarès, aki Barcelonából érkezett, ahol négy, a törzsfejlődés nagyon fontos mérföldkövét képviselő egysejtű élőlény genomját szekvenálta meg, és ezek adatait így fel tudtuk használni a korábbiaknál pontosabb génfák felrajzolásában.”
A genetikai hasonlóságok miatt ma már a soksejtű állatokat és a gombákat egy nagy leszármazási „szupercsoportba”, az Opisthokontába sorolják. Az ugyanakkor kevéssé ismert, hogy e csoport közös őse után hogyan zajlott az állatok és a gombák mára drámai különbségeket eredményező evolúciója. A most publikált kutatás a törzsfejlődés e szakaszába enged betekintést az állatok és a gombák génevolúciós pályáinak felrajzolása révén. Az eredmények azt valószínűsítik, hogy a soksejtű állatok csak azután jelentek meg, hogy az őseik fokozatosan „összegyűjtötték” az eredményes soksejtűséghez szükséges géneket. Ez a folyamat tehát már a soksejtű állatok egysejtű ősében is elkezdődött, és a gének számának növekedésével járt.
Ezzel szemben a mai gombák ősei ellentétes evolúciós utat jártak be: fokozatosan géneket veszítettek. A gombák több génje kapcsolatos az anyagcserével, mint az állatok génjei, és előbbi csoport kevésbé távolodott el az Opisthokonta közös őstől, mint az állatok. De az evolúciókutatók feltártak más fontos különbségeket is a két csoport génevolúciójában. Az állatok génjei legfőképpen géntöbbszöröződéssel sokasodtak, míg a gombák több gént nyertek úgynevezett horizontális géntranszfer segítségével (amikor nem közeli rokon fajok között történik génáramlás), főként a protisztáknak nevezett egysejtűektől és a baktériumoktól. Ezek az eredmények megerősítették azt a régi vélekedést, miszerint az állatok leszármazási vonalán kevésbé jelentős a horizontális géntranszfer szerepe, aminek oka, hogy náluk a csíravonal (vagyis a szaporodásban szerepet játszó sejtek) már korán elkülönül a testi sejtektől.
A számítógépes modellben elemzett teljes adathalmaz egészen sok, összesen 1.463.920 fehérjeszekvenciát tartalmazott, amelyek 83 eukarióta (valódi sejtmagvas) fajtól származtak – ezek közül 59 tartozott az Opisthokontába, és 24 más eukarióta csoportokba. E fehérjeszekvenciákat csoportosították hasonlóságuk és leszármazási kapcsolataik szerint, és az így létrehozott génfát vetették össze a fajfával.
„Gépi tanulásos eljárással csoportokra osztottuk a géneket (aminosavszekvenciákat) aszerint, hogy azok inkább gombákra vagy állatokra jellemző gének, illetve funkcionális kategóriába tartozásuk szerint, majd mintázatokat kerestünk a gének evolúciójában – folytatja Szöllősi Gergely. – Mindebből az derült ki, hogy a gombák és az állatok közös őse után már egészen korán elkezdődött a fokozatos szétválás a két csoport felé (bár még sokáig egysejtűek maradtak a szervezetek, és a soksejtűség egymástól függetlenül jelent meg a két csoportnál). Az állatok leszármazási vonalán azt láttuk, hogy növekszik a gének száma (a genom mérete és a géncsaládokban szereplő másolatok száma is növekedett). Vagyis az evolúció a komplexebb génrepertoár felé tartott. Ehhez képest a gombáknál más történt: ott az evolúció inkább a genomredukció irányába haladt. Szinte minden funkcionális kategóriában csökkent a gének száma, miközben a metabolikus (anyagcsere) génekben innováció történt, amit részben a horizontális géntranszfer alapozott meg. Ez nem is csoda, hiszen a gombáknak itt át kellett térniük a fagocita (más sejteket bekebelező) életmódról az ozmotróf (a környezetből a tápanyagot passzívan felvevő) táplálkozásra, tehát már nem ettek meg más sejteket, hanem a tápanyagot ozmózissal vettek fel a környezetükből.”
Még rengeteg dolgot nem tudunk az élővilág korai evolúciójának legfontosabb eseményeiről sem. De a legmodernebb genomikai és számítógépes modellezőeljárások lépésről lépésre közelebb vihetnek bennünket ahhoz, hogy megértsük a ma ismert élőlénycsoportok evolúciós eredetét és e folyamatok genetikai mozgatórugóit.
Forrás: nature.com - Állatok és gombák evolúciós kapcsolata - 2022-08-24
További megjelenések a témában:
vasarnap.hu - Szenzációs magyar eredmény az evolúcióbiológiában - 2023-01-23
