Az élővilág Luciferjei

Ha nyár közepe felé csendes, meleg estén erdőben járunk, apró, zöldes fénypontokat láthatunk hosszabb-rövidebb úton mozogni a levegőben. Kicsit nagyobb, hasonló fényecskék pedig mozdulatlanul láthatók a növényzeten. Ezek a szentjánosbogarak.

Nagy szentjánosbogár (Lampyris noctiluca) nőstény

A fénykibocsátás az élőlények között szaggatott elterjedésű, azaz sokféle, egymással csak igen távoli leszármazási kapcsolatban álló fajnál bukkan fel. Természetszerűleg az élőlények "hideg" úton bocsátanak ki fényt, olyan kémiai reakciók segítségével, amelyek esetében az elemi energiafelszabadulás elegendő egy fénykvantum létrehozásához. A hatásfok közel van a 100 %-hoz, tehát veszélyes hőtermelés nem fenyegeti a kibocsátó szervezetet.
Az evolúcióban alapszabály, hogy csak olyan életműködések maradnak fenn, terjednek el, amelyek az adott faj számára valamilyen szempontból előnyösek. A fény kibocsátásának legkézenfekvőbb értelme az lehet, hogy egy másik egyed érzékelje. A közismert szentjánosbogár, és sok más faj esetében a párok egymásra találását segíti a világítás. (Természetesen akkor, ha ennek sötétben kell történnie.)  Más esetekben a leendő táplálékát csalja magához a ragadozó. Vannak azonban olyan alacsonyrendű szervezetek (pl. baktériumok, gombák), amelyeknél nehéz megmagyarázni, mi előnye lehet annak, ha fényt bocsátanak ki. Van olyan elmélet, ami szerint a fénytermelés eredete azokba az időkbe nyúlik vissza, amikor a Föld légköre még oxigénmentes volt. Az élőlények természetesen ehhez a környezethez alkalmazkodtak, az oxigén egyenesen mérgező volt a számukra. Az életfolyamataik során keletkező oxigént úgy tették ártalmatlanná, hogy vízzé alakították; ez a folyamat azonban nagy energiafelszabadulással jár. Az energia pedig fény
formájában kevésbé káros, mint a hő. Tehát a fény eredetileg kiválasztási terméknek volt tekinthető, és lehetnek olyan esetek, amikor máig az maradt. A magasabbrendű élőlények gyakorta elvesztenek olyan képességeket, amelyek a jóval fejletlenebb elődökben a környezethez való alkalmazkodás biokémiai megoldásaiként alakultak ki. Így van ez a világítással is. (Hogy egy másik, jelentős példát említsek, a cellulóz lebontásának képessége is ilyen.) A mélytengeri halak és fejlábúak nem a saját szervezetük erőforrásaival világítanak, hanem olyan szerveik alakultak ki, amelyekben együttélő világító baktériumok találhatók. Ezekben az esetekben bizonyos a fénykibocsátás evolúciós előnye. (És hozzátenném: az evolúción kívül nehéz lenne mással magyarázni az ilyen világítószervek kialakulását.)
Az életfolyamatokból eredő fénykibocsátás - idegen szóval biolumineszcencia - alapjául olyan molekulák szolgálnak, amelyek konjugált* kettőskötéseket tartalmaznak. Általában az ilyen elektronszerkezet energiaállapotai között van a látható fény energiájának megfelelő különbség. Egyéb tulajdonságaikban nagymértékben eltérnek, mégis gyűjtőnéven luciferinként szokták őket emlegetni. (Lucifer magyarul: fényhordozó.) A fénykibocsátó reakciót pedig - amint az az életfolyamatoknál megszokott - enzim felügyeli, ennek a gyűjtőneve luciferáz. A folyamathoz energiaszállító molekula (adenozin-trifoszfát, ATP), és bizonyos ionok szükségesek. Azok a szervezetek, amelyek képesek gyorsan ki- bekapcsolni lámpásukat, elsősorban az ionok útján szabályozzák a reakciót. A baktériumok és gombák fénylése egyenletes, vagy más, lassabban változó körülmények (pl. a hőmérséklet) függvénye. Ezért a világító halak esetében a világítószervet a szemhéjhoz hasonló bőrredő takarhatja el, így tudják változtatni a fényállapotot.

