Egy kis genetika a Wollemia - az élő kövület kapcsán

Genetikai szempontból legfőbb érdekessége, hogy a Wollemia összes létező egyedének teljesen megegyező az örökítőanyaga. A természetben a faj egy szurdok mentén több foltban fordul elő, mintegy 50 kifejlett egyede mellett még több mint száz magonc, vagy kisebb példány él itt. Tudjuk, hogy ezek legalábbis részben magról keltek, illetve hogy magról kertészeti körülmények között is szaporítható a növény. Hogy lehetséges, hogy az összes példány mégis "klón"? Esetleg felmerülhet az emberben, hogy azért, mert valamikor majdnem kipusztult a faj, és csak egyetlen egyed maradt, aminek az egyedi génállománya tovább öröklődött. Ez azonban önmagában nem magyarázat, hiszen ismert tény, hogy egy növény (vagy állat) utódai akkor sem lesznek genetikailag azonosak, ha azokat önmegtermékenyítés útján hozza a világra.

Az utóbbi jelenségnek az az oka, hogy ahogy az embernek, úgy az állatok és a növények túlnyomó többségének is páros kromoszómái vannak. Minden sejtben minden kromoszomából kettő van: egy "anyai" és egy "apai" eredetű. Minden sejtben, kivéve az ivarsejtekben. Ezek a kromoszómák a nemi sejtek keletkezésekor egymással géneket kicserélve újrakombinálódnak, majd a folyamat (meiózis) végén szimpla kromoszómakészlettel jön létre az ivarsejt. Emiatt az újrakombinálódás miatt a szervezet többi sejtjével ellentétben az ivarsejtek eleve egymáshoz képest is különböző génkészlettel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy minden virágpor szem különböző genetikai kódot hordoz, hiába származik egy szülőtől. Az utódnak így akkor is különböznie kéne, ha a növény magát porozza be.

Szaporodáskor az ivarsejtek révén kap az utód minden kromoszómából egyet az apától, egyet az anyától. Az apai és az anyai kromoszómában lévő gének közül, ha azok nem azonosak, a domináns fog meghatározni egy adott tulajdonságot. Ha viszont egy génpár mindkét tagja ugyanolyan, akkor nem lesz domináns, hisz mindkettő ugyanazt az információt hordozza, mindegy melyik lép életbe. Ezek a megegyező gének az ivarsejt létrejöttekor is hiába cserélődnek ki, az eredmény mindig ugyanaz lesz, ez a gén tehát ugyanolyan lesz minden ivarsejtben.

Ha pedig a női és a hímivarsejtben is ugyanolyan és ugyanígy megegyezező gének vannak, akkor nincs lehetőség különböző kombinációk létrejöttére a szaporodás során sem, az utódok is mindig ugyanolyanok lesznek.

Ha egy génpár két tagja megegyezik, azt úgy mondjuk, hogy homozigóta. Ha ennek a fenyőfélének a magoncai nem csak egy, hanem minden gén tekintetében ugyanolyanok, és ivarosan szaporodnak, az csak úgy lehetséges, ha teljes homozigóták, tehát az összes génpárjában azonos a két gén, és az összes egyedben is, így azok hiába kombinálódnak újra, az ivarsejt mindig minden tekintetben ugyanolyan lesz, és szaporodáskor is hiába keverednek, az utód is ugyanolyan lesz.
Gondoljunk bele, ez olyan, mintha minden ember a földön ugyanúgy nézne ki, és ha gyerekeik születnének, azok is pontosan ugyanúgy néznének ki, és az unokáik is, és az ő unokáik is. Persze mivel az ember váltivarú, ez eleve nem lehetséges, de érdekes világ lenne.

Ennek a ritka jelenségnek a kialakulása mögött az elszigetelt kicsi populációk és az önbeporzás kombinációja állhat. Önbeporzáskor egy egyszerű statisztikai oknál fogva növekszik a homozigóta génpárok aránya. Ha mondjuk egy növénynek van egy heterozigóta génje, mondjuk Aa, és saját magát beporozza, akkor az utódok között négyféle kombináció lehet: AA, Aa, aA, aa. Tehát látszik, hogy a homozigóta egyedek száma 50% lett. Ha ezek az egyedek elszigetelődnek egymástól és megint csak magukat porozzák be, akkor a következő generációban 75%, aztán 87,5%, és egyre nagyobb és nagyobb lesz a homozigóták aránya a teljes populációban. Ha mindig kiválogatjuk a nekünk tetsző homozigóta egyedeket, és azokat porozzuk be magukkal, vagy a természetben egy nagyon kicsi populációban valamiért az egyedek egymástól mindig elszigetelődnek, akkor hamar fedúsulhatnak a homozigóta génpárok. Ha a feltételek adottak, ez egy evolúciós léptékkel mérve nagyon gyors folyamat lehet, de ehhez az kell, hogy a különböző génállományú egyedek mindig elszigetelődjenek, ne tudják egymást megtermékenyíteni. Egyébként az önbeporzásra a növényeknek csak egy kis része (kb 15%) képes, a legtöbben van egy gátló mechanizmus, ami a saját pollent kizárja a megtermékenyítési folyamatból. A Wollemiában azonban nincs ilyen mechanizmus, tehát öntermékeny.

