iPon Cikkek

Álcagén

Dátum | 2014. 03. 09.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A közönséges mormonlepke (Papilio polytes) nőstényei az álcázás igazi mesterei. Egyesek közülük ugyanúgy néznek ki, mint a fekete-fehér szárnyú hímek, mások viszont más lepkefajok színes szárnymintáit imitálják. Az utánzott fajok érdekessége, hogy mérgező anyagokat termelnek, így a ragadozók messze elkerülik őket. A mormonlepkék tehát kinézetükkel átverik környezetüket, mivel a rájuk vadászók azt hiszik, hogy ők is mérgezőek. Az alábbi képen az „álcaruha” különféle változatai láthatók. A bal oldali szárnyak közönséges mormonlepkék nőstényeihez tartoznak, míg a jobboldaliak különféle mérgező fajok tagjaihoz. A felső sorban a lepke mimikrit nem művelő változatának szárnya, illetve egy hím mormonlepke szárnya látható.
Cyril Clarke és Philip Sheppard a hatvanas években kezdte tanulmányozni a faj tagjait. A két brit kutató keresztezési kísérletek sorával igazolta, hogy a pillangók szárnyának mintázata sosem keveredik össze. Nem jönnek tehát a világra olyan példányok, amelyek az egyik változat fehér foltjait és a másik verzió vörös félholdjait viselik szárnyukon, hanem az egyes szárnyfajták egy az egyben öröklődnek. A páros ebből arra következtetésre jutott, hogy a szárnyak mintázatát egy úgynevezett szupergén határozza meg: egy olyan géncsoport, amelynek egyes tagjai a szárny más-más részének rajzolatáért felelnek, de szigorúan együtt, kapcsoltan öröklődnek. Mintha a ház összes villanykapcsolóját egy sorba telepítenénk, majd egy vékony lécet ragasztanánk rájuk keresztbe, hogy egyetlen nyomással az összes kapcsolót egyszerre tudjuk vezérelni. A szupergén-koncepció az utóbbi évtizedekben meghatározó szerephez jutott a genetikában, és a szakértők számos így viselkedő géncsoportot azonosítottak növényekben és állatokban, köztük más lepkefajok genomjában is. Az elképzelésnek utat nyitó faj, a közönséges mormonlepke szupergénjének azonosítása azonban a legutóbbi időkig sikertelen volt. Krushnamegh Kunte, az indiai Tata Alapkutatási Intézet munkatársa azonban végre a végére járt a rejtélynek óriási meglepetésre derítve fényt a lepkefajjal kapcsolatban. Kunte és Marcus Kronforst, a Chicagói Egyetem kutatója a nem mimetikus, tehát a hímekre hasonlító, illetve a farkasalma boszinkóhoz (Pachliopta aristolochiae) hasonló szárnyakat viselő nőstényeket vetette össze egymással genetikai szempontból. A mintázatot meghatározó gének után kutatva sikeresen leszűkítették a szóba jöhető DNS-szakaszokat egy öt génből álló régióra. Ezek közül négy minden megvizsgált nőstényben egyformának bizonyult, függetlenül attól, hogy azok milyen mintát viseltek, az ötödik, az úgynevezett doublesex (dsx) gén azonban egészen különösen viselkedett.
A farkasalma boszinkó és a közönséges mormonlepke
Kunte és Kronforst analízise alapján ez utóbbi gén mimetikus, illetve nem mimetikus nőstényekben megjelenő változatát több mint 1000 mutáció választja el egymástól. Ez pedig azért nagyon meglepő, mert az említett gén leginkább változatlanságáról híres: rendkívül hasonlóan néz ki a rovarok szinte minden csoportjában. A közönséges mormonlepke nőstényének mimetikus és nem mimetikus változataiban azonban a rendkívül konzervatív gén az evolúció melegágyává vált. A lepkék tehát nem egy géncsoport különböző változatait örökölve nyerik el szárnymintáikat, ahogy Clarke és Sheppard elképzelte, hanem egyetlen gén, a doublesex genomban megjelenő allélja határozza meg, hogyan néznek ki. A szupergén tehát ebben az esetben nem kapcsoltan öröklődő gének összessége, hanem egyetlen gén, amely azonban mindenre hatással van, ami a mintázat alakulását illeti.
