iPon Cikkek

A bennünk élő toll

Dátum | 2014. 12. 04.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A tollak összetettségükben és funkcionalitásukban sok tekintetben hasonlítanak a végtagokra. Olyannyira komplexek, olyan sokféle változatuk létezik, és annyira hatékonyak, hogy első pillantásra nehéz elképzelni, hogyan jöhettek létre. Napjainkban kizárólag a madarak rendelkeznek tollakkal, akik változatos célokra használják ezeket: a tollazat teszi lehetővé, hogy repüljenek, segít testhőmérsékletük szabályozásában, és sok fajnál fontos szerepet játszik a párválasztásban is. Érdekes módon a jellegzetes kültakarónak nyomát sem találjuk még a madarak legközelebbi ma élő rokonain, a krokodilokon sem. Ahogy az összetett dolgok mindegyikéhez, a tollak kifejlődéséhez is rendkívül hosszú időre volt szükség, és a folyamat kiválóan nyomon követhető az egyre bővülő fosszilis leletanyag révén. Innen tudjuk azt is, hogy a madarak dinoszaurusz ősei is rendelkeztek tollakkal. A legkorábbi tollak egyszerű, fonálszerű képződmények voltak, amelyek később pehelytollakká fejlődtek, majd sokféle különböző úton alakultak tovább, idővel eljutva azokig a formákig, amelyek lehetővé tették, hogy tulajdonosaik a levegőbe emelkedjenek. Egy nemrégiben megjelent tanulmány érdekes új utat kínál a tollak evolúciójának felderítéséhez. Szerzői nem a fosszilis leletek, hanem a tollazat genetikai receptje alapján igyekeznek felfejteni annak történetét. A ma élő madarak DNS-ének tanúsága szerint a tollakat kódolló gének több száz millió évvel azelőtt jelentek meg az állatvilágban, minthogy az első ténylegesen tollra emlékeztető konstrukció kifejlődött volna. Ennek folyományaként bennünk, emberekben is megtalálhatók mindazon genetikai információk, amelyek a tollak létrehozásához szükségesek. A tanulmány szerzői, Scott Edwards, a Harvard madárkutatója és kollégái munkájuk során nagyban támaszkodtak mindazon eredményekre, amelyek az elmúlt pár évben kiderültek a tollak fejlődésével kapcsolatban. A madárembriók növekedésük jelentős részében teljesen kopaszok, bőrükben viszont korán megjelennek azon apró sejtcsoportok, amelyekben környezetüktől eltérő génkifejeződés valósul meg, és amelyekből később kialakulnak a tollak. Ezek a piciny sejtcsoportok először gyors osztódásba kezdenek, majd szárrá (vagy más néven tengellyé) rendeződnek. A fejlődés későbbi szakaszában aztán ez a szár kezd vékonyka ágakat hozni, amelyek összességéből kialakul a toll felületének döntő részét kitevő zászló. Attól függően, hogy milyen madárról van szó, illetve annak melyik testrészén (és milyen életkorban) növekszik a toll, a folyamat sokféle végeredményt produkálhat az egyszerű pehelytollaktól kezdve, az evezőtollakon át, egészen a leglátványosabb farktollakig. Az eredeti kis sejtcsoportból létrejövő újabb sejtek differenciálódnak, és eltérő géneket kezdenek működtetni, eltérő fehérjekombinációkat aktiválva magukban. Nagyon különböző lehet például a sejtekben termelődő szaru mennyisége és jellege is: míg a fehérje merevebb változata nagy mennyiségben van jelen a legerősebb evezőtollak szárában, a puhább pehelytollakban, vagy az evezőtollak zászlójában a protein más gének által kódolt, rugalmasabb változatait találjuk meg. Hasonló módon vezérlik a gének a tollak mintázatának alakulását is, pigmentek megjelenését vagy éppen hiányát idézve elő az egyes helyeken. A tollak tehát nagyon eltérőek lehetnek, de minden madársejt tartalmazza mindazon géneket, amelyek az adott fajra jellemző bármilyen típusú toll létrehozását lehetővé teszik. Hogy ezek közül melyek fejeződnek ki, azt a szabályozó mechanizmusok döntik el. Edwards és kollégái számos korábbi kutatás eredményeit átvizsgálták annak érdekében, hogy azonosítsák a tollfejlődésben nélkülözhetetlen géneket. Összesen 193 ilyet találtak, amelyek közül 67 a szaru különböző változatait kódolja, 126 pedig a tollak szerkezetének és mintázatának kialakításában játszik szerepet. Ezt követően a kutatók a gének kapcsolóit kezdték vizsgálni. Ezek olyan DNS-szakaszok, amelyek a genom nemkódoló részein kapnak helyet, így azonosításuk nem egyszerű feladat, mivel nagyon nehéz kihámozni őket a géneken kívüli részek káoszából. A kapcsolók megtalálásában segített, hogy ezek többnyire az általuk irányított gén közelében kapnak helyet, így elsősorban a már azonosított tollgének környékét vizsgálták át a szakértők. Kiaknázták továbbá azt a tényt is, hogy a kapcsolók meglepően változatlanok maradnak az evolúció során a genom többi részéhez képest, mivel a legtöbb mutáció működésképtelenné teszi őket. A kutatók így több különböző faj tollgénjeinek környékét összevetve ki tudták szűrni azon részeket, amelyek feltűnően hasonlítottak egymásra, ezek közül pedig már egyszerűbb volt kiválogatni a tényleges kapcsolókat. Az eredmény döbbenetes volt: összesen 13 307 olyan rövid szakaszt találtak, amely a tollgének kifejeződését irányítja.
