MÜLLER VIKTOR
Darwini medicina
A
természetes kiválasztódás elve a legrátermettebb egyedek túlélését, illetve a túlélést, szaporodást elősegítő tulajdonságok terjedését jósolja. A betegségek, illetve a betegségekre való fogékonyság látszólag éppen ellentétesek ezzel, valójában azonban ugyanannak az éremnek a másik oldalát jelentik, így ugyanúgy tárgyalhatók az evolúciós elvek segítségével. A darwini medicina önmagában nem gyógyít meg senkit, de segít megérteni a betegségek eredetét, ami bizonyos esetekben a gyógyításnak is hasznára válhat.
Mi fán terem a darwini medicina? A darwini medicina az evolúció tudományának fiatal hajtása; nem orvostudomány, nem is önálló tudományág, hanem általános gyűjtőfogalomként összefoglalja a betegségekkel kapcsolatos összes olyan kérdéskört, amelyben az evolúciós szemléletmód hasznos lehet. Művelői nem orvosok, hanem evolúcióbiológusok: nem gyógyítanak meg senkit, de bizonyos esetekben utat mutathatnak az egyéni gyógyítás, vagy még inkább a közösség szintjén működő közegészségügy számára. Sok esetben pedig segítséget nem, de érdekes válaszokat ad az evolúciós szemléletmód. Az orvostudomány a betegséggel foglalkozik, ami első ránézésre kívül esik a darwini elmélet hatókörén. A betegség rontja a túlélést, az erre hajlamosító tulajdonságok szemlátomást rontják a „rátermettséget”, és ki kellene hullaniuk a természetes kiválasztódás rostáján. Miért látunk mégis annyi betegséget? Az alábbiakban válogatott példákon keresztül mutatjuk be, hogyan magyarázható meg az evolúció elveivel ez a látszólagos „kudarc”.
Jólét, jól-lét, rosszul-lét Ma a világ gazdagabbik felén – beleértve Magyarországot – az emberi betegség és szenvedés legnagyobb részét nem kórokozók okozzák, hanem az életmóddal és életkorral járó szív- és érrendszeri megbetegedések, ízületi bántalmak, cukorbetegség és rákos megbetegedések. Ezek általában öröklött hajlamhoz is köthetők, ami egyrészt a népességen belüli változatosságot tükrözi, másrészt nem ritkán az emberi szervezet alapfelépítésének köszönhető. A Természet Világa 2009/II. különszáma
Ha ezek a betegségek lerövidítik az életet, és öröklődő sajátságokhoz köthetők, akkor miért nem rostálta ki őket a természetes szelekció? A válasz sokrétű, de egy jókora szelete igen egyszerű: az alkalmazkodás időigényes és környezetfüggő, az emberi faj környezete pedig evolúciós időskálán mérve nemrégiben ugyancsak megváltozott. Számos bélyegünk, ami a mai világban betegségre hajlamosít, vadászó-gyűjtögető őseink számára hasznos vagy közömbös volt, ugyanakkor az őseinkre ható szelekciós erők nem készítettek, nem készíthettek fel bennünket a modern kor új kihívásaira, környezeti ártalmaira. Az ember evolúciója lassú, a technológia fejlődése villámgyors: nagyrészt kőkorszaki génjeink néha cserbenhagynak bennünket a megváltozott világban. Vadászó-gyűjtögető őseink étrendje gyökeresen eltért a miénktől. Összetétele jóval változatosabb volt, mennyisége viszont sokkal inkább ingadozott, a szűkös időszakok túlélése a bőséges időszakokban felhalmozott tartalékokon múlt. Jóval kisebb arányban szerepeltek benne magas energiatartalmú zsírok és (egyszerű) cukrok, de annál nagyobb értéket képviseltek, amikor ritkán – például gyümölcséréskor – mégis hozzáférhetők voltak. Őseink számára ezért előnyös volt, hogy – amikor hozzájutnak – előszeretettel egyenek zsírt és cukrot, a felesleget pedig zsírszövet formájában raktározzák el. Ezek a tulajdonságok ezért a génjeinkben rögzültek, ennek köszönhetjük hízásra való hajlamunkat és ösztönös vonzódásunkat az édes és zsíros ételekhez. Baj csak azóta van ebből, amióta az efféle ételek olyan bőségben hozzáférhetők, amiről őseink legfeljebb álmodhattak, a napi tevékenységeink energiaszükséglete pedig egyúttal jelentősen csökkent. Ugyanazok az öröklött hajlamok és élettani mechanizmusok, amelyek az őseink számára a túlélést segítették, a mai körülmények között tömeges, krónikus elhízáshoz vezetnek, ami rontja az életminőséget, nőkben csökkentheti a termékenységet, valamint a cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek kockázatát növelve megrövidíti a várható élettartamot. Jólétünk következménye a rosszullét. Az evolúciós szemléletmód, a darwini medicina persze nem oldja meg a problémát, de rávilágít a gyökerére, és talán már ezzel is segíthet valamit. Egyértelművé teszi, hogy dőreség „bűnös hajlamokról” be-
szélni, hiszen ugyanezek a hajlamok régen nagyon hasznosak voltak, csak a modern táplálékbőség teszi veszélyessé őket. Az evolúciós gondolkodás azt is segít megérteni, miért rejt további kockázatokat az elhízás miatt érzett bűntudat, miért igaz a régi bölcsesség, miszerint diétával hízik legkönnyebben az ember. A szigorú diéta önkéntes éhezés, az éhezés pedig elindítja az ősi körülmények között kialakult válaszreakciót: elsődleges prioritássá, sürgető kényszerré teszi az élelemszerzést, egyúttal pedig maximálisra fokozza az anyagcsere hatékonyságát, és felkészíti a szervezetet a gyors tartalékképzésre, ha újra megnő a táplálékbevitel. Ez tökéletesen adaptív (hasznos) válasz volt ősünk számára, aki azért éhezett, mert nem talált élelmet: megnőtt az élelemszerzés motivációja, hosszabb távon