Átütő szerepet játszott az élőlények közötti génátadás a gombaszerű életmód kialakulásában – erre jutott egy magyar evolúciógenetikus és kollégáinak friss kutatása, ami arra utal, hogy ez a prokariótáknál elterjedt evolúciós mechanizmus az eukarióták evolúciójában is nagyobb hatású lehetett a korábban feltételezettnél.

A 20. században Robert Whittaker amerikai ökológus a földi életet termelőkre, fogyasztókra és lebontókra osztotta. A komplex termelő szervezetek, köztük a növények az endoszimbiózis révén alakultak ki, a fogyasztók, köztük az állatok, az eukarióták ősi életmódját örökölték tovább. A puzzle eddig hiányzó darabját a gombaszerű életmód egymástól független, ismétlődő megjelenése adta.

A megoldás részben az evolúciós vonalak közötti génátvitel lehet, így a lebontásra úgy kell tekinteni, mint egy vissza-visszatérő megoldásra, amit az evolúció egy közös alkatrész-katalógusból szerelt össze, újra és újra – válaszolta kérdésünkre Szöllősi Gergely, a HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézet és az Okinavai Tudományos és Műszaki Egyetem modellalapú evolúciós genomikai részlegének professzora.

Szöllősinek és kollégáinak, köztük a korábbi posztdokjának, Eduard Ocaña-Pallarès-nek a friss eredményeit hétfőn közölte a Nature Ecology & Evolution folyóirat. Eredményeik arra utalnak, hogy a gombaszerű életmód négy eukarióta csoportban a konvergens evolúció révén alakult ki, amiben nem kizárólagos, de kulcsfontosságú szerepet játszott az élőlények közötti génátvitel, az úgynevezett horizontális géntranszfer (HGT) is.

Feltárták a konvergens evolúció genomi lenyomatait

A gombaszerű, ozmotróf táplálkozás kialakulása a sejt táplálkozásának és életvitelének gyökeres átalakulásával járt. Az ősi eukarióta sejtek fagotrófok voltak, vagyis bekebelezték táplálékukat. Az ozmotrófiára történő áttérés során a sejt lemondott erről a képességről, merev sejtfalat épített és enzimeket választott ki a környezetébe, hogy a táplálékot a sejten kívül eméssze meg, mielőtt az oldott szerves anyagokat felszívná.

Az ozmotrófia a valódi gombák (Fungi) mellett három evolúciós vonalon alakult ki egymástól függetlenül: a Pseudofungi (közéjük tartozik a Magyarországon is súlyos károkat okozó fitoftóra növényi kórokozó), a Labyrinthulea (tengeri egysejtűek, amik a kereskedelmi forgalomban kapható omega-3 zsírsavak egyik forrását jelentik) és a Teretosporea (állati paraziták) csoportokban.

„A konvergens evolúció a biológia egyik legerősebb természetes kísérlete” – írta kérdésünkre Szöllősi. Amikor távoli rokonságban álló evolúciós vonalak egymástól függetlenül ugyanarra a megoldásra jutnak, akkor betekintést nyerhetünk abba, hogy mit követel meg ténylegesen a szelekció, és mi az, ami pusztán történelmi véletlen. A kutatók azt találták, hogy a konvergens evolúció nyomai a genomokban is tetten érhetők: 189, anyagcsere-folyamatokban, köztük aminosav- és vitamin-bioszintézisben szerepet játszó géncsalád bővült ki ismétlődően az ozmotrófoknál.

Ezek az ozmotróf csoportok az eukarióták törzsfájának ellentétes ágain helyezkednek el és több mint egymilliárd évnyi evolúció választja el őket egymástól. A genetikai adatokon nyugvó evolúciós rokonsági (filogenetikai) vizsgálatuk a csoportok kialakulását a tonium időszakra, 1000-720 millió évvel ezelőttre teszi. Ebben az időszakban, írta Szöllősi, valószínűleg az oxigénszint változása, a tengervíz kémiája, vagy az eukarióta algák táplálékforrásként történő felemelkedés lehetővé tette azt, hogy a specializált lebontás egymástól nagyon különböző eukarióta csoportokban is megjelenhessen.

