Egy barlangszerű koncertteremben, több ezer fős lelkes közönség előtt Masatoshi Nei technikai hibát tapasztal.
A biológus épp most kapta meg Japán rangos Kiotói alaptudományi díját, amellyel az evolúció molekuláris szintű, úttörő felfedezését díjazták. A nemzetközi média, diplomaták és méltóságok – köztük Takamado japán hercegnő – szeme és füle a halk szavú 82 éves férfira szegeződik, amint elmondja köszönőbeszédét.Vagy megpróbálja. A fölötte lévő hatalmas képernyőn egy diavetítés véletlenszerűen halad előre és hátra, ahogy Nei megpróbálja bemutatni az általa kidolgozott technikákat, amelyek forradalmasították a területét – és az elméleteket, amelyek megkérdőjelezik a terület néhány legmélyebben gyökerező elképzelését.
“Nagyon sajnálom” – mondja Nei kedves kacajjal a hallgatóságának. “Mindig az elméletet követem, nem a praktikumot.”
A praktikum azonban Nei egész pályafutása során vezérlő erő volt, a korai mezőgazdasági kutatásaitól kezdve az évtizedekig tartó törekvéséig, hogy az evolúcióbiológiát a szubjektív terepi megfigyelésektől az objektív, matematikai alapú, molekuláris szintű elemzés felé terelje. 1972-ben kidolgozott egy ma már széles körben használt képletet, a Nei-féle standard genetikai távolságot, amely különböző populációk kulcsfontosságú génjeit hasonlítja össze, hogy megbecsülje, milyen régen váltak el a csoportok. A 90-es évek elején Nei társfejlesztője volt annak az ingyenes szoftvernek, amely genetikai adatok alapján evolúciós fákat hoz létre. Két évtizeddel később a Molecular Evolutionary Genetics Analysis, azaz a MEGA még mindig az egyik legszélesebb körben használt és idézett számítógépes program a biológiában.
De a természetes szelekciót elnyomó elméletét, amelyet Nei a ’80-as években dolgozott ki, és amelyet 2013-ban megjelent Mutation-Driven Evolution című könyvében bővített ki, a kutató azt szeretné, ha elfogadnák, idéznék és tanítanák az iskolákban.
Néhány nappal azután, hogy a prezentációs diái végre együttműködtek, Nei, a Pennsylvaniai Állami Egyetem Molekuláris Evolúciós Genetikai Intézetének igazgatója a Discovernek beszélt arról, hogy szerinte hol tévedett Darwin.
Discover: Ön az 50-es években kezdte tudományos pályafutását Japánban az agrártudományok adjunktusaként. Hogyan lett önből – nem szándékos szóvicc – molekuláris biológus, aki Darwinnal szállt szembe?
Masatoshi Nei: Hasznossá és gyakorlatiassá akartam tenni a populációgenetikát, ezért a növénynemesítésbe mentem. De elkezdtem azt kérdezni, hogy miért zajlik a fenotópos evolúció? Ez genetikai szinten érdekelt. Charles Darwin azt mondta, hogy az evolúció természetes szelekcióval történik a folyamatos variáció jelenlétében, de soha nem bizonyította a természetes szelekció előfordulását a természetben. Érvelt ezzel, de nem mutatott be erős bizonyítékokat.
Az evolúcióval foglalkozó emberek közül azonban a legtöbben még mindig úgy vélik, hogy a természetes szelekció a hajtóerő.
Ha azt mondjuk, hogy az evolúció természetes szelekció révén történik, az tudományosnak tűnik ahhoz képest, mintha azt mondanánk, hogy Isten teremtett mindent. Most azt mondják, hogy a természetes szelekció teremtett mindent, de nem magyarázzák meg, hogyan. Ha tudományról van szó, akkor minden lépést meg kell magyarázni. Ezért voltam elégedetlen. Csak Isten helyettesítése a természetes szelekcióval nem változtat túl sokat. Meg kell magyarázni, hogyan.”
Q: OK, akkor magyarázd el, hogyan.