pedig a zsírfelhalmozás hajlama is, hiszen az éhezés a tartalékképzés szükségét jelezte. Mai diétázónk számára viszont ez a biztos elhízás útja: minden gondolatát kitölti az evés, amikor pedig „megtörik” és visszatér a magas energiatartalmú modern ételekhez, a felhalmozásra felkészült szervezet pillanatok alatt még nagyobb tartalékokat raktároz el. Nem hibáztathatjuk, hiszen az éhezéssel mi adtuk meg neki a jelet, hogy szükség van erre. Végül az újabb kutatások még egy szintjét feltárták ennek a szabályozásnak. A terhesség idején alultáplált anyák gyermekei, illetve a kisgyermekkorban alultáplált emberek később megnövekedett hajlamot mutatnak az elhízásra és az ezzel összefüggő betegségekre. Mi lehet ennek az oka? Ismét evolúciós alkalmazkodásról lehet szó: a korai táplálékhiány az ősi körülmények között tartós hiányt jelezhetett előre, amire megint csak hatékony válasz volt a felkészülés tartalékképzésre. A mai emberi viszonyok között viszont ez azt jelenti, hogy az elhízás különösen sújtja azt a generációt, amely éppen kiemelkedett a szegénységből – nemcsak a génjeink, hanem a környezeti hatások örökségét is nehéz levetkőzni. Részben szintén a megváltozott étrendhez köthető a magas vérnyomás és az érelmeszesedés megnövekedett gyakorisága. Ugyanakkor a mai vadászó-gyűjtögető népeket vizsgáló kutatások kimutatták, hogy az állati fehérjék (hús) aránya a modern társadalmak étrendjében általában nem magasabb, mint az ősi életmó33
EVOLÚCIÓ AZ ELMÉLETBEN ÉS A GYAKORLATBAN dot folytató csoportokban, vagyis önmagában a húsfogyasztást nem okolhatjuk a problémákért.
Jó volt tegnap, nem jó ma Immunrendszerünk is a modern orvoslás előtti idők viszonyaihoz alkalmazkodott, és ez az alkalmazkodás nem mindig felel meg a mai világ viszonyainak. A higiénia és az orvostudomány fejlődése drasztikusan visszaszorította a fertőző betegségeket, ezzel egy időben viszont az utóbbi évtizedekben jelentősen megnőtt az allergiás és bizonyos autoimmun megbetegedések gyakorisága. Úgy tűnik, hogy a két folyamat között van összefüggés. Az immunrendszer felkészül a kórokozók ostromára, ha pedig ez elmarad, akkor hajlamosabb ártalmatlan célpontok (környezeti allergének) vagy éppen a szervezet saját szövetei ellen támadást indítani. A bélférgek minden nagy testű állat elkerülhetetlen „élettársai”, és nem volt ez másképp az ember esetében sem. Jelenkori összehasonlító vizsgálatok azt mutatják, hogy a bélférgekkel nem fertőzött népességekben magasabb a porallergia és az asztma gyakorisága, mint a fertőzött populációkban, ráadásul az allergiáért éppen az a fajta immunválasz felelős, ami normális esetben a férgek ellen irányul. A férgek képesek az ellenük irányuló immunválasz gátlására, és elképzelhető, hogy az immunrendszer erősségét ehhez a gátló hatáshoz alkalmazkodva optimalizálta az evolúció. A férgek hiányában pedig a gátolatlan immunrendszer túlzott reagálásra hajlamos.Arról is egyre több bizonyíték gyűlik össze, hogy a bélrendszerünk határán őrködő immunrendszer normális működéséhez szükség van a normális bakteriális bélflóra jelenlétére – az ételallergiák növekvő gyakorisága szintén összefüggésben lehet a modern környezet „sterilitásával”. Különösen fontosak a korai hatások, ami ismét régi bölcsességet erősít meg: minden babának kell valamennyi „koszt” ennie. Végül még egy példa a megváltozott életmód, ezúttal a megváltozott szaporodási szokások hatására. A természeti népek vizsgálata alapján az emberi faj „természetes állapota”, hogy a nők az ivarérettség elérése után rövidesen teherbe essenek, majd a menopauza beálltáig két-három évenként újabb gyermeknek adjanak életet. A gyermekek közötti időszak hoszszát a természetes fogamzásgátló hatású szoptatás szabta meg. Ma a modern társadalmakban sokkal hosszabb idő telik el az ivarérettség elérése és az első terhesség között, és lényegesen rövidebb a terhességek és szoptatási időszakok együttes ideje. Ennek köszönhetően a modern társadalmakban élő nők lényegesen (körülbelül négyszer) több menstruációs cikluson es34
1. ábra. A felnőttkori tejfogyasztás képessége egymástól függetlenül többször is megjelent az emberi evolúció során. Egyik génváltozata Európában jellemző, gyakorisága északról dél felé csökken. Afrika pásztorkodó törzseiben további három génváltozatot találtak Fotók forrása: Deutsches Bundesarchiv (német parasztasszony) és stock.xchng (maszáj férfi)
nek át életükben, mint a természeti népek asszonyai. Ez jóval több hormonális ingadozásnak teszi ki az arra érzékeny szöveteket, ami egyebek mellett a mellrák lényegesen megnövekedett kockázatához vezet. A gyakori menstruáció közvetlen következménye pedig a vashiányos vérszegénység, ami sokkal gyakoribb a nők, mint a férfiak körében. A jelentős vérveszteséggel és hormoningadozással járó menstruációs ciklus nem tűnik túl jó „evolúciós megoldásnak”, és az állatvilágban valóban meglehetősen ritka. Az előnyén lehet spekulálni, de az emberi fajban azért is lehet jelen, mert a hátránya természetes körülmények között nem érvényesült: a természeti népek asszonyai ritkán menstruálnak. A természetes kiválasztódás pedig csak olyan bélyegekre hat, amelyek az adott környezetben megnyilvánulnak.