A kutatás következő szakaszában a szakértők annak jártak utána, hogy az egyes gének mikor jöttek létre. Ha egy fehérjekódoló szakaszt (vagy kapcsolót) csak a madarakban találtak meg, az vélhetően azt követően keletkezett, hogy ez utóbbi rend tagjainak és a krokodiloknak a fejlődése kettéágazott. Ha viszont az adott gén a krokodilokban is jelen van, az minden bizonnyal jóval korábban, a két rend közös ősében jöhetett létre más génekből duplikáció révén vagy nemkódoló szakaszokból génné alakulva. A tollevolúció kezdeteinek felderítése érdekében a szakértők más gerincesek genomjával is összevetették a madarak génállományát, így többek közt az ember, a teknősök és a gömbhalak DNS-ét átvizsgálták tollgének után kutatva. Ennek során kiderült, hogy a keresett gének jelenléte jóval korábbra nyúlik vissza, mint a tollak története. A madárembriók bőrében megfigyelt apró sejtcsoportosulásokat kialakító gének már a halak és a madarak (valamint az ember) közös ősében is jelen voltak − nagyjából félmilliárd évvel ezelőtt. Ahogy aztán elődeink 350 millió évvel ezelőtt kijöttek a szárazföldre, újabb leendő tollgének és kapcsolók bukkantak fel genomjukban. Nagyjából 300 millió éve őseink kemény héjú, az embriót teljesen szárazföldi életre felkészítő tojásokat kezdtek rakni, utat nyitva a magzatburkosok, vagyis az emlősszerűek és a hüllőszerűek felemelkedésének. Erre az időszakra gyakorlatilag az összes olyan gén megjelent a genomban, amely napjainkban a különféle tollak mintázatáért felel. Vagyis bennünk is ott rejlenek mindezek a DNS-szakaszok.
Az Archosauria nevű csoport, azaz a madarak, a krokodilok és egy sor mára már kihalt dinoszauruszfaj fejlődése 250 millió éve vált külön a magzatburkosok más csoportjainak evolúciójától. A szaru különböző változatait kódoló gének többsége ebben az időszakban alakult ki, és velük együtt jelent meg a génkapcsolók túlnyomó része is. Az Archosauria csoportban − még a madarak különválását megelőzően − jött létre a jelenleg ismert tollgéneket szabályozó régiók 86 százaléka, azaz nagyjából 13 ezer génkapcsoló. Miután azonban genetikai szinten gyakorlatilag minden a helyére került, ami a tollakat illeti, még további 100 millió évet kellett várni, mire a legkorábbi madár szárnyra kapott. Elsőre furcsának tűnhet az a tény, hogy emlős létünkre minden gén megvan bennünk, ami egy tisztességes tollazat létrehozásához szükséges, mégsem borítják be testünket a különféle tollak. Ennek oka az, hogy ezek a gének megfelelő irányítás mellett egészen más funkciókat is hordozhatnak. A korai hüllők esetében azonban nem sokat kellett variálni a kapcsolókkal ahhoz, hogy testükön megjelenjenek az egyszerű, majd egyre komplikáltabb tollak. Ez egyben megmagyarázhatja azt is, hogy a paleontológusok miért találnak egyre több bizonyítékot arra, hogy az legegyszerűbb, fonálszerű tollak nem csak a madarak felmenőin bukkantak fel, hanem más fejlődési ágakhoz tartozó dinoszauruszfajok tagjain is megjelentek. Ehhez ugyanis mindössze néhány apró változásra, kisebb mutációra volt szükség, a tollazathoz szükséges génkészlet pedig már mindannyiukban megvolt. A kutatócsoport a munka során észrevett egy érdekes sajátosságot a madarak genomjában. Számos olyan kapcsolóra akadtak rá, amely ugyan nem a tollgének közelében kapott helyet, de kizárólag a madarakat jellemzi. Ezen DNS-szakaszok jelentős része olyan géneket szabályoz, amelyek az állatok testméretének alakulásában játszanak szerepet. Ez azért nagyon izgalmas felfedezés, mert a fosszilis bizonyítékok tanúsága szerint a madarak kialakulásában döntő szerepet játszott testük kisebbé válása, ezzel párhuzamosan ugyanakkor mellső végtagjuk aránytalanul hosszú maradt. Ez a változás tette lehetővé, hogy szárnycsapásaik révén képesek legyenek a levegőbe emelni testüket. Úgy tűnik, hogy Edwards és kollégái ráakadtak a testalkat átformálódásának molekuláris alapjaira. A tollak genetikai receptje tehát hiába sokkal ősibb a vártnál, úgy tűnik, hogy ahhoz, hogy ezeket repülésre tudják használni az állatok, egy egészen újfajta testformára is szert kellett tenni.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

4. cheatergs
2014.12.04. 08:42
Akkor már mindent tudunk Mothmanről.=)
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. Gyurkov
2014.12.04. 13:53
Érdekes cikk, ilyenből jöhet még sok!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Armi1P
2014.12.05. 21:18
Nem semmi mennyi mindent tudunk dekódolni DNS-ből, lassan tényleg ott járunk, hogy fajokat gyártsunk
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Rannon
2014.12.19. 14:44
A címet "A bennünk élő troll"-nak olvastam..
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!