Magyarországon a világító élőlényeket néhány szentjánosbogárfajon kívül csak a baktériumok és gombák képviselik. Utóbbiak között képességét jelző nevet visel a világító tölcsérgomba (Omphalotus olearius).

Ennek a termőteste - azon belül elsősorban a lemezei - is világítanak.

(Legfeljebb nézegetésre használjuk, mert egyébként mérgező, speciális méreganyagai főleg a hányásközpontot tudják tartósan aktiválni...) De sok esetben a gombának csak a közeget átjáró fonalhálózata - a micélium - világít, és ilyenkor a faj nem igazán meghatározható. A fény meglehetősen gyenge, tehát csak teljes sötétségben észlelhető. Szabad szemmel azt se nagyon tudjuk eldönteni, hogy a korhadó fadarab, vagy egyéb bomló szerves anyag derengését éppen gomba, vagy baktérium okozza.
Más tájak gazdagabbak lumineszkáló fajokban; például a szentjánosbogarak családjába több, mint 2000 faj tartozik, de más rovarok is világíthatnak. Egy amerikai pattanóbogár fénye olyan erős, hogy mellette akár olvasni is lehet. Helyi neve cucujo (Pyrophorus noctilucus).

Egy másik rokon bogár lárvájának (Phrixothrix sp.) érdekessége, hogy kétféle színű fényt képes kibocsátani. Olyankor villan fel, ha fenyegetve érzi magát - ez a biolumineszcencia újabb felhasználása, a támadó elriasztása. A szelvények oldalán végigvonuló fénysor miatt a railroad-worm nevet kapta, ez magyarul nagyjából vasút-kukac.

Még nagyobb a választék a tengerekben, ahol a nagyobb mélységekben gyakorlatilag teljes a sötétség, csak a világító élőlények láthatják egymást. A medúzáktól a halakig sokféle állat hordoz magán lámpásokat. A halak között pl. sok olyan van, amely a szája fölött, egy nyúlvány végén visel világító függeléket. A túl közel merészkedő érdeklődőt pedig be lehet kapni.
Végezetül egy kis galéria:

Világító kígyógombaféle (Mycena lucentipes)

 

Világító baktériumtelepek tenyészetben

Medúzák

 

 Féreg

 

 Hal

*
Konjugált kettőskötések: a molekulában egyszeres és kétszeres kötések váltakoznak.

Az evolúció bizonyítékai

Még a kevésbé hozzértő számára is nyilvánvaló, hogy a régebbi korokban élt élőlények ma már nem fordulnak elő. Nincsenek mamutok, kardfogú tigrisek, dinoszauruszok; hogy csak a legnépszerűbbeket említsük. De rengeteg olyan élőlény maradványai kerültek elő, amelyek az előbbieknél még régebben éltek. Jellemző, hogy minél fejlettebb egy csoport, annál később bukkantak fel. Azokban a 3,5 milliárd éves kőzetekben, amelyek az élet első nyomait tartalmazzák, még csak mikroorganizmusokat találtak. A legrégebbi egyértelműen állatnak nevezhető lények - amelye férgekre emlékeztettek - 700 millió évesek. Az első gerincesek 400 millió, az első emlősök 200 millió éve jelentek meg.

Az egész élővilág közös ősét bizonyítja az örökítő anyag működésének egységessége. Minden élőlény, függetlenül attól, hogy életmódjában, külső megjelenésében mennyire különbözik másoktól, a gének szintjén pontosan ugyanazta a nyelvet beszéli. A genetikai szótár 64, egyenként hárombetűs DNS-szóból áll. Ezek a bázishármasok teljesen önkényesek; nem fedezhető fel semmiféle összefüggés, amely az általuk meghatározott aminosavnak valamely tulajdonságát meghatározná. Elképzelhetetlenül kicsi az esélye annak, hogy eme önkényes jelentések szótára kétszer azonos módon jelenjen meg.
Miután a tudomány kezébe került a kulcs az élőlények tulajdonságait hordozó molekulák szerkezetének felderítéséhez, a természetes, leszármazáson alapuló rendszerezéshez úgy hasonlíthatunk össze molekuláris "mondatokat", mint ahogy koponyákat, vagy lábszárcsontokat. Olyan fehérjék alapján, amelyek minden élőlényben megtalálhatók (pl. citokrómok), molekuláris törzsfákat lehet felépíteni. Minél közelebbi rokon két faj, annál kevesebb különbséget találunk az alkotó aminosavak minőségében.