Alkalmazkodás a megváltozott világhoz Az eddigiekben olyan problémákat mutattam be, amelyek az ember evolúciós „lemaradásából”, lassú biológiai alkalmazkodásából fakadnak a megváltozott környezetben. Hiba volna azonban azt gondolni, hogy az emberi faj egyáltalán nem változik. Tízezer években mérhető az az alkalmazkodás, ami az emberi népcsoportok sokféleségét létrehozta: a legszembetűnőbb példa a bőrszín alkalmazkodása a napsugárzás erősségéhez. A vadászógyűjtögető életmódot emberi generációkban mérve nem túl régen kezdtük elhagyni, de az erősebb szelekciós hatások már ennyi idő alatt is érvényesülhetnek. Az egyik leglátványosabb példa a laktóztolerancia kialakulása. Számunkra természe-
tes, hogy felnőttként is tejet iszogatunk, az emberiség nagyobbik részének azonban a tej nem „élet, erő, egészség”, hanem puffadást és hasmenést okoz. Csecsemőkorban minden ember képes hasznosítani a tejcukrot (laktózt), hiszen ez az anyatejben is megtalálható. Felnőtt korban azonban a legtöbb népcsoportban a tejcukor átalakításához szükséges egyik gén kikapcsol. Ezen nincs is mit csodálkozni, hiszen az ősi körülmények között elválasztás után senki nem jutott tejhez, a tejcukor pedig más élelemforrásunkban sem fordult elő. Így volt ez egészen addig, amíg nem háziasítottuk a szarvasmarhát. A nyers tej fogyasztásának képessége innen kezdve komoly szelekciós előnyt jelenthetett, és ezért – ha megjelent – elterjedhetett azokban a népességekben, amelyek háziasították a marhát. Maga a mutáció viszonylag egyszerű, hiszen nem kellett új gént létrehozni, csupán a már meglévő gén kikapcsolását elkerülni. Az európai népességben körülbelül 9000 évvel ezelőtt kezdhetett terjedni egy ilyen szabályozási mutáció – ennek köszönhetjük, hogy ma gond nélkül ihatunk tejet. Ez a képesség azonban Európán (illetve az európai eredetű népességen) kívül csupán Afrika bizonyos népcsoportjaiban gyakori, amelyek körülbelül 4000–5000 évvel ezelőtt tértek át a pásztorkodó életmódra (1. ábra). A legújabb genetikai vizsgálatok feltárták, hogy ezekben a csoportokban az európai népességtől függetlenül jelent meg a képesség, nem is egy, hanem három alkalommal. A laktóztolerancia tehát a gyors, konvergens evolúcióra (ami azonos körülmények között élő fajokban, populációkban függetlenül hasonló bélyegeket hoz létre) is példa. Abban is bizonyosak lehetünk, hogy az emberi evolúció a továbbiakban sem áll DARWIN-ÉV— EVOLÚCIÓ
Müller Viktor: Darwini medicina meg. Egyrészt sok tulajdonság esetében csökkent a természetes szelekció ereje, hiszen a korábbiaknál sokkal védettebb környezetben élünk, a modern orvostudomány pedig a betegségekkel szemben is hatékonyan veszi fel a harcot. Ez idővel óhatatlanul a szelekció nyomása alól kikerült tulajdonságok gyengüléséhez, elvesztéséhez vezet. Már maga Darwin felismerte az emberi faj „leromlásának” veszélyét, de nem látott elfogadható megoldást ennek elkerülésére. A „leromlás” persze aktuális önképünk és ideálunk tükrében tűnik annak, a szenvtelen evolúció tükrében csupán változásról beszélhetünk. A vak barlangi állatok nem tekinthetők látó rokonaik leromlott változatának – az örök sötétségben nem jelent „értéket” a látás. Ha az emberi faj változik, változni fog az önképünk is; ha pedig nem, akkor a szexuális szelekció részben fenntarthatja jelenlegi formánk látható elemeit –, de ez már egy másik történet. A szükségtelenné vált funkciók elvesztése mellett természetesen valódi alkalmazkodási folyamatok is várhatók, hiszen az emberi túlélés és szaporodás most is mutat örökletes változatosságot, és ez részben a megváltozott körülményekhez köthető. A korábban felhozott példák – a szív- és érrendszeri betegségek, az elhízás, a mellrák – esetében mindenhol ismerünk örökletes génváltozatokat, amelyek kisebb vagy nagyobb kockázatot jelentenek. Mivel ezek a betegségek a szaporodási sikert is befolyásolják, bizonyosak lehetünk abban, hogy a nagyobb kockázatot jelentő változatok gyakorisága csökkenni fog a népességben – sőt, ez a folyamat már el is indult. Azon sem lepődhetünk meg, ha generációról generációra lassan egyre kevesebben lesznek az „édesszájúak”: bizonyosan vannak örökletes különbségek mind az idegrendszeri mechanizmusban, mind az édes íz érzékelésében. Ezeket a mechanizmusokat korábban előnyben részesítette a természetes szelekció, most viszont inkább hátrányt jelentenek. Végül az új környezeti ártalmakra való érzékenységünk (például a tüdőrák kockázata dohányzás esetén) is mutathat örökletes eltéréseket, így ezt is érintheti (csökkentheti) a további evolúció. Az emberi faj biológiai alkalmazkodása lassú, de idővel érvényre jut.
