Sejtjeink kétmilliárd éves ősei lehettek a földi élet legsikeresebb farmerei

Zachar István, Szilágyi András, Számadó Szabolcs és Szathmáry Eörs PNAS-ben megjelent tanulmánya szerint elképzelhető, hogy a mai összetett földi életformák annak köszönhetik létezésüket, hogy nagyjából kétmilliárd éve egy baktérium úgy „háziasította” a mitokondrium ősét, ahogyan például az ember a sertést.

A minket körülvevő, közvetlenül megfigyelhető élet szinte kivétel nélkül sejtmagvas sejtekből, vagyis eukariótákból áll. A biomassza nagyobbik részét mégis a sokkal egyszerűbb prokarióták (sejtmag nélküli baktériumok és hozzájuk hasonlóan egyszerű felépítésű archeák) alkotják. Az egyik legnehezebbnek tartott nagy evolúciós átmenet az eukarióták kialakulása volt a prokarióta ősökből, nagyjából 2 milliárd éve.

Annyit biztosan tudunk, hogy az átmenet során egy archea- és egy baktériumfaj olyan szoros szimbiózisra lépett, hogy a baktérium véglegesen bekerült a gazda archaeába. Az összeolvadás eredményeképpen jött létre a később rendkívül sikeres (és soha meg nem ismételt) eukarióta sejtvonal, a bekebelezett szimbionta baktériumból pedig sejtszervecske lett: a mitokondrium. A mitokondriumok megőriztek bizonyos mértékű önállóságot, azonban ma már képtelenek a sejteken kívül, magukban túlélni. Ugyanakkor az eukarióta sejtek számára is létfontosságú a mitokondriumok jelenléte: tápanyagokért és stabil otthonért cserébe bőséges mennyiségű energiát termelnek a gazdasejt számára ATP- (adenozin-trifoszfát) molekulák formájában.....

....Zachar István és kutatótársai tanulmányukban egy harmadik hipotézist vizsgáltak, mely szerint rejtett előnyök stabilizálhatták a kezdeti előnytelen kapcsolatot. Ezt a „gazdálkodó” (farming) hipotézist több mint húsz éve fogalmazta meg John Maynard Smith és Szathmáry Eörs. Eszerint a gazdasejt ragadozó volt, amely rendszeresen fogyasztott más baktériumokat, köztük a mitokondrium akkor még szabadon élő ősét is. Azonban valamilyen oknál fogva a gazda nem emésztette meg az összes elfogott baktériumot: amelyek túlélték a bekebelezést, élve tengődtek a gazdán belül (pl. mert fotoszintetizáltak), esetleg még szaporodni is képesek voltak. Vagyis a gazdasejt valódi gazdálkodóként úgy tartotta a baktériumokat, ahogy az ember tartja a sertést (vagy a borsót, ha a fotoszintézisnél maradunk). Amennyiben a környezetben elfogyott a zsákmány, az ilyenkor éhező gazdának előnyös lehetett, ha volt saját tartaléka, amivel túlélhette a szűkös időket – ezáltal evolúciós előnybe került azokhoz a sejttípusokhoz képest, amelyek nem rendelkeztek a gazdálkodás képességével.

A PNAS-ben nemrég megjelent tanulmány szerzői evolúciós-ökológiai modellek segítségével mutatták be, hogy ez az előny elegendő ahhoz, hogy ökológiai időskálán a gazdálkodás képessége kiszorítsa az e képességgel nem rendelkező egyedeket, illetve hogy evolúciós időskálán a gazdálkodás képessége kialakuljon és elterjedjen a populációban. Ráadásul a gazdálkodók mindig stabilnak bizonyultak a mutációkkal rendre felbukkanó, gazdálkodásra képtelen típusokkal szemben. A gazdálkodás lényege, hogy a jó időszakban egy kis befektetéssel (amit a gazda későbbre eltesz, azt nem tudja most megenni) csökkenthető a hosszú távú veszteség vagy akár a kihalás kockázata is. Egyszerűen összefoglalva: jobb ma és holnap is egy-egy veréb, mint ma egy túzok és holnap az éhhalál. Ez a trükk nemcsak a mitokondrium megjelenésénél lehetett hasznos, de további endoszimbiózisokat is megmagyarázhat, például a plasztiszok, azaz a zöld színtestek eredetét.

A kutatást az NKFIH (PD112788, K119347, K124438), a GINOP-2.3.2-15-2016-00057 „Az evolúció fényében: elvek és megoldások”, az Európai Kutatási Tanács (ERC Horizon 2020 648693) és a Volkswagen Stiftung támogatta.

A teljes cikk az mta.hu oldalon jelent meg: http://mta.hu/tudomany_hirei/sejtjeink-ketmilliard-eves-osei-lehettek-a-...

Fotó:(mta.hu) Hamisszínes mikroszkópos felvétel, melyen kékes színnel a sejtmagokat, aranysárgával a mitokondriumokat, szürkével pedig a sejtvázat jelölték
Forrás: Flickr/NIH Image Gallery/Torsten Wittmann, University of California, San Francisco