iPon Cikkek

Hogyan lett csíkos a fűegér?

Dátum | 2016. 11. 13.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Rudyard Kipling A dzsungel könyve című művében elhangzik egy történet arról, hogyan lett csíkos a tigris. A mese szerint az Első Tigris megszegte a Dzsungel békéjét, amikor véletlenül megölt egy őzbakot, majd tettét követően elmenekült. Ekkor Tá, a Vadon Ura megparancsolta a fáknak és a többi növénynek, hogy „jelöljék meg az őzbak gyilkosát, hogy ráismerhessen.” Azok így is tettek, és „ahol megérintették, jel maradt, csík maradt sárga bundáján. És ezeket a csíkokat viselik a gyermekei mind a mai napig.” (Benedek Marcell fordítása) Kipling meséje csak egy a rengeteg hasonló történet közül, amely az elmúlt évezredek során azzal a céllal született, hogy megmagyarázza a tigrisek és a zebrák csíkjainak, vagy a leopárd pöttyeinek kialakulását. Az emberiséget ugyanis a kezdetek kezdete óta bámulattal töltik el az emlősök bundájának látványos, jellegzetes, gyönyörű mintái. A változatos mintázatok kialakulásának módjáról ugyanakkor még napjainkban is csak nagyon keveset tudunk. A csíkok és pöttyök rejtélye mögött húzódó gének és molekulák működése jelentős részben azért maradt megfejtetlen mostanáig, mert a laborok kedvenc kísérleti állata, a házi egér se nem csíkos, se nem pöttyös.
A természetben azonban akadnak mintás bundával rendelkező egerek is, amelyek a hagyományos házi egerekhez hasonlóan könnyen kezelhetők, és szintén meglehetősen szaporák. Ezek egyikét, az Afrikában őshonos négycsíkos fűegeret (Rhabdomys pumilio) kezdte el tanulmányozni Ricardo Mallarino, a Harvard kutatója. Ahogy az állat neve is elárulja, a fajba tartozó rágcsálók négy fekete csíkkal rendelkeznek hátukon, amelyek között kétoldalt egy-egy fehér csík is húzódik. Mallarino és kollégái a munka során azonosítottak egy eddig ismeretlen gént, amely a jelek szerint kritikus szerepet játszik a minták létrejöttében. Az eredmények alapján a csíkok kialakulásával kapcsolatban egy nagyon összetett történet bontakozik ki, amely egyben az evolúció egyik legfontosabb momentumát is kitűnően demonstrálja. Mégpedig azt, hogy hogyan vezetnek a genetikai változások fizikai módosulásokhoz, vagyis hogyan formálja át a DNS a testet. A kutatócsoport igazolta, hogy a csíkok már a születés előtt megjelennek az állatok testén. Az embriók szürke bőrén sötét és világos sávok látszódnak, és ezeken a részeken több mint ezer gén mutat más aktivitást, mint a test egyéb részein. A sötét csíkokban például több olyan gén működik nagy intenzitással, amelyről korábban is tudható volt, hogy a sötét pigmentek termelésében játszik szerepet. Ebben tehát nincs semmi meglepő. Mallarino és társai azonban arra is rájöttek, hogy akad egy gén, az Alx3, amely hétszer aktívabb a fehér csíkokban, mint a feketékben. Ez pedig teljesen váratlan volt a szakértők számára.
„Tizenöt éve tanulmányozom a pigmentáció folyamatát, de még sosem hallottam róla, hogy ennek a génnek bármilyen szerepe lenne benne” – mondja Hopi Hoekstra, Mallarino kollégája. Ez azért is meglepő, mert nem egy ismeretlen génről van szó. Az Alx3-at az elmúlt évtizedek során számos kutatócsoport vizsgálta behatóan, kimutatva, hogy annak megfelelő működése nagyon lényeges az egerek fejének és arcának kialakulása során. Az is kiderült, hogy a gén bizonyos mutáns változatainak jelenléte az orr- és szájüreget alkotó szövetek elégtelen összenövéséhez, vagyis ajak- és szájpadhasadékok (nyúlszáj, farkastorok) kialakulásához vezethet. A tengernyi kísérlet során azonban egyszer sem merült fel, hogy a gén az állatok kültakarójának színére is hatással lenne. Amire Hoekstra szerint minden bizonnyal az lehet a magyarázat, hogy a vizsgálatokat a laborbeli használatra kitenyésztett albínó házi egereken végezték. Mallarino és társai a négycsíkos fűegereken végzett kísérletek során ki- és bekapcsolgatták az Alx3 gént, és így sikerült igazolniuk, hogy az egy másik gén, a Mitf gátlása révén fejti ki hatását. Ez utóbbi a pigmentsejtek (melanociták) érésében játszik szerepet, vagyis gátlása révén kevesebb sötét festékanyag kerül a kültakaró kérdéses részeire. Így keletkeznek a fehér csíkok a sötét csíkpárok között a fűegereken.
A szakértők megvizsgáltak egy másik, hasonló hátmintázattal rendelkező állatcsoportot, a csíkosmókusokat is. Ezek fejlődése nagyjából 70 millió éve vált külön az egerekétől, de esetükben is a Mitf működését gátló Alx3 gén felel a szőrben megjelenő világos csíkok létrejöttéért. A vizsgálatok további érdekes eredménye, hogy a jelek szerint minden rágcsálóban ez a gén áll a világosabb színű hasi részek kialakulása mögött, a csíkosmókusokon és a négycsíkos fűegereken viszont világos háti csíkok is kialakultak ugyanezen mechanizmusnak köszönhetően. De mi vajon a helyzet a többi emlőssel? Csak a rágcsálók között vizsgálódva rengeteg különböző csíkos mintázattal találkozhatunk az egycsíkos fűegértől kezdve a hátukon 13 csíkot (és pöttyöket is) hordozó leoprádürgékig. Könnyű elképzelni, hogy az Alx3 aktivitásának változtatásával hogyan jöhetnek létre eltérő számú és vastagságú világos sávok. A kutatócsoport még egy zebra bőrét is megvizsgálta, és ennek esetében is úgy találták, hogy a világos csíkokban aktívabb az Alx3, mint sötétekben.
Ez persze nem jelenti azt, hogy az Alx3 egyedül felel a mintázatok kialakításáért. A sötét csíkok létrejöttéhez például eleve más gének is kellenek. 2012-ben egy másik kutatócsoport, amelynek tagjai különböző macskafélék bundájának mintázatát tanulmányozták, két másik, a szőr színének alakulását befolyásoló gént azonosított. Ezek ráadásul teljesen más elven is működnek: míg az Alx3 a melanociták érését gátolja, a macskákban megtalált Taqpep és Edn3 abba szólnak bele, hogy az adott pigmentsejt világos vagy sötét festékanyagot tartalmazzon. Ugyanakkor mind az rágcsálók, mind a macskafélék esetében válasz nélkül marad a legfontosabb kérdés. Vagyis hogy miért más az Alx3 vagy az Edn3 aktivitása a bőr bizonyos részein, mint a többi területen. Azaz: miért alakultak ki a csíkok és a pöttyök? Azt már egyre jobban értjük, hogy hogyan jöttek létre a mintákat alkotó sötét és világos színek, de hogy mi a céljuk a mintázatoknak és az egyes fajokban hogyan kezdtek kirajzolódni különböző formáik, az továbbra is rejtély. A fogas kérdésre az egyik lehetséges részválaszt Alan Turing adta meg 1952-ben. A legendás matematikus úgy vélte, hogy az állatok bundájának mintázata két molekula versengése során alakul ki: ezek elterjednek a bőrben, és attól függően, hogy milyen gyorsan mozognak, illetve hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással, eltérő mintákat, pöttyöket, csíkokat vagy foltokat alakítanak ki. Egyre több bizonyíték van arra, hogy a Turing-mintázatok valóban léteznek a természetben, például a halak bőrében. Hoekstra azonban arról nincs meggyőződve, hogy az egerek és a többi emlős esetében is ezen az elven zajlik le a folyamat.
Hogy végül kinek lesz igaza, azt további kutatások dönthetik el. Ahogy telnek az évek, egyre könnyebbé válik a gének és az általuk vezérelt fizikai jellemzők összekapcsolása. A laboratóriumi egereken, legyeken és férgeken, vagyis a hasonló kísérleteket évtizedekig uraló, úgynevezett modellszervezeteken túl most már mindenféle olyan faj is könnyedén tanulmányozható ezen szempontok szerint, amely tenyészthető laborkörülmények között. Az újgenerációs génszekvenálási technológiák révén már az is könnyen megmondható, hogy melyik gén a test mely részében aktív. És az is egyre egyszerűbben vizsgálható, hogy mi történik, ha az adott gén működését megváltoztatjuk. Annak a kérdésnek a megválaszolásához persze valószínűleg ezen módszerekkel sem fogunk közelebb kerülni, hogy miért lettek csíkosak a tigrisek vagy a fűegerek. De azt legalább lassan megtudjuk, hogy hogyan lettek azok.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. svas
2016.11.14. 12:55
Érdekesség:

Reakció-diffúzió rendszerek olyan matematikai modellek, amelyek megfeleltethetőek több fizikai jelenséghez:
A leggyakoribb, egy vagy több kémiai anyag változása térben és időben: azaz olyan helyi kémiai reakciók, amelyekben az anyagok alakulnak át egymásba, és egyben diffundálnak is, utóbbi okozza az anyag térbeli kiterjedését az adott felületen.

Formalizmus by Alan Turing :



A q (x,t) az ismeretlen vektor funkció, D egy diagonális mátrix diffúziós együttható, és R érték pedig minden helyi reakciót reprezentál. A reakció-diffúzió egyenletek segítségével modellezhető sokféle forma, mint pl az utazó hullámok kialakulása és egyéb hullámtermészetű jelenségek, valamint más önszerveződő minták, mint pl a csíkok, hatszögek vagy bonyolultabb szerkezetek, disszipatív szolitonok (nem lineáris hullámok).

Örülnék persze ha csak 3%-ban érteném ezt annyira mint ő tette de még így laikusként is elképesztő már maga a tény hogy mindent ami a természetben történik, modellezhető matematikailag, akár egy maréknyi karakterrel.

Alan Turing rulez! (ruled)
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. kovan027 svas
2016.11.14. 22:24
Annyi hozzáfűznivalóm lenne, hogy q(x,t) nem funkció, hanem függvény, D pedig csak izotrop esetben diagonális. Sőt, általános esetben D függhet a helytől is, akkor pedig a jobb oldal első tagja nabla*(D*nabla q).
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. fofoka
2016.11.15. 19:20
Miért lett csíkos? Az én olvasatomban ez egy teljesen véletlenszerű mutáció és az ilyen géneket hordozó utódok nagyobb valószínűséggel élték meg a reprodukciós életkort. Tehát a csík, meg a pötty előnyt biztosít. Kamuflázs. Mi a kérdés?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2016.11.16. 10:57
Vlóban, nem az volt a kérdés hogy miért lett csíkos, hanem hogy mi a mechanizmus genetikai, biokémiai szinten ami a mintákat
létrehozza. Mi az a mutáció , melyik gének és hogyan okozzák ezt.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. fofoka svas
2016.11.16. 19:14
"... de hogy mi a céljuk a mintázatoknak..."

Erre reagáltam
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!