Az ember véletlenül jelent meg, semmi nem garantálta – Szathmáry Eörs evolúcióbiológussal beszélgettünk

Bár sokan úgy gondolják, hogy az ember a teremtés koronája, vagy az evolúció célja az ember kifejlődése volt, igazából a folyamat mindig csak nagyon rövid távon „dolgozik” és nincsen semmilyen távlati célja, iránya. Szathmáry Eörs evolúcióbiológussal, a HUN-REN Evolúciótudományi Intézet kutatóprofesszorával, az MTA rendes tagjával beszélgettünk.

167 éve jelent meg Charles Darwin nagy jelentőségű könyve, A Fajok eredete. Ebben írta le a modern evolúciós elméletet. Mi az, amiben azóta fejlődött a tudásunk ezen a területen?

Az alapelveket illetően ma is ugyanazt gondoljuk, mint ahogy Darwin gondolta. Több dolog azonban természetesen változott, illetve fejlődött. Az öröklődés az egyik dolog, ami a természetes szelekción alapuló evolúcióhoz szükséges. Egyszerűen szólva: a gyerek hasonlítson a szüleire; teljesen mindegy, hogy baktériumról, vagy oroszlánról, vagy bármilyen más élőlényről van szó. Az öröklés működéséről szóló tudományt genetikának hívják. Darwinnak azonban nem sok fogalma volt a genetikáról. Ő csak annyit ismert, hogy van öröklődés. Biztos, hogy tudta ezt, mert annak idején Angliában nagyon fontos volt a lótenyésztés, és egy tenyészménnek az ivarsejtjéért nagyon sokat fizettek. Tehát mindenki tudta akkoriban, hogy van valami, ami a tenyészménből átkerül az utódba, ami ráadásul öröklődik is. De hogy ez hogyan történik, arról Darwin nem sejtett semmit. Kidolgozott persze egy ezzel kapcsolatos elméletet, ami végül nem bizonyult helytállónak. Jelenleg természetesen sokkal többet tudunk az öröklődés mikéntjéről: a kromoszómákról, a DNS-ről. Amiben szintén sokkal többet tudunk ma, az ezeknek a folyamatoknak a matematikai, dinamikai leírása.

Az evolúció egy folyamat. Az egyes élő szervezetek szaporodó képessége, az utódok száma eltér egymástól; ezt ma már le tudjuk írni matematikailag. Emellett ma azt is tudjuk, hogy az öröklődő változékonyságnak az egyik fontos komponense a mutáció. Bár a szem színének öröklődése a valóságban ennél bonyolultabb, de az egyszerűség kedvéért vegyük példának ezt.

Egy örökletes tulajdonság spontán módon milyen gyakorisággal változik meg mondjuk a kék szemről a zöld szemre? Ezek mind mennyiségi, azaz kvantitatív dolgok. Az, hogy egy egész népességnél, idegen szóval egy populációnál milyen gyorsan működik az evolúció, az csupa ilyen kvantitatív dologtól függ, beleértve azt is, hogy mekkora az úgynevezett szelekciónak az erőssége. Tehát, hogy adott esetben a kék szemű utódnak mekkora az előnye a zöld szeműhöz képest, mennyiségi értelemben.

Lehet modellezni az evolúciót?

Ha számszerűsíteni tudjuk a fentieket, ismerjük a folyamat működését, és alkalmazzuk az ide tartozó matematikai módszereket is, akkor lehet képezni egy dinamikus modellt. Ez olyasmi, mint ahogy a fizikában nyomon követhetjük azt, hogy Newton törvényei alapján hogyan mozognak a bolygók a Nap körül. Ha tehát megvan az az elmélet, amiben a darwini gondolatokat számokkal, azaz kvantitatív módon ki lehet fejezni, akkor nyomon követhetjük azt, és ki tudjuk számolni, hogy egy populáció hogyan változik az evolúció hatására. Darwin még csak nem is álmodott arról, hogy ez egyszer lehetséges lesz, de ma már van rá lehetőség. Az 1930-as években kezdődött el az úgynevezett populációgenetikának a felvirágzása, ami pontosan azt vizsgálta, hogy az öröklődő változékonysággal jelentkező sajátságok között hogyan alakulnak a populációk. Elmélyült tehát a tudásunk az evolúcióról és a fontos elemeiről. Egyszerűen többet tudunk a részletekről, és ami nagyon fontos, hogy ezeket a felfedezett törvényszerűségeket matematikai módon is ki tudjuk fejezni.

