Az öregedésről szóló Qubit Live #7 eseményen az evolúcióbiológia, az etológia és a fejlődésgenetika eredményeinek tükrében járta körbe azt, hogy meg lehet-e úszni a halált, lehet-e javítani az életvégi életminőséget, és hogy megelőzhetők-e az időskori betegségek. A napokban az elhangzott előadásokat és a kerekasztal-beszélgetést osztották meg, hogy azok is meghallgathassák, akik nem tudtak részt venni az esten.
A kronológiai idővel a túlélőképességünk csökken, nő a halálozási valószínűségünk, öregszünk. Bár az élővilágban jószerével mindenre és annak ellenkezőjére is van példa, így akadnak olyan is fajok, amik nem, vagy csak alig öregszenek. És az is előfordulhat, hogy néhány egyed nem mutatja az öregedés jeleit a halála előtt, azonban a balesetek őket sem kerülhetik el – és nem is fogják. A 7. Qubit Live eseményen Szathmáry Eörs akadémikus, Széchenyi-díjas evolúcióbiológus, A földi élet regénye című tudományos bestseller szerzője arról beszélt, hogyan keres az evolúcióbiológia válaszokat a halál és az öregedés miértjeire.
Bár ma még nincsenek olyan modelljeink, amelyekkel az öregedés univerzálisan leírható, Szathmáry előadásban igyekezett feltárni a lehetséges magyarázatokat és irányokat, sőt bemutatott egy olyan megközelítést is, ami nagyrészt már jól magyarázza a folyamat komplex természetét. Az öregedés ezek alapján nem pusztán evolúciós mellékterméknek, de a populáció szintjén már egyenesen hasznos jelenségnek látszik. Az továbbra is egyértelmű, hogy a fiatalabb egyedek jobban alkalmazkodnak a változó környezethez, de ehhez részben az idősektől szerzett gének is hozzájárulnak.
Küzdhetünk-e a biológia ellen, van-e értelme az örök életről ábrándozni? Mi az öregedés az egyén, a társadalom és a faj szintjén? A természetes szelekció vagy a szaporodás és az önfenntartás közti versengés felelős a halálért? Milyen modell lehet alkalmas az öregedési folyamat leírására és megértésére, ha az eddig ismertek kudarcot vallottak? Szathmáry Eörs októberi előadásában ezekre és további hasonló kérdésekre kereste és adta meg a válaszokat.
Az Ökológiai Kutatóközpont evolúcióbiológusai – Szilágyi András, Czárán Tamás és Mauro Santos – Szathmáry Eörs akadémikus vezetésével egy számítógépes modell segítségével kimutatták, hogy meghatározott körülmények között az öregedés elősegítheti az irányító szelekcióra adott választ, vagyis a megváltozott környezeti körülményekhez való evolúciós alkalmazkodást. A vizsgálat eredményeit a BMC Biology című szakfolyóiratban publikálták. Az öregedés tehát nemcsak a természetes szelekció káros „mellékterméke”, hanem előnyös is lehet az élőlények számára. Ezzel a kutatók jelentős előrelépést értek el az öregedés lehetséges magyarázata terén, ami már több mint másfél évszázada az evolúcióbiológia egyik máig nyitott nagy dilemmája.
Az öregedés rejtélye évezredek óta foglalkoztatja az embert, sokan bármit megtennének, hogy megállítsák vagy visszaforgassák a rendszerint a testi funkciók fokozatos leromlásával járó folyamatot. Noha az öregedés az élet természetes velejárója, a biológusok meglehetősen kevéssé értik azt, hogy e folyamat miért alakult ki az evolúció során. Az sem egyértelmű, hogy az öregedés elkerülhetetlen-e, hiszen vannak élőlények, amelyek látszólag semmit sem öregednek, sőt az úgynevezett negatív öregedés (vagyis a fiatalodás) sem ismeretlen a természetben: egyes teknősök életfunkciói például javulnak a korral.
Az Evolúciótudományi Intézet kutatói Szathmáry Eörs akadémikus vezetésével egy korábban felvetett, de mindmáig bizonyítatlan öregedési elmélet helytállóságának bizonyítására törekedtek. Az elmélet azt valószínűsíti, hogy ha megfelelők a feltételek, az öregedés elősegítheti az e folyamatot irányító gének szaporodását.
A hipotézis helyességének vizsgálatára egy általuk kifejlesztett számítógépes modellt használtak. A modell egy olyan algoritmus, amely szimulálni képes az élőlények vagy gének populációinak hosszú távú sorsát a kutatók által beállított feltételek függvényében. Egészen pontosan, e szimulációk segítségével evolúciós forgatókönyveket kell futtatni, és az eredmények nem évmilliókkal később, hanem csupán órák múlva elő is állnak. A modern evolúcióbiológiai kutatások ma már elképzelhetetlenek számítógépes modellezés nélkül.