A növénynemesítők is hasonló homozigóta állapotra törekednek, és ha van rá mód, használják is az önbeporzás módszerét is az úgynevezett tiszta genetikai vonalak (pure line) létrehozásakor. Ilyenkor egy bizonyos tulajdonságot szabályozó génpárok homozigóták lesznek, és így szaporítás során hiába kombinálódnak újra, ugyanolyan lesz a végeredmény. Tehát pl ha a fehér virágú magját elvetjük, akkor az is fehér lesz, hiszen csak "fehér gén" van benne. Persze csak akkor, ha önmagát porozza be, vagy egy fajtaazonos másik növény pollenje termékenyíti meg. Egy tulajdonságot legtöbbször több gén határoz meg, így ezeknek lehetőleg mind homozigótának kell lenniük egy stabil vonal esetében.

Ugyanakkor nem minden nemesített fajta ilyen stabil, vannak heterozigóta vonalak is, amik nagyonis képesek az újrakombinálódás során új változatokat létrehozni, ezért az utódaik nem lesznek feltétlenül hasonlóak az eredeti növényhez. Ez az oka annak, hogy a legtöbb kertészeti változat magját nem lehet megvenni hivatalos magkereskedőktől, ezek ugyanis nem elég stabilak ahhoz, hogy az utódok megbízhatóan hordozzák a szülők előnyös tulajdonságait. Ezeket a fajtákat jórészt vegetatív úton (dugvány, gyökérdugvány, sarj, hagyma, mikroszaporítás) szaporítják, vagy pedig F1 hibridek. Az F1 hibrid azt jelenti, hogy két genetikailag stabil vonalat kereszteznek (az egyiket beporozzák a másikkal). Ekkor az első generáció stabil, előre jól megjósolható tulajdonságokkal fog rendelkezni, de mivel a homozigóta állapot megszűnik, a következő generáció már kiszámíthatatlan lesz. Így ezeknek a fajtáknak nem érdemes a magját félretenni, mert az abból kikelt növények nem lesznek fajtaazonosak.

A Wollemia viszont nem ilyen, az valószínüleg a Földön élő legstabilabb genetikai állománnyal rendelkező faj. Gondolhatnánk, hogy ez biztos egy előnyös tulajdonság, de valójában evolúciós szempontból nem igazán szerencsés. Nem csak a jó, de a rossz tulajdonságok is rögzülnek egy ilyen populációban, és a genetikai változatosság hiánya megakadályozza az új, előnyös tulajdonságok megjelenését és kiszelektálódását. Ez teljesen képtelenné teszi a fajt az alkalmazkodáshoz. Ha mondjuk változik az éghajlat, vagy egy új betegség, vírus üti fel a fejét, ami halálos lesz az egyik egyedre, az az lesz az összes többire is, így hamar a faj teljes pusztulását okozhatja.

Erre a fajta sebezhetőségre jó példa a banán. Bár tudjuk, hogy sokféle banán létezik, nálunk és a legtöbb nem trópusi országban a szupermarketekben és piacokon mindig ugyanazt a fajtát lehet kapni. A 20. század első felében a Gros Michel fajta volt elterjedt a kereskedelemben. Mivel a banánt vegetatív úton szaporítják, az állomány világszerte teljesen egyöntetű volt genetikailag. Aztán jött egy betegség (Panama betegség), és az egész világon egycsapásra kipusztult ez a fajta. Ezután fejlesztették ki és terjedt el a ma világszerte termeszett, általunk is jól ismert Cavendish fajta. Állítólag a Gros Michel íze más volt, azt mondják, arról mintázták a ma is ismert cukorkákban és egyebekben használt mesterséges banán aromát. A folyamatos dugvánnyal való szaporítas miatt viszont az új fajta, a Cavendish állománya is megintcsak teljesen homogén, tehát benne van a pakliban, hogy egyszer ez is kipusztul, és akkor megint egy új fajta fogja átvenni a helyét.

A Wollemia esetében azonban ez nem lehetséges, csak egy "fajta" létezik a világon.
Nem tudni, ez a genetikai homogenitás milyen hosszú ideje áll fenn a faj kb 100 millió éves létezése során, de azóta mindenesetre a banán és a Panama betegség esetéhez hasonló körülmény nem lépett fel. De ki tudja mit hoz a jövő.

Viszonylag friss fejlemény, hogy az új kutatások szerint mégiscsak vannak bizonyos nagyon halvány különbségek a Wollemia egyedek génállománya között. Most a tudósok azon dolgoznak, hogy a szaporítás során a leginkább különböző egyedeket használják, hogy amennyire lehet növeljék a faj genetikai diverzitását. Ez a fajta visszájára fordított nemesítés pozitív fejlemény a faj túlélési esélyeinek tekintetében. A másik legalábbis rövidtávon sokkal hatásosabb eszköz, hogy a szaporulat mára a világ minden pontjára eljutott különböző botanikus és magán kertekbe, így már nincs annyira kitéve egy lokális betegség, vagy természeti jelenség miatti teljes kipusztulás veszélyének. A mesterséges körülmények között szaporított példányok közül a 64-dik, épp Magyarországra, a Füvészkertbe került még 2006-ban. Azóta került már a Debreceni Botanikus Kertbe, sőt most már magángyűjteményekben is találkozhatunk vele.