Ezáltal a számítógép segítségével ki lehet számolni, modellezni lehet egy változó, fejlődő populációt. Ma már azt is tudjuk, hogy az evolúcióban részt vevő egységek nem csak élőlények, hanem gének, kémiai anyagok, de akár kulturális „termékek” is lehetnek.

Nem csak a biológiában van evolúció

Mire van szükség az evolúcióhoz?

Az evolúcióhoz feltétlenül szükséges az öröklődés. Ez egyszerűen annyit jelent, hogy a hasonló hasonlót fog szülni. Emellett kell, hogy legyen valamiféle sokszorozódás is: hogy az egységek tudjanak szaporodni. A harmadik összetevő az, hogy az öröklődés ne legyen mindig teljesen pontos: időnként változatok jelenjenek meg. Ha ez a három dolog megvan, akkor kell még valami. Az öröklődő bélyegek között legyenek olyanok, amelyek hatnak az evolúciós egységeknek, az élőlényeknek a termékenységére, azaz, hogy hány utódjuk lesz. Vagy a túlélő képességükre, hogy milyen gyorsan, vagy milyen nehezen halnak meg.

A termékenység és a túlélő képesség kombinációját hívjuk az evolúcióbiológiában rátermettségnek, azaz fitnesznek. Ha vannak öröklődő tulajdonságok, amelyek lényegében befolyásolják a rátermettséget, akkor az ilyen egységek populációjában kialakul az, amit természetes szelekciónak nevezünk.

Ez azt jelenti, hogy a fitneszt növelő bizonyos tulajdonságok el fognak terjedni a populációban, mások pedig el fognak tűnni. Amit az imént elmondtam, az tulajdonképpen egy algoritmus szóbeli megfogalmazása volt. Ezek szerint van már egy algoritmusunk, amelynek a segítségével a környezethez való alkalmazkodás során előnyös változatok, azaz adaptációk jelenhetnek meg. Az egy adaptáció például, hogy a sólyomnak éles a szeme.

Miért éles a szeme? Azért, hogy nagyobb sikerrel elkapja a vacsoráját. Ha ezek a kritériumok megvannak, akkor működik az evolúció. A mai tudomány abban már újdonságot mond Darwinhoz képest, hogy a fent leírt folyamat a valóság más szegmenseiben is létrejöhet. Például a molekulák között is elindulhat: az illető molekulák evolúciós egységként tudnak viselkedni. Ugyanígy a kulturális tulajdonságokban is megvalósulhat, ez a kulturális evolúció. Ilyen például az egyes nyelvek változása évtizedek, évszázadok alatt.

Darwin még csak az élőlényekről, organizmusokról tudott, akkoriban még a géneket se ismerték. Sokáig úgy gondolták a kutatók, hogy az evolúció az élőlényekben folyik, illetve a vírusokban. Ma már tudjuk azt, hogy ez a fajta Darwini dinamika, a természetes szelekció megjelenik a szaporodóképes molekulák között is.

Ettől mindjárt izgalmasabb lesz az élet keletkezése, mert úgy tűnik, hogy az evolúció ilyen szempontból régebbi, mint az élet maga, mert molekuláris szinten is megtörténhet. Mára jelentős mértékben meghaladtuk az elmélet eredeti teljesítőképességét, alaposan kitágult az evolúció fogalma.

Gyerekkoromban kaptam egy egyszerű akváriumot 10-15 színes, fajtatiszta guppival. A guppi talán a legkönnyebben tartható akváriumi hal, és nagyon változékony. A halak néhány havonta szaporodtak. Lehetett látni az utódokon, hogy hasonlítottak a szülőkhöz, de megjelentek új változatok is. Egy idő után az ősi, Közép- és Dél-Amerikában élő vad változatra hasonlító egyedek is megjelentek. Ezek kisebbek voltak és kicsi foltok voltak rajtuk. Az akváriumot nézegetve tökéletesen hihető volt számomra az evolúciós elmélet. A természetben is vannak látványos példák, amelyekre rá tudunk mutatni, hogy itt lehet megfigyelni az evolúciót?

