Először figyelték meg az evolúció titkos hajtóerejét

Az evolúcióelmélet bírálói sokszor a közvetlen bizonyítékok hiányára hivatkozva utasítják el az elméletet. Két svájci kutatónak laboratóriumi körülmények közt sikerült bebizonyítania, hogy a rejtett mutációk jelentős szerepet játszhatnak az élőlények evolúciójában, és olyan - látszólag megmagyarázhatatlanul összetett - szervek kialakulásában, amilyen például a szem.

Ribozim számítógépes modellje

Bolygónk sok millió fajnak ad otthont. Ez a hatalmas  biológiai sokféleség (biodiverzitás) az örökítőanyagban, a DNS-ben meglévő különbségekből ered. Ezeknek a különbségeknek az okai részben azok a másolási hibák, mutációk, amelyek a DNS generációról generációra történő átadása folyamán keletkeznek. A mutációk egy részének rögtön megjelenhet a hatása az utódokban, de sok mutációnak nincs semmilyen közvetlen fenotípusos hatása, így ezek sokszor észrevétlenek maradnak.

Az élőlények örökítőanyagában folyamatosan halmozódnak fel ilyen rejtett (kriptikus) mutációk, amelyekre kezdetben nem hat a szelekciós nyomás. Ennek ellenére ezek a mutációk főszerepet játszanak az úgynevezett rejtett variáció és preadaptáció (előzetes adaptáció) folyamatában. A felhalmozódott rejtett mutációk ugyanis egy későbbi időpontban úgy tudnak kombinálódni, hogy megalapozzák az összetett és előre megjósolhatatlan új tulajdonságok kialakulásának alapját.

DNS felülnézetből

A rejtett variáció és a preadaptáció elképzelését először a 20. század közepén vetették fel, majd az 1970-es években fogalmilag finomítottak rajta. Ez logikus válasz volt arra kérdésre, hogyan alakulnak ki olyan összetett tulajdonságok, amelyek látszólag túlságosan komplexek ahhoz, hogy egyetlen vagy néhány mutáció létrejöttével magyarázhatók lennének.

Az elképzelést felkarolták olyan vezető gondolkodók is, mint Stephen Jay Gould paleontológus és evolúcióbiológus. A hipotézis részletes vizsgálata és bizonyítása azonban abban az időben szinte lehetetlen volt. Nem léteztek eszközök a genetikai adatok kellően alapos értelmezéséhez. Magát az elképzelést is nehéz volt megragadni. Nem volt könnyű belátni, hogyan illeszthető be a céltalan mutációk hosszú távú felhalmozódása egy olyan evolúciós történetbe, amelynek hajtóereje a feltételezések szerint a folyamatos szelekció.

Az elmúlt években azonban a jobb eszközök megjelenésével és az evolúció igazi összetettségének egyre növekvő elfogadásával a kutatók érdeklődése újra a rejtett variációk és a preadaptáció irányába fordult. A számítógépes modellek és a baktériumokkal, valamint élesztővel kapcsolatos szórványos megfigyelések már utaltak e tényezők fontosságára. Hiányzott azonban a perdöntő bizonyíték, amely az alapos genetikai megfigyeléseket kombinálta volna a való világban lezajló evolúcióval.

A Nature múlt heti számában megjelent tanulmány azonban megváltoztatta ezt a helyzetet. A kutatók RNS-enzimek, úgynevezett ribozimok új környezetben zajló evolúcióját vizsgálták, és bebizonyították, hogy ez közvetlen kapcsolatban áll a rejtett mutációk korábbi felhalmozódásával.

A kísérletet Eric Hayden és Andreas Wagner, a Zürichi Egyetem két evolúcióbiológusa végezte. Egyszálú genetikai anyagból, RNS-ből felépülő ribozimmolekulákat használtak, hogy a lehető legegyszerűbb módon tanulmányozhassák az evolúciós törvényszerűségeket.

A kutatók kémcsövekben hagytak fejlődni ribozimokat, majd új kémiai anyagba helyezték át a molekulákat. Ez az áthelyezés annak felel meg, mintha az állatoknak hirtelen új táplálékforráson kellene megélniük.

Azok a ribozimok bírták ki a környezetváltozást (azaz nem bomlottak le vagy vesztették el működőképességüket), amelyek korábbi környezetükben rejtett mutációk specifikus készletét halmozták fel magukban. A korábban látszólag lényegtelen variációk hirtelen az új, hasznos adaptáció alapjává váltak. A kutatók képesek voltak részletesen megmérni minden egyes változást.

"Ez forradalmian új bizonyítéka az elképzelésnek" - mondta Joanna Masel, az Arizonai Egyetem evolúcióbiológusa, aki nem vett részt a kísérletekben. "A tanulmány egyértelműen demonstrálja, hogy a rejtett genetikai variáció hatékonyabbá teszi az evolúciót."

"Ez egyike az evolúciós elmélet legmodernebb témaköreinek" - mondja Joshua Plotkin, a Pennsylvaniai Egyetem matematikus-biológusa, a Nature-cikkhez kapcsolódó kommentár szerzője. "Az elképzelés egy ideje már köztünk volt, de egészen mostanáig nem sikerült közvetlen bizonyítékot találni rá."

Plotkin szerint a rejtett variáció és a preadaptáció meghatározó lehet például a kórokozók gyógyszer-rezisztenciájának kialakulásában, és abban, ahogy egyes kórokozók kicselezik az immunrendszert. A kutatók közvetlen mutációk helyett kombinációkat kereshetnének, amelyek alapján talán kifejleszthetnének egy "előzetes figyelmeztető rendszert", amely felhívná a figyelmet a látszólag ártalmatlan változásokra.

A rejtett variációk és a preadaptáció fontos mechanizmus lehet az állatok evolúciójában is, a többsejtűség eredetétől kezdve az olyan összetett szervek és tulajdonságok kialakulásáig, amilyen a szem és a nyelv.

A rejtett mutációk tanulmányozása hozzájárulhat a személyre szabott orvoslás fejlődéséhez is, valamint annak előrejelzéséhez, hogy mennyire fogékonyak egyes személyek egy adott betegségre.