Dél-amerikai utazásai során Darwin azt tapasztalta, hogy az általa látott fajok besorolása a megtett távolsággal egyre bizonytalanabbá válik, még tovább utazva pedig azonos körülmények között egy világosan elkülöníthető másik faj található. Minél nagyobb a távolság, annál nagyobb a módosulás mértéke, hacsak valamilyen természeti akadály (pl. magas hegység, tengerszoros) nincs közben, amely megszakítja a folyamatos átmenetet. Mindebből egyrészt azt vonta le tanulságul, hogy a fajok nem azonosíthatók a jegyeik alapján, mivel azok az egyedek és a földrajzi helyzet függvényében változékonyak. Másrészt pedig azt, hogy a tapasztalt mintázat nem egyéb, mint a vándorlás és leszármazás következtében lezajlott változások "lenyomata". Mindezt a modern biokémia korában a molekulák vizsgálatával is bizonyítani lehet. Emberi települések kormeghatározása alapján rekonstruált vándorlási útvonalak pontosan megegyeznek azokkal, amelyekre gének leszármazási fája alapján lehet következtetni.

Az evolúciós változások fokozatosak, és ha nem is áll rendelkezésre minden esetben olyan, leletekkel gazdagon alátámasztott fejlődési sorozat, mint a lovak, vagy az ormányosok esetében, gyakran lehet a leszármazottak testében olyan nyomokat találni, amelyek őseikre utalnak. Így például az óriáskígyófélék (Boidae) családjában felfedezhető a hátsó végtag maradványa egy pár karomszerű függelékként, valamint a függesztőöv a test belsejében. Az úszó sapkacsigán még ott látjuk ősei házának haszontalan csökevényét; abba visszahúzódni már nem képes.

A vakond nemzetségén belül a mi európai vakondunk az egyetlen faj, amelynek még működőképes a szeme. Az összes rokonánál már csak a bőr alá húzódott csökevény. Ez a rokonok közötti összehasonlítás jól példázza a földalatti életmód következtében használatból kieső szerv elkorcsosulásának folymatát.
A nevezetes solenhofeni ősmadár, az Archaeopteryx teste különös ötvözetét képviseli a hüllők és a madarak megszokott bélyegeinek. Az ősökre utalnak a szárnyon még megtalálható szabadon álló ujjak, a fogas állkapcsok, a hosszú, szabad csigolyákból álló farok és a tömör csontok. Előre, a madarak irányába mutat a tollazat, a koponyacsontok tökéletes összenövése, a lapockák alakja, a kulcscsontok villaszerű összenövése, a hátsó végtagok felépítése.

 A ma élő állatok egyedfejlődését tanulmányozva azt látjuk, hogy a megtermékenyített petesejt osztódásai teljesen hasonló módon történnek. Az embriók különbségei csak később, fokozatosan alakulnak ki. Minél közelebbi rokon fajok fejlődését vetjük össze, annál hosszabb a hasonló fejlődés ideje az egészen belül. Az egyedfejlődés során megjelennek olyan szervek, amelyek a fejletlenebb állatokban jellemzők. Később aztán, ha a kifejlett egyedre nem jellemzők, vissza is fejlődnek. Így például az emberi embrió is rendelkezik egy ideig a halakra jellemző kopoltyűkkal. A hatodik héten farkuk is van, amely később visszafejlődik. A kopoltyúk nem csak az embernél, hanem az összes gerincesnél megjelennek; ez egyértelműen arra utal, hogy közös őssel rendelkeznek, amely kopoltyúval lélegzett.

Különleges példája az egyedfejlődésben visszatükröződő egykori átalakulási folymatnak a félszegúszó-alakú halak esete. Ezek a tenger fenekére lapult életmódhoz alkalmazkodtak. Előnyös számukra, hogy testük lapos, és körvonalaik elmosódnak. Őseik azonban kétoldalról lapítottak lévén ha az alzathoz simuláshoz az oldalukra fordultak, az egyik szemük lefelé nézett, használhatatlanná vált. Az evolúcióban igen furcsa módon úgy nyert feloldást ez a probléma, hogy az alulra kerülendő szem fokozatosan a másik oldalra vándorolt. Ezt a folyamatot egyedfejlődése során mindegyikük megismétli. Fiatal korában a víz felszíne közelében úszkál, teste szimmetrikus és függőlegesen lapított, mint pl. az ismert keszegeké. Ezután a koponya sajátos, részaránytalan fejlődésnek indul, ami közben az egyik szeme átkerül a másik oldalára. Ez már megfelelő a fenéklakó életmódhoz, de a kifejlett félszegúszó úgy néz ki, mintha Picasso festette volna.