Az evolúciót sokan azért nem értik, mert nem a szemünk előtt folyik. Azon állatok, vagy növények körében, amelyek nagyok, hozzánk hasonló méretűek, ott általában hosszabb a generációs idő. Az evolúcióhoz viszont kellő számú generáció szükséges, mert az algoritmus úgy darál, hogy az örökletes állomány generációkon keresztül való módosulása okozza az evolúciót. A newtoni mechanika azért nyilvánvaló, mert a szemünk előtt történik, például a biliárdasztalon. Ha lelépünk a járdáról, kiemelten fontos ezt ösztönösen érezni, különben elüt egy autó és meghalunk. Ez után már nem tudjuk tovább örökíteni a génjeinket, azaz aki nem érzi a newtoni mechanikát, azt „kirostálja” az evolúció.

Tehát az erőt, az ütközéseket jól átlátjuk, nem kell sokat magyarázni, ez ösztönösen bennünk van. Ez a képességünk egyébként szintén evolúciós örökség, mert nyilvánvalóan segít életben maradni. Viszont az evolúció nem a szemünk előtt szokott általában kibontakozni, mert az emberek nem tudják megfigyelni, hacsak nem kutatók. Azon élőlényeket, ahol gyorsan folyik az evolúció, általában nem látjuk, mivel hozzánk képest nagyon kicsik.

Ez a mikroorganizmusok, a vírusok, a baktériumok világa, de az nincs a szemünk előtt. Tehát érhető, hogy itt megjelenik egy megfigyelhetőségi probléma, legalábbis a mindennapi ember számára.

Hogyan lehet akkor bemutatni az embereknek az evolúció működését?

A számítógépes modelleknek ez az egyik funkciójuk. A számítógépen egy generáció sokkal gyorsabban le tud zajlani, mint a valóságban. Itt van egy példa egy ilyen számítógépes szimulációra. Egyébként a sok kár mellett a Covid-nak ebből a szempontból volt egy kedvező hatása: az emberek elkezdtek a mutációkról beszélni a buszon, illetve, hogy az egyik fertőzőképesebb, mint a másik. Tehát ilyen értelemben, ha nem is a látásunk révén, de mégis nagyon pregnáns, nyilvánvaló tapasztalatot szereztünk az evolúció működéséről. A Covid valós időben evolválódott, mert hiszen a vírusnak nagyon kicsi a generációs ideje. Ez egy nagyon drasztikus és konkrét dolog.

Azt se felejtsük el, hogy a mesterséges evolúció is evolúció, például a növények és állatok nemesítése. Az összes kutyafajtának, amivel találkozunk a városban, mind közös őse van, és valamikor a farkastól váltak el. Ez a tenyésztés hatására történt: mindig kiválogattuk azt, ami nekünk tetszett. Darwin tudott erről: nagyon befolyásolta a gondolkodását a mesterséges szelekció. De térjünk vissza a természetes szelekcióhoz.

Darwin azt mondta, hogy a természetben nem az ember válogat, szelektál, hanem például a rókák szelektálják a nyulakat, a nyulak pedig szelektálják a rókákat. Tehát egy fegyverkezési verseny van a kettő között. A természetben azok a nyulak maradnak életben, amelyek meg tudnak ugrani a rókától – így zajlik a szelekció.

A gyorsabb, ügyesebb nyulak lesznek sikeresebbek hosszú távon, ők örökítik tovább a génjeiket. A rókák pedig el szeretnék kapni a nyulakat, nekik a fennmaradáshoz, majd a későbbi szaporodáshoz táplálkozniuk kell. Így tehát a rókákra is hat a szelekció, náluk is zajlik az evolúció. Darwinnak az volt a zseniális felismerése, hogy a mindenki által ismert mesterséges szelekciót átfordította a természetre. Eszerint a fajok, a populációik a fentebb leírt mechanizmus szerint vannak hatással egymásra. Ezt mai szakszóval úgy mondjuk, hogy az egyik faj szelekciós nyomást gyakorol a másikra. Amikor ez történik, akkor beindul ez az algoritmus-gépezet. Az emberek szaporodásával, a népességgel foglalkozó Malthus is nagy hatással volt Darwinra, aki egy másik nagyon fontos dolgot is észrevett.

A szaporaság is nagyon fontos, mert az élőlényeknél a születések magas száma ellenére az állományok, a populációk mérete az idő nagy átlagában hasonló szinten marad. Ez azt jelenti, hogy van egy „túltermelés” a szaporodás során. Tehát valakik meghalnak, mert különben állandóan nőnének a populációk.

