Ugrás a tartalomhoz

Bevezetés az állattanba

dr. Csörgő Tibor, dr. Farkas János, Kis Viktor, dr. Molnár Kinga, dr. Sass Miklós, Szatmári Zsuzsanna, dr. Török Júlia Katalin (2012)

Eötvös Loránd Tudományegyetem

16. fejezet - Filogenetikai bevezető - (T.J.)

16. fejezet - Filogenetikai bevezető - (T.J.)

16.1. Hogyan igazodjunk el az élővilágban? – A rendszerezés alapját jelentő elméletek kialakulása

Az állatvilág – és általánosabban az élővilág – nagyobb csoportjait az ember az ókortól kezdve osztályozza valamilyen rendezőelv szerint, egyszerűen azért, hogy eligazodjon az élőlények sokaságában. Az első rendszerek mesterséges rendszerek voltak: tetszés szerinti hasonlóságon alapultak. Az újkori hierarchikus rendszerek egyik rendezőelve az élőlények tökéletesedése volt. Ennek értelmében született a grádicselmélet, amely lineáris sorba rendezte az élőlényeket a legegyszerűbbtől a legtökéletesebbig, Charles Bonnet (1720–1793) „létrája” legalsó fokán a növények, legfelül az ember állt. Carl Linné (1707–1778, 15.1.A ábra ) Systema Naturae című műve hasonlóképpen mesterséges rendszert követett, szerinte azonban a mesterséges rendszerek alkalmazása csak szükségszerűség, amely addig használatos, amíg meg nem lelik az ún. természetes rendszert.

Ma már, Darwin munkássága óta, ez a rendezőelv a közös származás. Ezzel az élőlények rokonsági viszonyai, nem pedig a kutatók szubjektív, kiragadott szempontjai szerint történik az osztályozás. A törzsfejlődés felismeréséhez Linné korában még hiányoztak az alapismeretek: az összehasonlító anatómia még nem létezett, ahogy a sejtelmélet sem, amely a szerveződési szintek és egyéb alapvető vonások alapján egy állatot más élőlényektől megkülönböztetett. Jól példázza ezt, hogy Linné élete során a Systema Naturae egymást követő kiadásai között jelentékeny eltérések voltak: például a ceteket az első, 1735-ös kiadásban még a halak között, míg az 1758-as, legtöbbet idézett, 10. kiadásban már az emlősök között találjuk. A 12. kiadásban a fajok számának növelése mellett az addig hiányzó szivacsokat is feltüntette az állatok között (a Zoophytes csoportban). Továbbra is maradtak benne olyan, mai ismereteink birtokában visszatekintve derűt keltő részletek, mint a puhatestűek között a Nautilus mellé beékelt likacsoshéjúak, amelyek egysejtűek, nem pedig állatok.

Jean-Baptiste Lamarck (1744–1829, 15.1.E ábra ) természettudós a fejlődés fogalmát sajátos értelmezéssel vezette be az állattanba: transzformizmusa a megváltozott környezet hatására alacsonyabb rendű élőlényekből magasabb rendűek létrejöttét jelentette. Az evolúció szót ő használta elsőként a biológiában. Neki köszönhető a gerinctelenek kifejezés is.

Georges Cuvier (1769–1832, 15.1.D ábra ) anatómus, őslénykutató volt az összehasonlító anatómia megalapítója, aki a kövületek alapos ismeretén túl magyarázatot is adott a földtörténeti rétegekben egymást követően található, eltérő állatközösségek létrejöttére: katasztrófa elméletében a természeti katasztrófák az állatvilág egy részének kipusztulásához vezetnek, a megmaradókból fejlődik tovább az élővilág.

Charles Darwin (1809–1882) életműve szorosan a fenti és más, fel nem sorolt kutatók munkásságára épülve jöhetett létre. Az evolúcióval kapcsolatban rámutatott arra, hogy annak nincs iránya. A tökéletesedés vagy a komplexitás növekedése – amely még ma is visszaköszön egyes tankönyvek lapjain – antropomorf szemléletet tükröz [43] . Az evolúció alapanyagát az élőlények változékonysága, mechanizmusát a természetes szelekció és az alkalmazkodás (adaptáció) jelentik. Ezzel az akkori közelmúlt grádicselmélete és a transzformizmus idejétmúlttá váltak.