A: A testünk minden részét molekulák irányítják, tehát molekuláris szinten kell magyarázni. Ez az evolúció valódi mechanizmusa, hogyan változnak a molekulák. Mutáció révén változnak. A mutáció a DNS megváltoztatását jelenti, például helyettesítés vagy beillesztés révén. Először is változásra van szükség, majd a természetes szelekció működhet vagy nem működhet. Azt mondom, hogy a mutáció az evolúció legfontosabb hajtóereje. A természetes szelekció persze néha előfordul, mert bizonyos típusú variációk jobbak, mint mások, de a mutáció hozta létre a különböző típusokat. A természetes szelekció másodlagos.
K: Valaki, aki kívülről nézi a vitát, azt mondhatná, hogy ön és más kutatók szőrszálhasogatóak, hogy mind a mutáció, mind a természetes szelekció hajtja az evolúciót. Mit válaszol erre?
A: Én nem a karaktert vagy a funkciót vizsgálom, hanem az azt irányító gént. Az én álláspontom az, hogy a mutáció variációt hoz létre, aztán a természetes szelekció vagy működik, vagy nem, vagy kiválasztja a jó variációt, vagy nem, és kiiktatja a rosszat, de a természetes szelekció nem a hajtóerő.
A neodarwinizmusban az evolúció a növekvő alkalmasság folyamata . A mutációvezérelt evolúcióelméletben az evolúció a szervezet komplexitásának növelésére vagy csökkentésére irányuló folyamat. Hajlamosak vagyunk azt hinni, hogy a természetes szelekció kiválaszt egy típust. De sokféle típus létezik, és mégis rendben vannak. Túlélhetnek, semmi gond.
Például, ha a kék szemek valamilyen okból jobbak Skandináviában, akkor ez a mutáció szelektált előnnyel jár, és akkor természetesen ez az előny többet fog előfordulni abban a populációban. De előbb meg kell lennie a mutációnak. És maga a természetes szelekció nem ilyen egyértelmű. Bizonyos esetekben igen, de nem mindig. A kék szemek génfrekvenciája véletlenül is növekedhetett, nem pedig természetes szelekció révén. A kék szemszín lehet ugyanolyan jó, mint a zöld. Mindkettő lát.”
K: 1968-ban az ön barátja és mentora, Motoo Kimura javasolta a molekuláris evolúció semleges elméletét, amely szerint a legtöbb bekövetkező mutációnak sem előnyös, sem hátrányos következményei nincsenek egy szervezet számára. Hogyan vitte tovább a semleges elméletet a mutációvezérelt evolúciós elmélettel?
A: Kimura úgy vélte, hogy a morfológia a természetes szelekció révén fejlődik. A semleges elméletet csak molekuláris szinten alkalmazta. Én azt mondom, hogy a morfológiai jellemzőket is meghatározhatja, mert a DNS mindent meghatároz, de ennek bizonyítása nem volt olyan egyszerű. Negyven vagy ötven évvel később még mindig próbálom bizonyítani.
K: Az ön egyik legjelentősebb hozzájárulása a területhez a Nei-féle standard genetikai távolság, egy képlet, amely a genomjaik matematikai elemzése alapján meghatározza, hogy a különböző populációk mikor váltak el egymástól. Ez a képlet azonban azt feltételezi, hogy a genetikai változások sebessége állandó. Ön szerint az emberi tevékenység – a túlhalászástól kezdve a fosszilis tüzelőanyagok elégetésén át a városaink és autópályáink mesterséges fénnyel való megvilágításáig – felgyorsíthatja a mutáció sebességét?
A: Úgy gondolom, hogy az emberi tevékenységnek van mutagén eleme, de nehéz bizonyítékot gyűjteni. Ez csak, mondjuk, az elmúlt 10.000 évben fordult elő, és nem tudom, hogy ez megváltoztatja-e a mutáció sebességét. Meg lehet állapítani, hogy hány különböző mutáció történt, de azt nem mindig, hogy hogyan.
K: Ön több mint három évtizede beszél a mutációvezérelt evolúcióról. Ön szerint miért gondolja, hogy az evolúcióbiológusok többsége továbbra is a természetes szelekció táborában marad?
A: Ezt az egyszerű nézetet először 1975-ben a Molekuláris populációgenetika és evolúció című könyvemben, majd 1987-ben egy másik könyv egyik fejezetében fejtettem ki, de senki sem változtatott a nézetein vagy a tankönyveken. Persze akkoriban a molekuláris biológia még nem volt túl fejlett, és a hagyományos evolúcióbiológia csak a morfológiát vette figyelembe, azt nem, hogy a variáció hogyan keletkezett.