Azok halnak meg, akik kevésbé tudnak túlélni. Mindebben az öröklődés is közrejátszik. Akkoriban nem lehetett tudni, hogy ez hogyan működik, de tudták, hogy van. Darwin összerakta ezeket az elemeket. 1859-ben megjelent a mű is erről, A fajok eredete, és gyönyörűen kibontakozott az a hihetetlenül teljesítőképes elméleti konstrukció, amivel ma is foglalkozunk. A leglényegesebb dolgok ma is változatlanok. A részletek tengerében viszont drámai volt a fejlődés.

Nagy lépéssel bővül a tudásunk

Darwin kortársa, Mendel a borsókon végzett kísérleteivel megalapozta a genetikát. Későbbi kutatók kidolgozták a populációgenetikát, rájöttek, hogy az öröklődés a kromoszómákhoz, a DNS-hez kötődik, majd leolvasták számos élőlény genetikai állományát, genomját. Ma már a fajok genomjainak alapján számítógéppel meg lehet rajzolni az evolúció múltbeli történetét is, törzsfákat, leszármazási vonalakat lehet rajzolni. Ugyanakkor mi következik ezekből? Van valami célja az evolúciónak? A nyugati embernek régen rögzült elképzelése, hogy az ember különleges, magasabb rendű, mint a többi élőlény. Van, aki az evolúciót is úgy látja, hogy az ember kifejlődése volt a célja.

Ez utóbbiból egy szó sem igaz az evolúció tudománya szerint. Az evolúció, azt szoktuk mondani, rövidlátó. Tehát mindig az adott körülmények között történik valami. A földi élet nagyjából 4 milliárd éve alakult ki, ami azért nagyon sok idő. Ez alatt bizonyos leszármazási vonalak összetettebbé válnak, és az egyik vonal kétségtelenül elvezet az emberhez. Ugyanakkor, ha szám szerint megnézzük, akkor ez még ma is a baktériumok világa. Minden egyéb az zaj.

Tényleg ez a viszony a kettő között. A 4 milliárd év felében nem is voltak mások, csak baktériumok. Tehát az, hogy megjelent a valódi sejt, a sejtmagvas sejt, az egy óriási evolúciós átmenet volt, az evolúció nagy lépése. De az még mindig csak olyan, mint egy papucsállatka.

Utána abból kibontakoztak a többsejtű élőlények: az állatok, a növények, a gombák – ezek radikálisan más élettípusok. A Homo sapiens ehhez képest mintegy 300 000 éves. Akkor jelentünk meg, mint faj. Evolúciós léptékben gyakorlatilag tegnapelőtt, vagy tegnap.

Gondoljuk meg, mit tapasztalnánk, ha meg tudnánk nézni a Földet 3,5 milliárd évvel ezelőtt, majd később 2,5 milliárd évvel ezelőtt. 1 milliárd év különbség van a kettő mintavétel között. Ugyanazt láttuk volna: baktériumokból állt az élet.

Egyet számolunk, és most is többségében baktériumok vannak a Földön. Most is a baktériumok világát éljük, jelenleg is ez a legnagyobb számban jelen lévő életforma. Bár rengeteg mikróba is van a bolygón, itt nálunk történetesen úgy sikerült, hogy megjelent egy magas technológia kialakítására alkalmas faj. De erre semmilyen garancia nincs.

Tehát az én jóslatom az, hogy ha találunk a Földön kívül életet, akkor sanszos, hogy valami olyasmi lesz, mint a mi baktériumaink. Ez lesz a leggyakoribb.

Pedig még, amikor „Darwin szellemében” megpróbálják ábrázolni az evolúciót, akkor is mintha az ember felé vezetne a fejlődés: pólókon is látni időnként a fenti rajzot, hogy felegyenesedik az ember, és a harmadik-negyedik rajznál lesz egy dárda a kezében. Mintha azt mutatná az ábra, hogy ebben az irányban haladunk.

Ez az evolúció egyik lehetséges kimenete volt, egy esély.

Azért születnek ilyen rajzok, mert az emberek antropocentrikusak. Az ember saját magát akarja a középpontba állítani.

És azt hiszi, hogy minden azért van, hogy én megjelenjek. Nem.

Véletlenül úgy történt, hogy mi is megjelentünk, de az ég adta világon semmilyen garancia nem volt erre. Ez nem kötelessége, vagy szükségszerű következménye az evolúciónak.

Nálunk megtörtént. Fogalmunk sincs róla, hogy hány bolygón történt meg, mondjuk, akár csak a Tejútrendszerben.