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.
Tökéletes kapcsolat
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 – áll az MTA közleményében.
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.
Ez egy tökéletesnek tűnő partnerkapcsolat, azonban genetikai vizsgálatokból ismert, hogy a mitokondriumok energiájának „megcsapolásáért” felelős fehérjét a gazdasejt csak jóval az összeolvadás után (a becslések szerint több millió év alatt) fejlesztette ki.
Jól működik, de hogyan történt?
Igen kevés konkrétumot tudunk erről az evolúciós folyamatról, leginkább elméletek versengenek egymással. Egyesek szerint a mitokondrium őse inkább a gazdasejten élősködő parazita volt, mások szerint a gazda volt az, amely kihasználta a mitokondrium ősét azzal, hogy vadászott rá, és megette. Mindkét esetben nehéz azonban megmagyarázni, hogy az egyoldalú kapcsolat miként tudott stabilan fennmaradni olyan hosszú ideig, amíg az „energiacsapoló” fehérje kifejlődött.
Zachar István, Szilágyi András, Számadó Szabolcs és Szathmáry Eörs a PNAS folyóiratban megjelent 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.
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.
Gazdálkodott a sejt
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 tudósok 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.
(Kiemelt képünk illusztráció. Forrás: KATERYNA KON / SCIENCE PHOTO LIBRA / KKO / SCIENCE PHOTO LIBRARY)