A kutatás alapvető kérdése egyszerű volt: van-e értelme az öregedésnek? Szolgál-e evolúciós funkciót, vagy tényleg csak az élet keserű és végzetes mellékhatása? „Az öregedésnek akkor lehet evolúciós funkciója, ha szelekció folyik az öregedés érdekében. E szelekció létét igyekeztünk feltárni a kutatásunkban – érvel Szathmáry Eörs. – A klasszikus magyarázatok szerint az öregedés szelekció nélkül is megjelenik a populációkban. Ennek az az oka, hogy az egyedek előbb-utóbb öregedés nélkül is meghalnak – például betegségek vagy balesetek következtében –, így egyre kevésbé hat a populációra a természetes szelekció, és az idős korban káros, vagyis az öregedést okozó gének felhalmozódhatnak. Vagyis az öregedés csak járulékos következménye az evolúciónak, nem az alkalmazkodás érdekében jön létre.”
Az elmúlt évszázad során számos evolúciós elméletet dolgoztak ki, amelyek különféle biológiai mechanizmusok révén magyarázták az elkerülhetetlen, pozitív funkcióval nem rendelkező öregedést. Sokáig ezt szinte tényként kezelték, csakhogy amikor sorozatosan tűntek fel a nem öregedő élőlények, egyre többen kérdőjelezték meg, hogy az öregedés valóban elkerülhetetlen-e, vagy esetleg az élőlénynek előnye is származhat az öregedésből?
„Mára az evolúcióbiológiai közösség elfogadta, hogy a klasszikus, adaptációt nem feltételező öregedéselméletek nem képesek megmagyarázni a természetben tapasztalható összes öregedésmintázatot. Vagyis az öregedés magyarázata nyitott kutatási területté vált – folytatja Szathmáry Eörs. – Az adaptivitást feltételező alternatív elméletek e problémára kínálnak megoldást azzal, hogy az öregedés különböző pozitív következményeit vetik fel. Például elképzelhető, hogy a változó környezetben az idősebb egyedek génjei számára előnyösebb öregedni, majd meghalni, mert ezzel csökkenthetik az alkalmazkodóképesebb utódjaik túlélését és szaporodását hátráltató versengést a populációban.”
Ez azonban csak akkor igaz, ha az egyedek főleg a rokonaikkal vannak körülvéve, mert ellenkező esetben a szexuális szaporodás során a nem öregedő változatok „ellopják” az öregedő populáció egyedeitől a jobb – a megváltozott környezethez jobban illő – géneket, és a számottevő öregedés eltűnik.
A magyar biológusok a modell lefuttatása után azt tapasztalták, hogy az öregedés valóban gyorsíthatja az evolúciót. Ez a változó környezetben azért előnyös, mert a gyorsabb evolúció hamarabb „kikísérletezheti” az új körülményekre leginkább megfelelő jellegzetességeket, és ezzel nagyban elősegíti a gének utódainak túlélését és elterjedését. Vagyis az öregedés ekkor valóban előnyös tulajdonsággá válhat, és így a természetes szelekció az elterjedése irányában hathat.
Szathmáry Eörs evolúcióbiológus, az MTA rendes tagja, az MTA Fenntartható Fejlődés Elnöki Bizottság elnöke. Kutatásai során az élet keletkezésétől kezdve az emberi nyelvkészség kialakulásáig számos evolúciós folyamatot vizsgált és modellezett. John Maynard Smithszel közösen írt könyvét, az Az evolúció nagy lépéseit a modern evolúcióbiológia alapműveként tartják számon.
Egy nemzetközi kutatócsoport új elméleti keretet fejlesztett ki annak megértéséhez, hogyan jelenik meg a természetben az evolúció és a komplexitás. Ez az „Összeállításelméletről” (Assembly Theory) szóló új munka a Nature-ben jelent meg október 4-én.
Amint azt Czégel Dániel, a cikk társszerzője, az Arizonai Állami Egyetem és az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének munkatársa kifejtette: a fizikának, a kémiának, a biológiának mind megvan a saját nyelve, de ezek szinte teljesen érthetetlenek egymás számára, mintha a Bábel utáni napokban lennénk. Ez nagyon megnehezíti a köztük lévő átmenet tanulmányozását. Valami olyasmire van szükségünk, mint a középkori kikötővárosok lingua francája, hogy áthidaljuk a kultúrákat és a nyelveket.
