Az evolúció fényében Szathmáry Eörs Collegium Budapest ELTE
Theodosius Dobzhansky (1900-75) „A biológiában minden csak az evolúció fényében nyer értelmet” Mi? Hogyan? Miért?
Az evolúció egységei Vannak olyan öröklődő bélyegek, melyek a termékenységre és/vagy a túlélőképességre hatnak sokszorozódás öröklődés változékonyság
John Maynard Smith (1920-2004) Eaton Tanára J.B.S. Haldane Repülőgépmérnök Szekvencia-tér A szexuális szaporodás evolúciója Játékelmélet Állati jelzések Balsan, Kyoto és Crafoord díjak
A nagy átmenetek (1995) * * * * * Ezek az átmenetek „nehezek”
Egy átmenet nehézsége Szelekció által limitált (különleges környezet) Az első előnye Variáció által limitált: kis valószínűségű genetikai változatok sorozatának rögzülése (a genetikai kód, vagy az eukarióta nukleocitoplazma eredete)
A nehéz átmenetek „egyszeriek” Operatív definíció: pl. minden genetikai kóddal rendelkező organizmusnak közös őse van Ezek az egyszeri átmenetek általában visszafordíthatatlanok (nincs olyan sejt, amelyik másodlagosan elvesztette volna a genetikai kódot, vagy az eukarióta állapotot)
A replikáció eredete? Kémiai szempontból mindig autokatalízist igényel A legegyszerűbb forma: A + X 2 A + Y A biológia számára kiemelt jelentőségű Sokkal általánosabb, mint a DNS-replikáció
A formóz ‘reakció’ formaldehid autokatalízis glikolaldehid Butlerow, 1861
Replikáció a formóz reakcióban Nem-információs replikáció Autokatalízis – IGEN Öröklődés – NEM Jó az anyagcseréhez Nem jó genetikai célokra
A fordított citrát-kör korai eredete? Günter Wächtershäuser (1990) CO2-fixálás pirit-felszíneken, a mélytengeri hévforrásoknál Nincs rá bizonyíték
Az élet keletkezésének a fő problémája a metabolitok kellő kanalizásása a lehetséges reakciók terében Az enzimek a fontos reakciókat a kellemetlen reakciókhoz képest gyorsítják A spontán mellékreakciók száma rendkívül nagy A fenntartás, nemcsak a szaporodás, feltétele az autokatalízis dx/ dt = k x – d x = 0
Minden, a mellékreakciókat elhanyagoló „hálózati” modell bűnösen csökött Pl. a Kauffman által javasolt fehérje-hálózatok A modellekben általában azt feltételezik, hogy a lehetséges reakciók vagy előnyösek, vagy semlegesek Egy kémiai „kanyonból” jött ki az élet?
A kémiai evolúció az élet kialakulása és a kátrány képződése közötti verseny volt Kémiai hálózatok Kátrány Élet A bolygók hanyad részén lenne végül csak kátrány?
Egy másik mechanizmus: von Kiedrowski’ replikátorai
1986: az első mesterséges replikátor És mi van, ha hosszabb?
Kísérlet és elmélet nemes versenye
Esetleg hőmérsékleti oszcillációval?
A spontán hosszabbodás gátolja a replikációt!
A replikátorok egy osztályozása Korlátos öröklődés Korlátlan öröklődés Holisztikus formose Moduláris Von Kiedrowski gének Korlátos (egyedek száma) > (típusok száma) Korlátéan (# egyedek) << (# típusok)
Eigen paradoxona (1971) A korai replikáció nagyon hibás volt A hibaküszöb miatt a nukleotidok száma <100 Ebből nem lehet több gént csinálni Egymáshoz nem kapcsolt gének versengenek egymással A genom összeomlik Mi a feloldás?
A hibák halmozódása x + y = 1
A molekuláris hiperciklus (Eigen, 1971) autokatalízis heterokatalitikus segítség
Paraziták a hiperciklusban (JMS) rövidzárlat parazita
Nature 420, 360-363 (2002). Replikáz RNS Más RNS
A hatékonyság növekedése Cél-hatékonyság: mennyire fogadja el a segítséget Replikáz hatékonyság: mennyire ad segítséget Másolási hűség Antagonisztikus sajátságok
Az evolválódó populáció Hibaráta Replikáz aktivitás A molekulák a szomszédokkal hatnak kölcsön Korlátozott diffúzió a felszínen
Azonos csónakban: a sztochasztikus korrektor modell Szathmáry, E. & Demeter L. (1987) Group selection of early replicators and the origin of life. J. theor Biol. 128, 463-486. Grey, D., Hutson, V. & Szathmáry, E. (1995) A re-examination of the stochastic corrector model. Proc. R. Soc. Lond. B 262, 29-35.
Egy társadalmi hasonlat… Elliot Aronson tanít tanítási kísérlete Heterogén összetételű csoportok a diákokból Véletlenszerűen választott diák teljesítményének jutalmát kapja mindenki a csoportban
Egyetemi tanáraim Gánti Tibor Koch Sándor Vida Gábor Juhász-Nagy Pál Károlyházy Frigyes Zboray Géza
Az „egészen nagy” munkatársak Günter von Kiedrowski John Maynard Smith Lewis Wolpert
Az ECAgents csoport Zachár István Ittzés Péter Orbán Gergő Fedor Anna Huszár Ferenc Lengyel Máté
Az ESA csoport Pócs Tamás Gánti Tibor Kereszturi Ákos Bérczi Szaniszló Horváth András Sik András
Mindenfelől… Mauro Santos Czárán Tamás Papp Balázs Eva Jablonka Scheuring István
Mindenfelől... Tim Lenton Gulyás Balázs Papp Balázs Elias Zintzaras Pongor Sándor Pál Csaba
Mindenfelől… Kun Ádám Jordán Ferenc
A családi „sponsorok” Szathmáryné Nagy Katalin Szathmáry Zsolt
Az evolúció egy kis lépése… Az evolúcióbiológushoz is sok türelem kell…