Néhány madárnak például olyan hemoglobinváltozata van, amely lehetővé teszi számukra, hogy a Himalája fölött, nagyon nagy magasságban repüljenek. Néhány aligátornak a hemoglobin egy másik változata lehetővé teszi számukra, hogy nagyon hosszú ideig víz alatt maradjanak. Ez már egy ideje ismert, és mindenki úgy érezte, nos, a populációkban létezik variáció, de a szükséges feltétel csak a természetes szelekció lehet.”
Q: 1987-ben Ön Naruya Saitou-val közösen írt egy tanulmányt, amelyben leírta a neighbor-joining módszert, egy újszerű algoritmust evolúciós fák létrehozására visszafelé haladva, a rokon fajok közötti kulcsfontosságú genetikai különbségek alapján, amelynek lényege, hogy minél régebben vált el egy faj egy másiktól, annál hasonlóbb lesz a DNS-ük. A módszert az évek során több mint 34 000 alkalommal idézték, és a molekuláris evolúcióbiológiai kutatások egyik sarokkövévé vált. Ön szerint miért volt ilyen nagy hatással?
A: Egyszerű. Azért dolgoztam ki a genetikai távolságelméletet, mert filogenetikai fát akartam készíteni, és a távolságot fel lehet használni fák készítésére. De érdekelt a statisztika is. Ezért kombináltam a két módszert. A teszteléshez először számítógépes szimulációkat végeztünk: Egy olyan evolúciós fa DNS-szekvenciáját generáltuk, ahol már tudtuk, hol ágazik el a fa. Ezután statisztikával, a szomszéd-összekapcsolási módszerrel rekonstruáltuk a fát, és teszteltük, hogy hasonlít-e a tényleges filogenetikai fához. Így volt, és innen tudtuk, hogy ez a módszer elég jó képet ad arról, hogyan alakultak ki és váltak el a fajok.
A többi biológus eleinte fanatikusan ragaszkodott a fajok közötti kapcsolatok kiszámításának korábbi módszereihez. A 80-as években sok hülye veszekedés volt, de én ragaszkodtam hozzá, hogy ez működjön. Mondjuk 100 genetikai szekvencia felhasználásával néhány másodperc alatt elkészíthetünk egy szomszéd-összekötő fát. A hagyományos módszerrel ez hónapokig tartana. És miután hónapokig dolgoztunk, az eredmény szinte mindig ugyanaz volt, mint a neighbor-joining módszerrel.”
K: Többször kijelentette, hogy készen áll a sok kritikára a legutóbbi könyve, a 2013-as Mutation-Driven Evolution kapcsán. Miért?
A: Ilyen nézeteket már az 1987-es Molekuláris evolúciós genetika című könyvemben is bemutattam, de az emberek nem figyeltek oda. Az evolúcióról szóló tankönyvek nem változtak: még mindig azt mondják, hogy a természetes szelekció okozza az evolúciót. Az én nézeteimet teljesen figyelmen kívül hagyták. Abban a könyvben sok statisztikai technikát tárgyaltam, és csak az utolsó fejezetben beszéltem arról a problémáról, hogy a természetes szelekció nem bizonyított. Azt hiszem, ez a fejezet sok embert nem győzött meg, mert már megvolt bennük az az előítélet, hogy a természetes szelekciónak kell lennie a hajtóerőnek, mert Darwin ezt mondta. Darwin az evolúció istene, ezért nem lehet kritizálni Darwint. Ha mégis megteszed, arrogánsnak bélyegeznek.
De bármikor, amikor egy tudományos elméletet dogmaként kezelnek, meg kell kérdőjelezned. A természetes szelekció dogmája már régóta létezik. A legtöbb ember nem kérdőjelezte meg. A legtöbb tankönyv még mindig ezt állítja. A legtöbb diákot ezekkel a könyvekkel oktatják.
A dogmát meg kell kérdőjelezni. Használd a józan eszed. Saját magadnak kell gondolkodnod, előítéletek nélkül. Ez a fontos a tudományban.
Ez a cikk eredetileg “We Are All Mutants.”
címmel jelent meg nyomtatásban.