De a lingua francák gyakran új, önálló nyelvek kiindulópontjai. Az összeállításelmélet nem fizika, kémia, vagy biológia, hanem egy új matematikai nyelv, amely történetfüggő rendszereket ír le, amelyekben a jelenlegi formák létezését erősen meghatározzák a múltban létezők, mint például a biológiai vagy technológiai evolúció termékei. Kiderült, hogy az ilyen összetett objektumok koordinátarendszere nem olyan, mint a fizika koordinátarendszere, hanem inkább egy kombinatorika és rekurzivitás által meghatározott tér. A legkülönösebb talán az, hogy egy objektum nem egy pont, hanem egy ok-okozati lánc, a tárgy keletkezésének története. Ráadásul nem a valódi története, hanem egy kitalált történet, akár egy eredetmítosz, amely azonban matematikailag meghatározott az „összeállítási univerzum” szabályai szerint.
Ha az objektumokat saját eredettörténetükként kezeljük, beszélni tudunk az összes objektum történetének szövevényes hálójáról, és tudunk mérni olyan mennyiségeket, mint a szelekció mértéke és a történetfüggőség, amely a megfigyelt objektumok létezését okozta. Kicsit olyan, mint a kvantumfizika részecske-hullám kettőssége összetett objektumok esetében: néha jobb őket háromdimenziós struktúráknak, néha pedig egymással összefüggő keletkezéstörténetnek tekinteni. Ennek a koordináta-rendszernek a nyelvét kell beszélnünk, ha feltételezzük, hogy az élet, amelyet a laboratóriumban szeretnénk létrehozni, vagy az élet a világegyetem más részein kémiailag különbözik miénktől.”
Nem új elmélet, hogy az emberi nyelv csírájának, a protonyelvnek a kialakulása a dögevéshez kapcsolódik, de eddig nem született olyan tanulmány, ami ennek erős valószínűségét igazolta volna. Az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének kutatói egy számítógépes szimuláción alapuló evolúciós modell alapján jutottak arra, hogy kétmillió évvel ezelőtt a dögevés indíthatta el az emberősöket a tudatos kommunikáció és kooperáció felé.
A mai ember, a Homo sapiens sapiens nagyjából háromszázezer évvel ezelőtt alakulhatott ki, de már a kétmillió évvel ezelőtt él emberelőd, a Homo erectus is képes lehetett korlátozott mértékű kommunikációra. De mi sarkallhatta arra, hogy beszéljen, ha addig jól elvolt anélkül is? A feltételezések szerint egy környezeti sokkhatás.
„Emberelődeink kelet-afrikai elterjedési területén földtörténeti szempontból nagyon gyorsan fordult hidegebbre a klíma, és a növényi tápanyag (bogyók és gyümölcsök) mennyisége erősen lecsökkent. Ehhez a hirtelen éghajlatváltozáshoz kellett alkalmazkodnia az erectusnak, és át kellett állnia egy másik diétára, a húsevésre. Számára ez azért volt embert próbáló forgatókönyv, mert meg kellett tanulnia a kooperációt. Amikor növényevő volt, akkor, kis túlzással, ha nem aludt, bokorról bokorra járt és gyűjtögetett. A gyűjtögetés egyéni cselekvés volt, nem igényelt kommunikációt, így nem volt meg ennek kialakulásának az evolúciós kényszere. Az evolúció nem tűri a presztízsberuházásokat, nem épít egy falu mellé háromsávos autópályát, ha arra nincs szüksége. Ha egy képesség nem nyereséges, például energetikai szempontból, akkor nem fog megjelenni, illetve fennmaradni” – mondta a Telexnek Szilágyi András, az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének igazgatója.
A Homo erectus korszakában nagy mennyiségben elérhetők voltak nagyobb testű állatok tetemei, de az emberős nem tehette meg, hogy a talált dögöt csak úgy hazavonszolja. A dög nemcsak az erectusok diétájában szerepelt, más, veszélyes ragadozók is ugyanerre a zsákmányra pályáztak. Míg az állatoknak várniuk kellett arra, hogy valamelyest oszlásnak induljanak a tetemek, addig a Homo erectusok rendelkeztek olyan eszközökkel, amelyekkel képesek voltak megbontani a friss dögöt, így ők hamarabb juthattak a húshoz, bár a többi ragadozó miatt ez igen veszélyes vállalkozás volt.
„Hogy sikeresebbek legyenek, szükség volt a kooperációra és ezzel együtt a kommunikációra. El kellett mondani, hol van a táplálék, mennyire veszélyes a megszerzése, és mekkora csoport kéne a megszerzésére. A protonyelvet használó csoportok hatékonyabbak voltak az élelemszerzésben, és ez fitneszbeli előnyöket is adott” – mondta Szilágyi András.