latainknak és haszonnövényeinknek, hanem – a biológia szóhasználatában – parazitáinknak is gazdái vagyunk. Az evolúcióbiológia – a parazitológiával ellentétben – minden kórokozót parazitának nevez, mivel a mérettől függetlenül ugyanazok az elvek irányítják az evolúciójukat, legyenek bár nanométeres vírusok, mikrométeres baktériumok, vagy makroszkopikus férgek. Minden élő szervezetnek vannak parazitái – vitathatatlanul ez a legnépszerűbb életforma a Földön – és nem kivétel ez alól az emberi faj sem. Kórokozóink egy részét majom őseinktől „örököltük”: elkísértek bennünket, velünk együtt változtak az emberré válás rögös útján. Más részüket később „szereztük be”, gyakran az ember közelében élő háziállatoktól, más esetekben vadon élő fajoktól. Az evolúciós elvek alkalmazásával sokat megtudhatunk fertőző betegségeink múltjáról, és találgathatunk a jövőjükről is. A kórokozók földrajzi eloszlását részben a történetiség elvével magyarázhatjuk. Az emberi kórokozók fajgazdagsága Afrikában a legnagyobb, ahol az emberi faj bölcsője is ringott. Maga az emberi népesség is itt a legváltozatosabb, és itt állt rendelkezésre a leghosszabb idő emberi kórokozók kialakulására. A modern ember kirajzása Afrikából és elterjedése világszerte többlépcsős folyamat volt, és az új területekre vándorló „pionírok” mind az emberi változatosságnak, mind a kórokozóknak csak egy-egy részét vitték ma-
gukkal az egyes állomásokról. A változatosság Afrikától (térben és időben) távolodva egyre csökken, és az utoljára és leghosszabb útvonalon meghódított kontinensen, Amerikában a legalacsonyabb. Erre rakodó további tendencia, hogy a kórokozók változatossága a trópusoktól távolodva általában csökken, ami az élővilág diverzitásának általános trendjét követi, és fertőzések köztigazdáinak, illetve eredeti gazdafajainak változatosságán keresztül érvényesülhet. A történetiség összekapcsolódik a járványtan alapelveivel annak magyarázatában, hogy a legsúlyosabb emberi járványokért felelős kórokozók, illetve betegségek (feketehimlő, lepra, kanyaró stb.) miért a földművelő életmódra való áttérés után jelenhettek meg az emberi népességben. A járványtan egyik tétele, hogy az emberről emberre terjedő súlyos fertőzések csak nagy népsűrűség, nagy népesség mellett képesek fennmaradni. A járványok nyomán, aki nem hal meg, védettséget szerez a kórokozókkal szemben, így a betegségek fennmaradásának feltétele, hogy elegendően gyors ütemben szülessenek újabb, a fertőzéssel szemben még fogékony korosztályok. A földművelő életmód, a megnövekedett népsűrűség teremtette meg ennek a feltételeit – az állattartás pedig egyúttal mindennapi közelségbe hozta az újfajta fertőzések forrásául szolgáló állatokat. A fertőző betegségek az emberi gének változatosságán is rajta hagyták felismer-
2. ábra. A malária ellen védettséget adó emberi génváltozatok földrajzi elterjedése a malária elterjedését követi: gyakoriságuk Afrika, Új-Guinea, India és Délkelet-Ázsia malária sújtotta területein a legmagasabb. A szabály alóli kivételek a közelmúlt változásait tükrözik: a talasszémia egyik válfaja Dél-Európában is viszonylag gyakori – innen a maláriát csak a XX. század közepén sikerült kiszorítani. Ugyanakkor Amerika trópusi területeire az európai hódítok hurcolták be a malária agresszívebb formáit, ami megmagyarázza a génváltozatok hiányát az őslakosságban Térkép forrása: WHO Maláriás megbetegedések gyakorisága/1000 fő
