MUTÁCIÓT KIVÁLTÓ TÉNYEZŐK

Mindazt, ami a mutációk arányát növeli, mutációt kiváltó tényezőknek vagy rövidebben (a görög „változást okozó” szóösszetételből) mutagén tényezőknek nevezzük. Melyek azok a mutagén faktorok, amelyek növelni tudják a mutációs arányt, és így felelősek lehetnek az evolúció megfigyelt sebességéért?

Az egyik ilyen tényező a hőmérséklet emelkedése. Minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabban izegnek-mozognak az atomok és a molekulák, s annál nehezebb pont a megfelelőt választani ki a sokaságból. A mutációs arány úgy emelkedik, ahogy a hőmérséklet növekszik.

Az élet azonban az óceánban fejlődött ki, és ott is maradt körülbelül 400 millió évvel ezelőttig. Más szóval, földi létezésének kilenctizede alatt az élet kizárólag az óceánban volt föllelhető.

Márpedig az óceáni környezet sokkal stabilabb, mint a szárazföldi. Az óceán hőmérséklete évszakról évszakra, évről évre nem nagyon változik (semmiképpen sem olyan mértékben, mint a szárazföldön). Így az élet csaknem egész története során a hőmérséklet alig volt hatással a mutációkra, és nem tehette olyan gyorssá az evolúciót, mint amilyennek tapasztaljuk.

Mutációkat keltenek bizonyos kémiai vegyületek is, mivel hajlamosak egyesülni a DNS-sel, és így jelenlétük rendellenességekhez vezet a replikációs folyamatban. Vagy esetleg oly módon hatnak a DNS-re, hogy bár nem vegyülnek vele, de megváltoztatják a molekulát alkotó atomok egy részének elrendeződését. Az a DNS-molekula, amelyben az atomok sorrendje szabálytalan, a replikációban szabálytalan öntőformaként szolgál és mutációt eredményez.

Ha azonban egy élőlény nagyon érzékeny azokra a kémiai anyagokra, amelyekkel rendszeresen találkozik, akkor az ilyet annyira elárasztják a mutációk (ezek legtöbbje hátrányos), hogy gyorsan ki is pusztulnak. A természetes kiválogatódás ereje azokat választja ki, amelyek valamilyen okból ellenállóak a mutagén vegyületekkel szemben, úgyhogy végül az evolúciót gyorsító tényezőkként ezek sem igen jöhetnek szóba.

Manapság persze a mutagén anyagok komoly problémát jelentenek. A vegyészek sok ezer olyan vegyületet állítottak elő, amelyek a természetben nem léteznek, és amelyekből jelentős mennyiség került a környezetünkbe. Ezek egy része mutagén vegyület, és mivel az élőlényeknek korábban nem volt módjuk találkozni velük, így még nem tettek szert velük szemben ellenállóképességre a természetes kiválogatódás révén. Ezért aztán sok élőlényre (az embert is beleértve) ártalmasak lehetnek.

Egyes mutációk például a normális sejteket rákos sejtekké változtatják azáltal, hogy egy rendellenes gént, úgynevezett onkogént hoznak létre (az „onko” a görögben abnormális növekedést jelent, amilyet a rák okoz). Azokat a mutagén vegyületeket, amelyek ilyen változást idéznek elő, rákkeltő anyagoknak vagy (a görög „rák” szóból) karcinogén anyagoknak hívjuk, mivel ez a betegség időnként úgy terjed szét minden irányban, mint a rák lábai.

Azoknak az évmilliárdoknak a során azonban, amelyek a kémia fejlődésének utóbbi évszázadát megelőzték, a mutagén vegyületek nemigen jelentettek problémát, és az evolúciós változások sebességére sem adhatnak magyarázatot.

Hermann Joseph Muller (1890-1967) amerikai biológus talált először olyan mutációt kiváltó tényezőt, amely sokkal hatékonyabb, mint a hő vagy a vegyszerek. Muslicákkal dolgozott és várta a véletlenszerű mutációkat, hogy megfigyelhesse, hogyan öröklődnek ezek a mutációk. A véletlen mutációkra várakozni azonban túlságosan unalmas és időrabló foglalatosság, ezért azt kezdte keresni, mi módon lehetne fölgyorsítani a mutációs sebességet.

1919-ben a muslicaállománya lakóhelyén megemelte a hőmérsékletet, és a mutációs arány nagyobb is lett, de nem eléggé.