Kőeszközök a tanzániai Olduvai Gorge Múzeumban Fotó: Wolfgang Kaehler / LightRocket / Getty Images
Hogy hogyan kommunikáltak egymással az emberősök, azt csak találgatni lehet, de a feltételezések szerint volt hangadási összetevője, és gesztusokat is tartalmazott a kommunikációjuk: tárgyakra mutogattak, vagy azok megjelenését mutogatással utánozhatták, és hangadással segíthették az információ megértését.
„Azt a mai ember is el tudja képzelni, hogyan működhetett a protonyelv. Ha kimegyünk egy idegen országba, amelyiknek a nyelvéből csak 10-20 szót tudunk, például olyanokat, mint vacsora, jó napot, akkor ezekkel a szavakkal és a metakommunikációval is tűrhetően el lehet lenni egy darabig, de a csetüzenetek és az SMS-ek igen szűk szókészletével is átmegy az információ. Valószínűleg a Homo erectusoknál is ki tudott alakulni egy konszenzusos kódrendszer, amivel át tudták adni az információt. Azt viszont nem tudjuk, hogy ekkorra milyen mértékben alakult már ki a jelenkori, beszédhez szükséges anatómiai struktúra” – mondta Szilágyi.
A konfrontatív dögevés elmélete a brit Derek Bickertonhoz kapcsolódik, de ez, ahogy az Evolúciótudományi Intézet igazgatója megjegyezte, egy verbális modell volt. A magyar kutatók viszont egy részletes számítógépes modellel igazolták ennek az evolúciós forgatókönyvnek a működőképességét.
„Mi azt próbáltuk meg minél realisztikusabban modellezni, hogy az egyre fejlettebb kommunikáció és az így lehetővé váló kooperáció folyamatos előnyt jelentett azokkal a csoportokkal szemben, amelyek nem vagy csak rosszabbul kommunikáltak. Olyan volt, mintha egy Sim City vagy esetünkben inkább egy Sim Horde játékot játszottunk volna, amit azonban nem mi, hanem az evolúciós hajtóerő irányít” – mondta Szilágyi András.
A szimulációjukban 120 ezer évet futtattak le 15 perces időegységekre felbontva – ez is jelzi, hogy milyen óriási számítási kapacitásra volt szükség –, és vizsgálták az egyedek túlélését, szaporodását, kommunikációját. A modellbe az evolúciós változók mellé kulturális elemek is bekerültek, hiszen az együttműködés formája is lényeges volt a kommunikáció fennmaradásához.
Látogatók az indonéziai Sangrian Museumban – Fotó: Agoes Rudianto / Anadolu Agency / Getty Images
„Minden egyedet külön vizsgáltunk, hogy merre keresi a táplálékot, talál-e táplálékot, visszatalál-e a csoportjához, egyáltalán megéri-e a másnapot. De olyan adatokat is bevittünk, hogy a dögöknek mekkora volt a tömegük, milyen volt a növényi és az állati források energiatartalma, vagy azt, hogy mennyi energiába került az előembereknek a zsákmány megszerzése, egy csoport abból mennyit tudott bevinni a táborba, és a többi. Vizsgáltuk azt is, hogy a megnövekedett tápanyagbevitel mennyivel járult hozzá az egyre effektívebb kommunikációt és kooperációt is lehetővé tevő, folyamatosan növekvő agy energiaigényének fedezéséhez” – mondta Szilágyi András.
Mivel kevés a fosszilis lelet a Homo erectus korszakából, a kutatók ökológiai ismeretek és az evolúció működésének elvei alapján juthattak egy elfogadható forgatókönyvhöz.
„Bár a kommunikáció kialakulásának pontos forgatókönyvét valószínűleg senki nem fogja tudni megalkotni, az azonban biztosnak látszik, hogy a Homo erectus agymérete és alkata is alkalmas volt arra, hogy egy protonyelv ki tudjon fejlődni, valamint a konfrontatív dögevéshez szükséges kooperáció meg tudjon jelenni. Ez volt a kezdete annak a folyamatnak, amelynek eredményeképpen egymást segítve alakult ki kiugróan jó kommunikációs és kooperációs képességünk, ami végül a Föld – nem túl jó – urává avatott minket. A folyamat, amelyet valahol Kelet-Afrikában a dögökért való versengés indított meg, Shakespeare-szonettekig és Babits-versekig vezetett. Kétmillió évbe telt, de hát minden kezdet nehéz” – összegezte a kutató.
Szöveg: telex.hu
Kiemelt kép: Dioráma a Nairobi Nemzeti Múzeumban – Fotó: Ninara / Wikipedia