Ez a tökéletlenség ékes bizonyítéka a fokozatos változásnak, amely kialakulásához vezetett. Nincs olyan értelmes tervező, aki így alkotta volna meg a félszegúszót a rajzasztalon. Az értelmes minta az lett volna, amit a hasonló életmódú rájákon látunk (ők jóval távolabbi rokonok - porcoshalak - így semmi közük a félszegúszók kialakulásához). Ott a test hát-hasi irányban lapított, tehát a szemekkel semmi probléma nincsen.
Szintén az evolúciós folyamatból következő tökéletlenség figyelhető meg a gerincesek szemének ideghártyájában. Ha a szemmel analóg optikai eszköz tudatos tervezés eredménye volna, minden mérnök magától értetődően a fotocellákat tenné a fény irányában első helyre, és a vezetékeket mögéjük, ahol már nincsenek a fény útjában. A retinában viszont ennek éppen az ellentétét találjuk, a csapok és pálcikák kívül helyezkednek el, a fénynek át kell verekednie magát az összes idegsejten és nyúlványon, amíg végül eljuthat oda, ahol a felfogása megtörténik. És itt is létezik egy tökéletesebb verzió: a legfejlettebb puhatestűek hólyagszeme felépítésben és működésben a gerincesekével analóg, ámde abban a fényreceptorok és a hozzájuk kapcsolódó idegsejtek a célszerű sorrendben helyezkednek el.

Evolúciós változásokat mindennapjainkban is tapasztalhatunk olyan szervezetek esetében, amelyeknek életciklusa elég rövid ahhoz, hogy az eltérések szembetűnjenek, és elég sok van belőlük ahhoz, hogy kis valószínűségű események is megessenek a nagy sokaságban. Ilyenek például a betegségeink egyik részéért felelős baktériumok. A gyógyszerek egyik csoportja ellenük szolgál; ezeket antibiotikumoknak szokták nevezni. Hosszabb távra visszaemlékező olvasók számára ismerősek lehetnek olyan nevek, mint Penicillin, Beacillin, Vegacillin, Maripen. Miért tűntek el ezek? Nem csupán a gyártók szeszélyes névadásai miatt, hanem azért, mert fokozatosan elvesztették a hatásukat. De mi is a hatásuk lényege? Az, hogy a mikrobák anyagcseréje számára mérgezően hatnak. A sok millió, sőt, milliárd kórokozó között azonban felbukkannak olyan egyedek, amelyek valamely tulajdonságuk megváltozása - mutáció - következtében nem érzékenyek a szerre. Ezek a példányok nem pusztulnak el, hanem a rájuk jellemző viharos gyorsasággal tovább szaporodnak. Akit az ő utódaik fertőznek meg, azt már a régi gyógyszer nem fogja meggyógyítani. Hasonló folyamatokat láthatunk a mezőgazdaságban a levéltetvek, a burgonyabogár, és más, nagy tömegben jelentkező kártevők, illetve az ellenük forgalmazott permetezőszerek esetében. A korábban mérgezőnek számító vegyi anyaggal szemben kialakuló rezisztencia nem más, mint egy apró, de számunkra feltűnő lépés az evolúció folyamatában.

És azok az esetek is nyilvánvalók, amikor maga az ember veszi át az élőlényekre ható szelekciós tényezők szerepét. A tenyésztett állatok, termesztett növények olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek szembetűnően különböznek a vad őseiktől. A nemesítés céltudatos folyamata azért sokkal gyorsabb, mint a természetben spontán tapasztalható változások, mert a nemesítést végző azonnal, teljes hatásfokkal kiválasztja a legnagyobbat, legfinomabbat termő gyümölcsöt, a legjobban tejelő tehenet, stb. Őket szaporítja tovább, a kevésbé előnyös tulajdonságokat mutató testvéreiket pedig nem. Az új tulajdonságokat mutató egyedek génállománya tehát azonnal dominálhat a következő generációban, nem csak elenyésző hányadát adja, mint a természetes populációkban.