Gazdák és paraziták Ebben az írásban elsősorban a nem fertőző betegségek evolúciós hátterével foglalkozom, de a darwini medicinának természetesen a fertőző betegségekről, illetve általánosabban a kórokozók és gazdaszervezeteik kölcsönhatásáról is van mondanivalója. Az ember hozzászokott ahhoz, hogy ő van a gazda szerepében, de nemcsak álA Természet Világa 2009/II. különszáma
35
EVOLÚCIÓ AZ ELMÉLETBEN ÉS A GYAKORLATBAN hető lenyomatukat. A betegségek okozta halálozás (illetve általánosabban a károsodás) mindig is komoly szelekciós erőt jelentett az emberi evolúció során. Az egyik legősibb, súlyos emberi betegség a malária, így nem meglepő, hogy ezzel a betegséggel szemben ismerjük a legtöbb emberi alkalmazkodási formát (2. ábra). Az egysejtű kórokozó a vörösvértesteket fertőzi, így a védelmet adó génváltozatok is többnyire ezeket érintik. A hemoglobin többféle mutációja nyújt valamennyi védelmet a malária ellen; közös vonásuk, hogy a védelem mellett egyúttal vérszegénységet is okoznak. Legismertebb a sarlósejtes vérszegénység génje, amely homozigótákban súlyos betegséget, korai halált okoz, heterozigótákban viszont alig okoz tüneteket, de csökkenti a maláriafertőzés esélyét és súlyosságát. Kevésbé ismert, bár Európában gyakoribb örökletes vérszegénység a talasszémia, amely szintén a hemoglobin (többféle) mutációjához köthető, enyhébb vagy súlyosabb vérszegénységet okoz, és ugyancsak részleges védelmet nyújt a malária ellen. A vérszegénység mindkét típusára jellemző, hogy a maláriával leginkább sújtott területeken gyakori, az egyes mutációk viszont egymástól függetlenül jelentek meg, ami ismét a közös szelekciós erő által hajtott konvergens evolúció példája. Szintén a malária ellen nyújt védelmet, és a malária sújtotta afrikai területekre jellemző a vörösvértestekben működő glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz enzim mutációja, amelynek további orvosi jelentősége, hogy bizonyos gyógyszerek szedése esetén súlyos vörösvértest-pusztulással jár. Számos további génváltozat esetében gyanítjuk, hogy különféle fertőző betegségek hatására terjedtek el az érintett emberi népcsoportokban, de a malária esetéhez hasonló erős bizonyítékunk általában nincsen. A legújabb keletű súlyos emberi betegségnél, a HIV-fertőzésnél pedig gyanítható, hogy – hacsak nem sikerül hamarosan megfékezni – új alkalmazkodást indíthat el a leginkább sújtott afrikai népcsoportokban. Afrika déli részén a HIV-fertőzés vezető halálok, ugyanakkor számos emberi génváltozat ismert, amely befolyásolja a vírussal való fertőződés esélyét vagy a betegség lefolyásának ütemét. Ezek a génváltozatok máris erős szelekció alatt állnak, és a védelmet adó változatok terjedése várható. Ebben az esetben azonban a „darwini medicinánál” kívánatosabb megoldás volna a klasszikus orvostudomány, amely meggyógyítja, nem pedig kirostálja a betegeket. Végül a betegségek evolúciós hatása tetten érhető abban is, hogy az immunrendszerben szerepet játszó gének a leggyorsabban változó gének közé tartoznak az emberben (is). A gazdák és paraziták együttélése folytonos evolúciós küzdelem, amely36
ben cselre ellencsel, majd arra újabb csel a válasz. Ebben az írásban az emberi gazdafaj evolúciójára koncentráltam, de az érem másik oldala természetesen a kórokozók evolúciója, ami szintén érinti az emberi betegségeket is. Ezzel a témával itt helyszűke miatt nem tudtam foglalkozni, de a terveink szerint idővel külön cikket szentelünk neki.