A felfedezés azért is meglepő, mert a doublesex gén nagyon jól meghatározott funkcióval rendelkezik: ez dönti el, hogy a fejlődő pillangó hím vagy nőstény lesz-e. Az eredmények alapján pedig azt is meghatározza, hogy ha nőstény lesz, milyen szárnyakkal büszkélkedik majd. Kunte szerint mindezek alapján felmerül a kérdés, hogy más fajokban esetleg nem rendelkezhet-e szintén plusz funkciókkal a gén a nemi differenciálódás vezérlésén túl. „Az állatvilágban körültekintve egy-egy fajon belül rendkívül különböző nőstényekkel és hímekkel találkozhatunk” – mondja a kutató. Elképzelhető tehát, hogy ennek a génnek a nemi meghatározottságon túl olyan jellegzetességek alakulásában is szerepe van, mint hogy például milyen formájú lesz a szarvas agancsa vagy milyen mintázatot kapnak a páva farktollai. Az egyelőre nem teljesen világos, hogy a gén pontosan hogyan vezérli a mormonlepke szárnymintázatának alakulását. Mivel az allélok több mint ezer mutációban térnek el egymástól, a kutatócsoport komoly gondban van azzal, hogy az egyes génszakaszokat a minta specifikus részeihez kapcsolja. Néhány dolgot azonban már sikerült kideríteniük a szakértőknek. Amikor egy gén kifejeződik, az első lépésben a beléje kódolt információk RNS-sé íródnak át, amely alapján aztán fehérjék kezdenek legyártódni. Kunte és Kronforst vizsgálatai alapján a doublesex RNS-ének négy különböző változata, azaz izoformája létezik: egy ezek közül a hímekben található meg, a másik három pedig a nőstényekben.
Azt hihetnénk, hogy az egyes izoformák különböző mintázatokkal hozhatók összefüggésbe, ennél azonban komplikáltabb a helyzet. Minden nőstény mormonlepkében mind a három izoforma megtalálható, és a minta alakulása ezek mennyiségétől függ. A mimetikus egyedekben jóval többet találni belőlük, főként a szárnyakban, és különösképpen azokon a részeken, amelyek fehér foltokat tartalmaznak. A minta tehát annak eredményeként alakul ki, hogy egyazon gén a szárnyak bizonyos részein eltérő erősséggel, illetve eltérő módon fejeződik ki. Ez persze nem magyarázza meg a teljes mintázat stabilitását. Az új generációk létrejöttekor ugyanazon gén apai és az anyai változatai egymás mellé sorakoznak, és keveredve új kombinációkat hozva létre. Elviekben tehát folyamatosan újfajta mintázatoknak kellene képződniük, ami azonban nem történik meg. Kunte és Kronforst kiderítette, hogy miért nem. A doublesex gén mimetikus verziója a nem ugyanott foglal helyet a genomban, mint ahol a nem mimetikus változat. A kutatók magyarázata szerint mindez egy kromoszómamutáció eredménye lehet: az érintett szakaszban a gének sorrendje megfordult, így a génvariánsok nem tudnak egymás mellé rendeződni, vagyis a rekombináció nem történhet meg. A doublesex gén tehát ezernyi mutációjával együtt egy az egyben öröklődik. Clarke és Sheppard tehát helyesen vélekedett, amikor azt képzelte, hogy a mintázatok öröklődése sok-sok elem együttes átadásának eredménye. Egyetlen dologban tévedtek csak: ezek az elemek nem különböző géneken, hanem egyetlen génen belül foglalnak helyet. Összességében lenyűgözőnek mondható, hogy a két kutató több mint fél évszázada ilyen pontossággal volt képes rátapintani a valóságra, holott technológiailag sehol sem álltak ahhoz képest, amilyen módszereket napjaink genetikusai alkalmaznak. Még érdekesebb, hogy bár a közönséges mormonlepkék esetében nem teljesen bizonyult helytállónak elképzelésük, más fajokra tökéletesen igaz, amit leírtak. A tarkalepkefélék családjába tartozó Heliconius-fajok például több, kapcsoltan öröklődő génből álló szupergének révén vezérlik szintén mimikrin alapuló mintázatuk alakulását. Míg azonban mormonlepkék egy mérgező fajra próbálnak hasonlítani, és mintázatukkal igyekeznek elijeszteni a ragadozókat, a Heliconius-fajok ténylegesen mérgezőek, és azért igazítják egymáshoz mintázatukat, hogy ellenségeik az egész nemet elkerüljék.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!