Ekkor támadt az az ötlete, hogy röntgensugarakkal próbálkozzék. Ezek több energiát adnak, mint az óvatos melegítés, és teljes terjedelmében átjárják a szervezetet. Ha a muslica testén áthatolva a röntgensugár történetesen egy kromoszómába ütközik, akkor energiája elegendő ahhoz, hogy itt-ott atomokat üssön ki a helyükből. Ez elkerülhetetlenül kémiai változáshoz, vagyis mutációhoz vezet. Muller nem tudta, hogy milyen a gének kémiai természete (még harminc évig nem tudta senki), de akármilyen legyen is, abban biztos volt, hogy a röntgensugarak megváltoztatják.

S igaza is lett. 1926-ra kétséget kizáróan bebizonyította, hogy a röntgensugarak nagymértékben növelik a mutációs arányt.

Mások is vizsgálni kezdték ezt az újfajta hatást, és kiderült, hogy a mutációs arányt bármilyen nagyenergiájú sugárzás megnöveli. Ugyanilyen hatásuk van az ibolyántúli sugaraknak, a radioaktív anyagokból jövő sugárzásnak úgyszintén.

Mégis, hogyan lehetne a nagyenergiájú sugárzás a felelős azért a mutációs arányért, amely az evolúciós folyamat gyorsaságához vezetett? A röntgensugárzást az emberi technika hozta létre a múlt század végén, azt megelőzően viszont alig fordult elő a Földön. Igaz, a napkorona állandóan sugározza, ahogy más égi objektumok is, ezt azonban a légkör jobbára elnyeli, és nem jut el a Föld felszínére.

Radioaktív anyagok persze vannak a Földön, sőt az élet gyermekkorában akár kétszer ennyi is lehetett. Ezeket azonban legnagyobbrészt a talaj tartalmazza, így a tengeri életre nemigen lehettek hatással. Még a szárazföldön sem egyenletesen oszlanak el, és csak néhány hely van a Földön, ahol a természetes radioaktív források a mutációk szempontjából jelentőséggel bírhatnak.

A Nap ibolyántúli sugárzása egyrészt kevésbé veszélyes, mint a röntgensugarak vagy a radioaktív sugárzás, mivel kisebb energiájú azoknál. Másrészt az ibolyántúli sugárzás mindig jelen volt a napfényben, különösen azokban a korai időkben, amikor a magaslég-körben még nem alakult ki az ózonréteg.

A napfény, benne az ibolyántúli sugárzással, úgy látszik, nem hagyható figyelmen kívül. Az ibolyántúli sugárzás energiája (abban a mennyiségben és hullámhossztartományban, amely az ózonréteg kialakulása előtt jelen volt) olyan nagy, hogy nem csupán mutációk létrehozásához, hanem olyanfajta kémiai változások előidézéséhez is elegendő, amelyek azonnal megölik az élő szervezetet. Amíg az ózonréteg nem volt elég vastag ahhoz, hogy meg tudja állítani a legnagyobb energiájú napsugarakat, addig végzetes lett volna kilépni a szárazföldre, a teljes erővel tűző napsütésbe.

A víz viszont sokkal hatékonyabban nyeli el az ibolyántúli sugárzást, mint a levegő. A tengeri élet kifejlesztette azt a viselkedést, hogy az élőlény több méterrel a felszín alá merüljön, amikor a Nap közvetlenül a felszínre süt. A kezdetleges tengeri élőlények akkor emelkedhettek föl a felszínre, amikor a Nap a látóhatár közelében járt (netán éppen alábukott), vagy amikor felhős napok jöttek. Miután kialakultak a növényi sejtek és működésükhöz elengedhetetlenné vált a napfény, ezek a sejtek addig a mélységig süllyedhettek le, amely még biztosította számukra a fotoszintézis folytatásához elegendő sugárzás fölvételét, de már nem jelentett halálos veszélyt a számukra. Amint a növényi sejtek kifejlődtek, természetesen hamarosan létrejött az oxigénben dús légkör és felső rétegeiben az ózonréteg, úgyhogy az ibolyántúli veszély nagyrészt megszűnt.

De ha az eddig említett összes mutációt kiváltó tényező viszonylag hatástalan, akkor hogyan adhatunk számot az evolúció gyorsaságáról? A válasz megtalálásához máshonnan kell kiindulnunk.