A biológia tudományterületei lassan kibontakoztak az utóbbi 250 év során, bár a folyamat napjainkban is zajlik (pl. evolúciós fejlődésbiológia mint önálló tudományterület elkülönülése). A törzsfejlődési viszonyok mai rekonstrukciója számos tudományterület eredményeinek megfelelő értelmezésével jöhetett létre, és nem nélkülözhette az újabb és újabb vizsgálati módszerek felhasználását (IV. táblázat).

IV. táblázat. A) Az állatvilág törzsfejlődésének megismerését elősegítő tudományterületek és elméletek, valamint B) technikák

A táblázat két oszlopot tartalmaz, a bal oldali oszlop a tudományterületek, a jobb oldali pedig a technikák felsorolását tartalmazza.

A B
Evolúció elmélet kialakulása Összehasonlító anatómia
Paleontológia Mikroszkópia
Sejtelmélet Kladisztika
Geológia: a Föld életkora, keletkezése Ontogenetika
Kontinensvándorlás Sejt- és szövettani technikák
Lemeztektonika Elektronmikroszkópia
Biogeográfia Molekuláris filogenetika
Szimbiogenezis Numerikus módszerek
In silico módszerek

A molekuláris filogenetika körébe tartozik a DNS-DNS hibridizációs módszer. A technika azon alapszik, hogy melegítés hatására a kiegészítő bázispárok közötti hidrogénhidak felszakadnak, a DNS két külön szállá esik szét, lehűléskor a bázispárok felismerik egymást, és újra összetapadnak. Ha különböző fajok DNS-eit keverik össze, a lehűléskor csak a két faj közös ősétől örökölt szakaszok között jön létre a kötés. A kialakuló új kettős hélixek olvadáspontja arányos a két szál közti hidrogénhidak számával, ami viszont a rokonsági foktól függ. Mivel a DNS változása hosszú időtávon egyenletes, így az elválás időpontjára is lehet következtetni. A kalibrálást olyan eseményekkel lehet elvégezni, mint pl. a Gondwana szétválása. Az Atlanti-óceán kialakulása jelentette az afrikai struccok és a Dél-Amerikában élő nanduk szétválását (l. futómadarak ). A fajpárok vizsgálatával megállapítható, hogy 1 Celsius-fok olvadáspont különbség kb. 4,5 millió évet jelent. A hibridizációs módszer lehetőséget ad tehát a leszármazási sorok rekonstrukciójára. A különböző fajok DNS-e közötti különbségek mérésével meg lehet állapítani az elágazási sorrendeket, így a rendszertani besorolás korrektebb lehet, mint az életmódbeli hasonlóságokra visszavezethető külső tulajdonságok szerinti.

Szintén molekuláris genetikai módszer adott DNS-szakaszok szekvenciáinak összehasonlítása: minél nagyobb a hasonlóság, annál közelebbi a rokonság. A technika egyszerűsége ellenére alkalmazása eltérő következtetésekhez vezethet, hiszen a kísérletsorozatok eredménye alapvetően attól függ, hogy egy adott kutatócsoport milyen DNS-szakaszt választ ki a munkájához (l. 37.8. ábra ). Választható például genomiális (autoszomális vagy szexkromoszómán lévő) és mitokondriális DNS-szekvencia is.

Az esetleges ellentmondások ellenére a molekuláris genetikai módszerekkel kimutatott rokonsági viszonyokat – a kezdeti elutasításhoz képest – egyre többen elfogadják. Olyan állatcsoportoknál azonban, ahol még nincs elegendő megbízható genetikai adat, a rendszerezés továbbra is a konzervatívabb, fenológiai bélyegeken alapul.



[43] Bizonyos szempontok miatt a mi könyvünk is alkalmazza ezt a szemléletet, ám a későbbi rendszertani kurzus megközelítési módja túllép ezen.