Az élet fejlődése Szathmáry Eörs Collegium Budapest ÉS ELTE

Az evolúció története

Az evolúció nagy átmenetei (1995) Replikátorok  sejtek Gének  kromoszómák RNS-világ  genetikai kód * Baktériumok  magvas sejtek * Klonális szaporodás  szexualitás * Egysejtűek  többsejtűek (növények, állatok, gombák) Állatok  állattársadalmak Előnyelv  emberi nyelv és társadalom * * Ezeket az átmeneteket „nehéznek” tartják…

Egy átmenet nehézsége Különleges környezet (szelekció) Az első előnye Ritka változatok (sorozata): genetikai kód, sejtmagvas sejt, nyelvkészség

A nehéz átmenetek „egyediek” Gyakorlati meghatározás: pl. minden sejtmagvas sejtnek közös őse van Ezek az átmenetek általában visszafordíthatatlanok Kivétel: a szexuális szaporodás

Az evolúció egységei sokszorozódás öröklődés változékonyság Az öröklődő bélyegek befolyásolják a túlélést és/vagy a szaporodást

„Egyenlőségi” és „testvériségi” átmenetek Egyenlőségi: genetikailag különböző egységek egyesülése Testvériségi: genetikailag közel azonos egységek egyesülése Egyenlőségi: hogyan szabályozzuk a közös szaporodást? Testvériségi: mi a kezdeti előny?

Visszatérő témák Magasabb szintű egységek létrejötte az alacsonyabbakból Munkamegosztás vagy a funkciók kombinálása Új öröklődési rendszerek megjelenése Az összetettség (komplexitás) növekedése Történeti visszafordíthatatlanság Központi szabályozás

Egy termesz királykamrája

Termeszek és termeszvár

Hamilton szabálya b r > c b: a megsegített előnye r: a genetikai rokonság foka a megsegített és a segítő (altruista) között c: az altruista költsége rátermettség értékekben mérve A formula a kezdeti elterjedésre és fenntartásra egyaránt érvényes! CSAK A TESTVÉRI ÁTMENETEKRE VONATKOZIK!!!

A rovartársadalmak eredete Az együttélésnek valamilyen KEZDETI előnye kellett legyen Érdekes a NEM ROKON nőstények által alapított közös kolóniák esete Együtt építik a fészket, azután… Elkezdenek harcolni, amíg csak EGY marad életben! P(együttes fészekalapítás) x P(túlélés a közös fészekben) > P(magányos fészekalapítás) x P(magányos túlélés) Teljesülhet, annak ellenére hogy P(túlélés a fészekben) < P(túlélés egyedül)

A válogatás nélküli altruizmus kérdése A büntetés egy fontos tényező A dolgozók is lepetézhetnek, de más dolgozók ezeket elpusztíthatják Többnőstényes kolóniákban a dolgozók gyakran NEM semmisítik meg a számukra idegen tojásokat – MIÉRT??

A megkülönböztetés evolúciója nem könnyű A „vörös szakállak” léteznek de ritkák A megkülönböztetés kezdetben pontatlan Kétféle típusú hiba aszimmetriája: (1) nem ölünk meg egy idegent (kevesebb ebéd) (2) megölünk egy rokont (drága)

A munkamegosztás Előnyös, ha kellően nagy a piac Az ezermester semminek nem a mestere Nem mindig teljesül (hermafroditizmus) A formák epigenetikailag különbözőek, és nem genetikailag

A legtöbb soksejtű is testvéri átmenetből eredt A sejtek osztódnak és együtt maradnak Skálázási előnyök (pl. vadászat) A munkamegosztás következik A rák nem csoda (Szent-Györgyi) A legnagyobb nehézség: “a sejtosztódás kellő csillapítása a megfelelő helyen és időben” (E.S. & L. Wolpert)

A korai replikátorok egy nevezetes problémája: (Eigen, 1971) A korai replikáció igen hibás lehetett Csak rövid molekulákat lehetett megbízhatóan másolni Pedig több génre lett volna szükség Nem kapcsolt gének egymással versengenek A genom összeomlik Mi a feloldás?

Molekuláris hiperciklus (Eigen, 1971) autokatalízis heterokatalízis

Paraziták a hipercikluson (JMS) rövidzár parazita

Amikor egy csónakban evezünk . A gömbök szaporodása függ a tartalmuktól A gének a gömbön belül versengenek A populáció stabilizálódik

A propagulum probléma Néhány állat osztódik, de a legtöbb petéből fejlődik Michod: jó az önző („rákos” mutációk ellen) Wolpert & E.S.: a közös eredetű sejtek azonos „nyelvet beszélnek” Az egyedfejlődés evolúcióképesebb

Epigenetika: egy új öröklődési rendszer A sejtek differenciálódás nélkül most nem lennénk itt A sejtosztódás során a differenciálódott állapot átadódik “molekuláris lamarckizmus” Egyszerű organizmusokban: kevesebb állapot Komplex organizmusokban: sokféle állapot

Genetika és epigenetika

Génszabályozás a fehérjeszintézis öngerjesztése által A sejtosztódás után a bekapcsolt állapot fennmarad, mert elég A fehérje van jelen

A kompexitás növekedése Megkettőződés és széttartó fejlődés (divergencia) szimbiózis epigenezis

Miért nincs sokszor visszaút? Vannak másodlagosan magányos rovarok A szűznemzés ismételten megjelenik DE nincsen genetikai kódját vesztett baktérium Nincs mitokondriális rák Nincs szűznemző nyitvatermő Nincs szűznemző emlős

Kontingens visszafordíthatatlanság A nyitvatermőkben a mitokondrium az egyik, a színtest a másik ivarsejtből jön Az emlősökben a genetikai bevésés nehéz körülmény Két egyidejű átmenet nehéz a négyzeten: két nehéz mutatványt kellene egyszerre letudni! Nem kizárt, csak nagyon valószínűtlen

Központi szabályozás Az endoszimbiotikus szervecskék a legtöbb génjüket elvesztették A gének szép számban átkerültek a sejtmagba A szervecske osztódását a sejtmag szabályozza Legtöbbször egyféle sejtszervecske csak a egyikféle ivarsejtből származik!