Miért öregszünk? Ha minden fertőző betegséget és minden környezeti ártalmat elkerülünk, idővel akkor is meghalunk. A szervezetünk működése „magától” is romlik – öregszünk. Az öregedés látszólag az evolúció legnagyobb paradoxona: hosszabb élet alatt több utódunk születhetne, így a hosszabb életet adó géneknek (márpedig vannak ilyenek) el kellene terjedniük, mígnem elérnénk a halhatatlanságot, amelyben csak külső károsodás végezhetne velünk. Egyszerű válasz volna, hogy ez lehetetlen – de a biológia ritkán éri be egyszerű válaszokkal. Ha a szervezetünk évtizedeken át fenn tudja tartani a hatékony (egészséges) működést, akkor tovább miért nem képes erre? Igaz, a (legtöbb) sejtvonal osztódásának „beépített” mechanizmusok szabnak gátat, de ez nem lehet az eredendő ok, hiszen a „csíravonal”, az ivarsejteket létrehozó sejtvonal, töretlen az emberiség kezdete (és ami azt illeti, a legelső élő szervezet) óta. Nincs okunk azt gondolni, hogy a tökéletes önfenntartás elvileg lehetetlen. A kérdés inkább az: megéri-e? A tökéletes önfenntartás megőrizné az egyedben működő génkópiákat (ahogy Woody Allen mondta: „Én nem a műveim által akarok halhatatlan lenni, hanem úgy, hogy nem halok meg”), de önmagában nem járulna hozzá az adott géneket hordozó egyedek terjedéséhez – ehhez szaporodás szükséges. Persze miért ne szaporodhatna a „halhatatlanság génjét” hordozó egyed is? Szaporodhat, de ebben az esetben nem biztos, hogy sokat ér a halhatatlanság (ami, ne feledjük, valójában csak örökifjúság lehet: a sérülések, betegségek előbb-utóbb öregedés nélkül is elhoznák a halált). A halhatatlanság a gének egyetlen (homozigóta diploid egyed esetén kettő) másolatát őrzi meg: a halandó versenytársaknak mindössze eggyel (ivaros szaporodás és diploidia esetén kettővel) több utódot kellene létrehozniuk generációnként, hogy ledolgozzák ezt a hátrányt. Ennyi a halhatatlanság értéke: egykét (tegyük hozzá: az ivarérett kort elérő) utód – ugyanakkor ára is van, és ezen bukik meg a dolog. Ha húsz évig akarjuk használni a kocsinkat, többet (méghozzá egyre többet) kell javításra költenünk, mintha öt év után túladnánk rajta. Nincs ez másképp az élő szervezetekkel sem: a
hosszabb élettartam, a lassabb öregedés nagyobb „befektetést”, több erőforrást igényel, márpedig ez a szaporodásra fordítható erőforrásokat csökkenti. A „cserearány” általános elvébe ütköztünk bele, ami az evolúciót minden szinten áthatja. Akár az államkassza, az élőlények is véges erőforrásból gazdálkodnak: ha többet fordítanak az egyik funkcióra, kevesebb jut a másikra. Így általános helyzet, hogy bármely funkció csak mások rovására javítható, és az evolúció nem a tökéletes, hanem az elégséges megoldások, illetve a legjobb kompromisszum felé halad. Esetünkben az élettartam növelése és a szaporodás sebessége (utódok száma időegység alatt) között áll fenn cserearány, mivel az önfenntartásba, illetve szaporodásba fektetett energia csak egymás rovására növelhető. A legjobb kompromisszum (az „evolúciós optimum”) pedig ebben az esetben az az arány (és a hozzá tartozó élettartam és szaporodási ütem), amely mellett az élőlény egész élete során a leszármazottak (génmásolatok) száma a legmagasabb. Úgy tűnik, ez az evolúciós egyenlet nem kedvez a halhatatlanságnak. Úgy tűnik, hogy a tökéletes önfenntartás költsége nagyobb lenne, mint az „eggyel több” utódé nemzedékenként. De mi szabja meg, milyen hosszú a halandók egy-egy nemzedéke? Miért él tovább (és öregszik lassabban) az elefánt, mint a muslica? A cserearány általános elve alól nincs kibúvó, a finomhangolás, a legjobb kompromisszum viszont fajról fajra változhat az életkörülmények és az életmód függvényében. A lassabb öregedés ára nagyobb önfenntartási költség, a jutalma pedig hosszabb élettartam, hosszabb szaporodási időszak lehet – de ez utóbbi már nem feltétlenül. A külső okok miatt bekövetkező halálozás egy örökifjú élőlény életének is határt szabna. A természetben nemigen látni öreg állatot, részben azért, mert már az öregedés előtt áldozatul eshetnek a ragadozóknak, betegségeknek vagy éhezésnek. A külső okokból bekövetkező halál kockázata (halálozási ráta időegység alatt) jelentősen különbözik a fajok között – magasabb a muslica, mint az elefánt esetében – és emiatt a várható élettartam akkor is komoly eltéréseket mutatna, ha minden faj örökifjú lenne. A külső kockázatok alapján várható élettartam utáni önfenntartás (nem-öregedés) képessége pedig teljesen közömbös az evolúció számára. A béka hasába vándorló szúnyogok közül nem lesz több utóda annak, amelyik a béka hasán kívül sem öregedett volna. Mindebből pedig az következik, hogy a hosszú távú önfenntartásba a külső kockázatok függvényében érdemes befektetni: az erős elefántnak többet, a törékeny muslicának kevesebbet. Az ember élettartama a rokonsági körén belül a leghoszszabb – meglehet azért, mert az emberré DARWIN-ÉV— EVOLÚCIÓ