A génátvitel az eukarióták evolúciójára is nagy hatással lehet

A gének más fajok vagy távoli rokon csoportok közötti átadódása évmilliárdok óta meghatározó szerepet játszik a baktériumok és az archeák evolúciójában (génjeik 5-20 százaléka ilyen eredetű), de a folyamatnak az eukarióták evolúciójában betöltött pontos jelentősége évtizedek óta vitatott. Szöllősi szerint az eukariótákban először megfigyelt horizontális géntranszfer események sokszor nem állták ki a szigorúbb vizsgálatok próbáját.

A modern genomikai kutatások többsége eukarióta szervezetekben legfeljebb néhány százaléknyi olyan gént talál, amik génátvitelre utaló, hihető nyomokkal bírnak. Ehhez képest a kutatók most azt találták, hogy a négy ozmotróf csoport életmódjáért felelős, konvergens genetikai eszköztár 20 százaléka horizontális géntranszferből származik (ez jóval kevesebb, mint az összes génük 20 százaléka). Bár ez hasonló példákkal összevetve magas érték, a kutató szerint a 163 géncsalád, ami HGT jeleit mutatja, valószínűleg alábecslése a valós értéknek. A Fungi és Pseudofungi, valamint a Labyrinthulea és Teretosporea csoportok között a rekonstrukciójuk génátviteli autópályákat tárt fel, amik a csoportok kialakulása során voltak a legforgalmasabbak.

De mennyire tudják megbízhatóan észlelni ezeket az eseményeket? Szöllősi szerint a horizontális géntranszfer filogenetikai módszerekkel történő kimutatása köztudottan hajlamos a fals pozitív eredményekre, főként azért, mert egy differenciális génvesztésnek nevezett folyamat a filogenetikai fákon a génátvitelhez hasonló mintázatot képes kialakítani. Ezért minden HGT-jelöltnél három független bizonyítéksort használtak, és az eseményt csak akkor fogadták el, ha az mindhárom próbát kiállta.

A kutató szerint a jelenlegi tudományos konszenzus az, hogy az eukariótákban a horizontális géntranszfer valós, ritka és nagy hatású jelenség. Már néhány átadott gén is aránytalanul nagy ökológiai következményekkel járhat. Ezt jól mutatja az az eset, amikor páfrányok közel 179 millió évvel ezelőtt a becősmohák egy csoportjától egy neokróm nevű fotoreceptort szereztek meg, ami lehetővé tette nekik, hogy benépesítsék a későbbi zárvatermő erdők árnyékos aljnövényzetét.

Arra, hogy egy teljes anyagcsere-útvonal horizontális géntranszferrel terjedjen el eukarióták között, a gombáknál és más csoportoknál megjelenő nitrátasszimiláció jelenti a legjobb példát. „A mi eredményeink jelentősen általánosítják ezt a mintázatot” – írta Szöllősi, vagyis a horizontális géntranszferre már nem elszigetelt különlegességként, hanem visszatérő evolúciós innovációs útként kell tekinteni az eukariótáknál, ami nem csak egy-egy tulajdonság, hanem komplett új életmódok kialakítására is képes.

* * *

Júniusban a 13. Qubit Live-on folytatjuk korunk talán legnagyobb technológiai és társadalmi kihívása, a mesterséges intelligencia (AI) vizsgálatát. Most az AI-modellek korlátaira és az AI körüli hype-ra, valamint az általános mesterséges intelligencia (AGI) lehetőségére fogunk fókuszálni.

Velünk lesz Jelasity Márk informatikus-matematikus-nyelvész, a Szegedi Tudományegyetem Mesterséges Intelligencia Tanszékének vezetője, Kocsis Levente matematikus, a HUN-REN Sztaki tudományos főmunkatársa, Pintér Róbert szociológus-politológus, a Corvinus Egyetem docense, Móró Tamás és Jónap Richárd közgazdászok, a Concorde Értékpapír Zrt. stratégái és Kizlinger Lilla, Ezüst Medve díjas színművész. Ha nem szeretnél lemaradni, iratkozz fel mielőbb a Qubit+-ra!

Forrás