A Galápagos-szigetcsoport legfiatalabb szigetein a vadon termő paradicsomok újraírják az evolúció szabályait azzal, hogy újraaktiválnak egy ősi, millió évvel ezelőtt kihalt kémiai védekező mechanizmust. Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte, hogy a szigetcsoport legfiatalabb szigetein élő egyes vadparadicsomfajok visszanyerik az ősi kémiai védekező mechanizmusukat, amely több millió évvel ezelőtt eltűnt.
A Galápagos-szigetek nyugati részének perzselő lávafelszínén, ahol a szél szinte tápanyagmentes talajt söpör, és a táj mintha egy másik bolygóról származna, olyan paradicsomok teremnek, amelyek megcáfolják az evolúció bevett törvényeit. Ahelyett, hogy modernabb vagy összetettebb formák felé fejlődnének, ezek a növények visszafejlődnek, és olyan tulajdonságokat nyernek vissza, amelyeket örökre elveszettnek hittünk.
Ezt tárja fel egy új tanulmány, amelyet a Nature Communications folyóiratban tettek közzé, és amelyet a Kaliforniai Egyetem (Riverside) és az izraeli Weizmann Intézet tudósaiból álló csapat vezetett. A felfedezés megdöbbentette az evolúciós biológusokat: először dokumentálták kémiai és genetikai pontossággal a növények „visszafejlődésének” esetét, egy fogalmat, amelyet eddig rendkívül ritkának és nehezen bizonyíthatónak tartottak.
Ezek a növények nem egyszerűen véletlenszerűen mutálódnak, hanem meglepő pontossággal újraélesztik egy ősi biokémiai mechanizmust, amely lehetővé teszi számukra olyan mérgező vegyületek előállítását, amelyek modern rokonainál már nem találhatók meg. Más szavakkal, újraélesztik egy ősi molekuláris pajzsot, amely millió évek óta a DNS-ükben volt eltemetve.
Őskori kémiai védelem
A tanulmány két vad paradicsomfajra összpontosít: a Solanum cheesmaniae és a Solanum galapagense, amelyek dél-amerikai növények leszármazottai, és valószínűleg madarak hozták a szigetekre. A tudósok több mint ötven mintát elemeztek, amelyeket a szigetcsoport különböző szigetein gyűjtöttek. És a legfiatalabb, vulkanikusan aktív szigeteken – mint Fernandina és Isabela – fedeztek fel egy váratlan mintát.
Ezeken a szigeteken a paradicsomok nemcsak alkaloidokat – természetes peszticidként ható keserű vegyületeket – termeltek, hanem ezeknek a vegyületeknek egy ősi változatát is, amely nagyon hasonlít a padlizsánban találhatóhoz, és amelyet paradicsomokban ősidők óta nem figyeltek meg. Ezzel szemben a keleti, régebbi és stabilabb szigeteken a növények továbbra is a mai termesztésben szokásos modern változatokat állították elő.
Ez a változás nem jelentéktelen. A kulcs a sztereokémiában rejlik: bár az „ősi” és a „modern” alkaloidok ugyanazokból az atomokból állnak, háromdimenziós elrendezésük eltérő, ami teljesen megváltoztatja biológiai viselkedésüket. Ez a konfiguráció olyan, mint egy kémiai zár: a legkisebb eltérés is megváltoztatja a szervezetben való hatását.
Csak négy aminosav változtatott meg mindent
Hogy megértsék, hogyan tudtak ezek a növények ilyen átalakuláson átmenni, a kutatócsoport azonosította az alkaloidok végső összeállításáért felelős enzimet. A legmeglepőbb felfedezés az volt, hogy csupán négy változás kellett az enzim aminosav-láncában, hogy funkciója visszaforduljon, és visszatérjen ősi formájához. Ezzel a mutációval a növények visszanyerték a „őskori” vegyületek szintézisének képességét.
A kutatók még laboratóriumban is szintetizálták ezeket a módosított géneket, és beültették őket dohánynövényekbe, amelyek elkezdték termelni a régi alkaloidokat. A bizonyíték egyértelmű volt: nem véletlenről vagy egyszerű spontán mutációról volt szó, hanem egy elfeledett biokémiai út funkcionális és strukturált visszatéréséről.
A jelenség földrajzi elterjedése is környezeti okokra utal. A fiatal, szélsőséges körülmények között élő nyugati szigetek úgy tűnik, hogy másfajta evolúciós nyomást gyakorolnak, ahol az agresszívabb védekező mechanizmusok visszanyerése életfontosságú előnyt jelenthet. A természetes szelekció ebben az esetben nem előrehaladást, hanem a múltból származó megoldások visszanyerését eredményezi.
Egyedülálló eset… vagy egy pillantás a jövőbe?
A „fordított evolúció” fogalma mindig is szkepticizmust váltott ki. A klasszikus elmélet szerint ha egy tulajdonság egyszer elveszik, rendkívül valószínűtlen, hogy ugyanazon a genetikai úton újra megjelenjen. Ez a tanulmány azonban bizonyítja, hogy ez nemcsak lehetséges, hanem pontosan, következetesen és egész populációkban is előfordulhat.
Korábban már dokumentáltak egyes eseteket, például kígyók, amelyek visszanyerték kezdetleges lábaikat, vagy baktériumok, amelyek újraaktiválták ősi géneket. De soha nem ilyen kémiai részletességgel és egy globális élelmiszeripari növény esetében. A paradicsom végül is az egyik leggyakrabban fogyasztott élelmiszer a bolygón.
Ez a felfedezés nemcsak a növényi evolúció kézikönyvét írja át, hanem új kapukat is megnyit a génmanipuláció előtt. Ha néhány aminosav módosításával átalakítható egy biokémiai folyamat, akkor olyan növényeket tervezhetünk, amelyek ellenállóbbak a kártevőkkel szemben, biztonságosabbak az emberi fogyasztásra, vagy akár gyógyászati tulajdonságokkal is rendelkeznek. De előbb, ahogy a kutatócsoport figyelmeztet, elengedhetetlen megérteni, hogy a természet hogyan csinálja.
A múlt, amely nem akar eltűnni
Végül ez a felfedezés egy erőteljes gondolatot vet fel: az evolúció nem egyenes út a „haladás” felé. Ez egy komplex tánc, egy hullámzás, amelyben az előrelépés néha azt jelenti, hogy vissza kell nézni. A genom tárolja a múltbeli megoldások emlékeit, amelyek készen állnak arra, hogy újra felbukkanjanak, amikor a körülmények megkövetelik.
Hogy ez a távoli, szinte érintetlen Galápagos-szigeteken történt, nem véletlen. Ez a természetes laboratórium, amely már Darwinra is hatással volt, ma is mély tanulságokat ad nekünk az élet rugalmasságáról. És talán, ahogy a tanulmány is sugallja, amit ezeken a paradicsomokon látunk, csak egy példája egy szélesebb jelenségnek, amely akár a mi fajunkat is érintheti, ha a bolygó körülményei eléggé megváltoznak.