Müller Viktor: Darwini medicina potenciálisan sokkal több utóválás során egyre jobban megtadot nemzhetnek, és megfelelő nultuk elkerülni a külső veszétársadalmi státuszt kiharcolva lyeket. az utódok felneveléséről is gonAz öregedés evolúciós elméledoskodhatnak. Így sokkal tátének van egy logikus, de kellegabb keretek között mozoghat metlen következménye. Ha adott az utódaik száma, azaz a „reproaz optimális élettartam, akkor a dukciós sikerük”, és a nagyobb komplex szervezet valamennyi potenciális nyeremény reméönfenntartó funkcióját úgy érdenyében többet érdemes kockázmes beállítani, hogy az adott tatniuk az erőforrásokért, státuideig jól működjön, de ne tovább szért, illetve végső soron a nő(hiszen a hosszabb távú műkökért folytatott küzdelemben. Ez dés nagyobb költséggel járna, de egyrészt megnöveli a külső mornem hozna hasznot). Meglehetalitást, ami közvetve csökkenti tősen jó analógia a garanciálisan az optimális élettartamot. Másvásárolt termékek esete: nem ritrészt a viselkedési különbségek ka, és nem is véletlen, hogy a gamellett a testi különbségek egy rancia lejárta után rövidesen részét is ennek köszönhetjük: kezdődnek a bosszantó meghiérdemesebb több energiát fekbásodások. Lehetne hosszabb tetni az izomzat kifejlesztésébe élettartamú gépeket építeni, de (a nagyobb izomtömegnek azazok többe kerülnének, és így alulmaradnának a piaci verseny- 3. ábra. A férfiak és a nők halálozási rátájának aránya az életkor után nagyobb energiaszükséglet ben. Így aztán az ember eseté- függvényében. A férfiak halálozási rátája mind külső (baleset, is az ára), ami viszont szintén a ben is várható, hogy a „szavatos- fertőző betegség), mind belső (nem fertőző betegség) okokból hosszú távú önfenntartástól von ságunk lejártával” nem egy, ha- már gyermekkortól kezdve minden életkorban magasabb, a leg- el erőforrásokat. A férfiak (már nem sok funkció kezd fokozato- nagyobb eltérés fiatal felnőttkorban tapasztalható (2001-es fel- fiatal korban is) nagyobb esélylyel halnak meg fertőző betegsésan elromolni – ami nem túl jó mérés az Egyesült Államokban. gekben is – úgy tűnik, hogy az kilátásokkal kecsegtet, ha meg Forrás: Kruger és Nesse 2006, Human Nature, 17: 74–97.) immunrendszer működtetésére akarjuk hosszabbítani az (egészis kevesebb energiájuk marad. Az evolúcirendszerébe. Az egyik legszembetűnőbb séges) életet. ós gondolkodásmód előnye, hogy az efféjellegzetesség a nemek különbsége: a nők Az öregedés valóban nagyon sokrétű le „játszmákról” a biológiai mechanizmutovább élnek, mint a férfiak. A „gyengébfolyamatnak tűnik, de van némi remény, sok ismerete nélkül is remekül spekulálbik nem” előnye szinte minden népcsohogy valamennyi időt talán nyerhetünk. hatunk. Mindemellett természetesen a portban érvényesül (Magyarországon a A laboratóriumokban leginkább vizsgált mechanizmusokról is egyre többet tunők várható élettartama nyolc-kilenc évélőlényekben – C. elegans fonálféreg, ecetdunk: ennek a játszmának a legfőbb karvel hosszabb a férfiakénál), így a különbmuslica, egér – egyre-másra találnak olyan mestere a tesztoszteron, ami fokozza az ség hátterében „programozott” biológiai géneket, amelyek erősen befolyásolják, biizomtömeget és a domináns viselkedést, hatást gyaníthatunk. De mi lehet ennek zonyos mutációik jelentősen megnövelik de (közvetett bizonyítékok alapján) csökaz „evolúciós értelme”? Az általános elvek az állatok élettartamát. Ez látszólag elkenti az immunműködést. Valamennyi értelmében az optimális élettartam rövilentmond az öregedés klasszikus elmélehatásának és evolúciós vonatkozásának küdebb, ha nagyobb a külső okokból bekötének, amely egyszerre sok alrendszer ellön cikket lehetne szentelni. vetkező halálozás kockázata. Márpedig ez romlását jósolja, így egy-egy génnek gyenA nők hosszú élete még egy evolúciós a kockázat magasabb a férfiak, mint a nők ge hatást tulajdonít. Az evolúciós alkalrejtélyt kínál: a menopauza után már körében (3. ábra). A kamaszkor kezdetén mazkodás azonban arra is felkészítheti a nem képesek szaporodni, így első ránéa férfiak mortalitása meredeken megnő: a szervezeteket, hogy az egyedi élet során is zésre az evolúció szempontjából közömfiatal férfiak az azonos korú nőknél négyalkalmazkodjanak a változó környezethez. bös a további túlélésük – az emberi fajban szer nagyobb eséllyel halnak meg külső A körülmények függvényében ugyanazon mégis még sok évig tovább élhetnek. Enok (balesetek, fertőző betegség) miatt az faj egyedei számára is változhat az önnek egyfelől elképzelhető adaptív magyaEgyesült Államokban, de hasonló küfenntartásra fordított erőforrások optimárázata: nagymamaként segíthetik unokáik lönbségeket írtak le vadászó-gyűjtögető lis aránya, és így kialakulhatnak öröklött túlélését – akik szintén az ő génjeiket hornépcsoportokban is. Úgy tűnik, hogy a mechanizmusok, amelyek a környezeti indozzák. Másfelől nem minden tulajdonférfiak kockázatosabb életet élnek (ez tugerekre reagálva befolyásolják az élettarságot formál közvetlenül a természetes dományos vizsgálat nélkül is egybevág a tamot. Talán ezért találunk olyan kontszelekció: elképzelhető, hogy az evolúció mindennapi tapasztalattal), így kevesebb rollgéneket, amelyek – sok-sok további génarra hatott, hogy a menopauza koráig energiát érdemes fordítaniuk a hosszú táre hatva – egymagukban erősen befolyáegészségesek legyenek a nők, az ezt biztosívú önfenntartásra. Ezzel a válasszal persolják az öregedés ütemét. Ha sikerülne tó önfenntartó mechanizmusok viszont sze csak a következő kérdésig jutunk: miezeket a géneket az emberben is megtalálezután még sok évet biztosíthatnak az ért éri meg nekik a kockázatosabb élet? A nunk és befolyásolnunk, akkor talán kiegyre hanyatló egészség mellett. Aki kévégső válasz a szaporodás jellegéből fakad. terjeszthetnénk az élettartam határait. pes könnyedén lefutni tíz kilométert, az – A nők egyetlen partnerrel is ki tudják telVárható viszont, hogy az ilyen mechanizegyre fáradva – még további kilométerejesíteni teljes reprodukciós potenciáljukat musok tartalékát kimerítve végül újra az ket futhat, mielőtt végleg megállítja a ki(annyi gyermeket szülhetnek, amennyit egyszerre elromló rendszerek korlátjába merültség. az egyéb körülmények megengednek), így ütközünk. Az ember várható élettartama a fejlett csak a lehető legjobb partnerért érdemes Végül vegyük szemügyre az emberi öreországokban jelentősen megnőtt az ipari versengeniük, de több partnerért már nemgedés néhány sajátosságát, és nézzük meg, forradalom óta. Ez a változás elsősorban igen. A férfiak ellenben több partnerrel hogyan illeszthetők be az általános elvek A Természet Világa 2009/II. különszáma
37
EVOLÚCIÓ AZ ELMÉLETBEN ÉS A GYAKORLATBAN nem evolúciós változást tükröz, hanem a külső halálozási okok, főként a gyermekhalandóság visszaszorulását. A hosszabb távú evolúciós változás lehetőségéről ismét csak spekulálhatunk. A későbbre tolódó gyermekvállalás előnyben részesítheti a hosszabb élettartamot, mivel a jobb önfenntartási funkciók növelhetik a sikeres késői gyermekvállalás esélyét, illetve a menopauza idejét is későbbre tolhatják. A csökkenő külső mortalitás is ebbe az irányba hat (éppen azáltal, hogy lehetőséget ad a kései gyermekvállalásra), akárcsak a megnövekedett táplálékbőség, ami valamennyi funkció számára több erőforrást biztosít, és így enyhíti a cserearány szigorát. Egy friss tanulmány (svéd, angol és walesi adatok alapján) arra az eredményre jutott, hogy az elmúlt kétszáz évben lassult az öregedés Európában – ez tükrözheti a jobb életkörülmények közvetlen hatását, de az sem kizárható, hogy evolúciós változás is megindult. Ugyanakkor a kedvező életkörülmények a korai ivarérést is lehetővé teszik (és ki is váltják, vagyis erre a lehetőségre már az eddigi evolúció felkészítette az embert), a korai gyermekvállalás pedig sokkal erősebb szelekciós előny, mint a késői, mivel hamarabb vezet újabb generációhoz, ami maga is tovább szaporodhat. A jövőt még akkor is nehéz lenne megjósolni, ha az emberi faj környezete nem változna tovább – márpedig tovább fog változni, újabb kihívások elé állítva a lassú emberi evolúciót.
Metabolikus hálózat Eukarióták központi szénanyagcsere hálózata. Az evolúcióbiológia egyik alapvető kérdése, hogy ilyen komplex biológiai hálózatok hogyan alakulhatnak ki fokozatos apró lépések eredményeként.
Carbohydrate Metabolism
Nucleotide Metabolism
Energy Metabolism
Lipid Metabolism Amino Acid Metabolism
Zárszó Írásomban szemezgettem csupán a darwini medicina bőséges tárgyköréből. Válogatnom kellett mind a témakörök közül, mind azokon belül. Írtam annak a bonyodalmairól, hogy az ember életkörülményeinek gyors változásait csak lassan képes követni az evolúció, de nem szóltam arról, hogy bizonyos hibákat hosszú távon sem képes orvosolni, mivel nem tervez, hanem barkácsol. Foglalkoztam az életmód-betegségekkel és a fertőző betegségek emberi hatásaival, de nem jutott hely a kórokozók evolúciójának jellemzésére, és jobbára adós maradtam a hasznos tanácsokkal. Idővel igyekszem leróni ezt a tartozást.
AJÁNLOTT IRODALOM Stephen C. Stearns–Jakob C. Koella (szerk): Evolution in Health and Disease. Második kiadás, Oxford University Press, 2007 Paul Ewald: Evolution of Infectious Disease. Oxford University Press, 1993 Jared Diamond: Háborúk, járványok, technikák. Typotex, 2000 Előadás a darwini medicináról (hanganyaggal): http:// ramet.elte.hu/~darwin.
38
Borító III-as oldalunkhoz
Az evolúció egyik hazai adatbankja, a Mátra Múzeum őslénytani gyűjteménye A múzeum őslénytani anyaga a gyűjtő Legányi Ferenc (1884–1964), és a jó barát, tudós Andreánszky Gábor (1895–1967) munkásságának eredményeként nemzetközileg is kiemelkedő jelentőségű. A kiállítás ennek a két nagyszerű embernek állít emléket, úgy, hogy közben bemutatja az Északi-középhegység legfontosabb őslénytani lelőhelyein előkerült nővényi és állati kövületeket. A begyűjtött és feldolgozott ősmaradványok tették lehetővé, például a felső oligocén során végbement fejlődéstörténeti események pontos feldolgozását, az egri emelet leírását. A képek a múzeum állandó kiállításban látható ősmaradványokról készültek.
DARWIN-ÉV— EVOLÚCIÓ
