A biofilmek ragadós trutyijától a bukfencező hidráig

Arra, hogy a biofilmek ravasz dolgok az orvosok és mikrobiológusok kezdtek rájönni amikor azt találták, hogy a Petri csészében szabadon úszkáló baktériumokra remekül ható antibiotikumok a betegekben nem olyan jól működnek, mint kellen. Kiderült, hogy a baktériumok koránt sem egyedül kószáló, önfejű lények, hanem ravaszan csoportosulnak, telepeket hoznak létre, melyek felszínén más tulajdonságokkal rendelkező egyedek találhatók, mint a belsejében. A kívül található sejtek erősen kapcsolódnak egymáshoz és egy nyálkás ragadós bevonatot választanak ki, melybe beleragadnak a károsító dolgok, például az antibiotikumok vagy az immunrendszer rendőrei a fehérvérsejtek, de átszűrődnek rajta a tápanyagok, amiket a csomó belsejében található sejtek testük építésére, osztódásra használnak. A felszíni sejtek tehát nem szaporodnak, feláldozzák magukat azért, hogy a többi (közös anyasejtből származó, rokon) sejt hatékonyan szaporodni tudjon.

 
No de mi köze mindennek az agyhoz? A valódi sejtmagvas élőlények, jóval bonyolultabb genetikai szabályozási lehetőséggel rendelkeznek, mint a baktériumok, bár ahol most tartunk, 650 millió éve a szivacsoknál, ez egyelőre még alig látszik. A szivacs egy egyszerű szerkezet. Van neki felszíne, amit kicsit szívósabb sejtek alkotnak, és van neki egy egyszerű, vagy elágazó üregeket tartalmazó űrbele, amit csillós-ostoros, táplálékfelvételre alkalmas sejtek alkotnak. A két sejtréteg között egy a sejtek által kiválasztott váz (matrix) található, mely merevíti a szivacs testét (a szivacs fajától függően ennek anyaga lehet szilikon, mészkő vagy kollagén). Itt találhatók azok a sejtek is, akik majd a szaporodásban részt vesznek. A szivacs sejtjei még annyira laza kapcsolatban vannak, hogy azt is túlélik, ha a szivacsot ledarálják, azaz sejtjeire szedik szét. Ha ezt a sejtpépet nyugalomban hagyják viszonylag rövid idő alatt a sejtek kiválogatják magukat és egy új, megfelelő szerkezetbe rendeződő szivacs áll össze. A sejtek felszínén található molekulák segítenek abban, hogy melyik sejt melyikkel és milyen elrendezésben tapadjon össze. Ha két különböző szivacsfajt darálunk össze akkor a két faj sejtjei különválnak egymástól és kialakítják saját szerkezetüket. Ez a kísérlet azt bizonyítja, hogy az egyes sejtek fajukra jellemző felszíni, úgynevezett sejt adhéziós molekulákat fejeznek ki, amiknek segítségével a megfelelő sejtek megfelelő helyen tapadnak össze. Ezekből a molekulákból fejlődnek majd ki a szövetek kialakításáért felelős rendszerek a magasabb rendű állatokban. Az evolúciós fán egyre feljebb haladva a megjelenő gének igen jelentős hányada az immunrendszer és az idegrendszer sejtjeinek felszínén megjelenő összekapcsolódást és sejtazonosságot kifejező, adhéziós molekula, illetve a sejtek kölcsönhatásában résztvevő érzékelő, receptor molekula (ezek egy része mindkét feladatot ellátja).
 

A szivacs nem egy zseni, csak ül, szűrögeti a vizet, és nagyon rosszul érzi magát, ha egy másik szivacs vagy egy kő elzárja a külvilágtól. Nem tud odébb menni, mert egyrészt nincs mivel, másrészt nem érzi merre is lehetne. Ez az ostoba üldögélés folyt közel 50 millió évig, mikor is megjelentek a fésűsmedúzák, majd újabb 10 millió év múlva a csalánozók (590 millió éve, ide tartoznak a hidrák, korallok és medúzák). Ezek az állatok „találták fel” az idegrendszert és a mozgást (a fésűsmedúzák testfelszíni csillósorokkal eveznek előre, a csalánozókat izmaik mozgatják). Ehhez az kellett, hogy szivacsősök sorában kialakuljanak véletlenszerűen a felszínen lévő (kültakaró, hám) sejtekben olyan fehérjék, amelyek a fényt vagy a tápanyag ízét érzékelték, a szivacs mélyén, pedig kialakultak olyan sejtek, amelyek összehúzódásra lettek képesek (izomsejtek). Ahhoz, hogy az állat hatékonyan mutasson valamiféle reakciót még annak is ki kellett alakulnia, hogy az érzék és mozgató sejtek egymással kommunikálni tudjanak. Az evolúciós mechanizmust elvető kreacionisták kedvenc érve az, hogy „De hát az a sok bonyolult dolog nem alakulhatott ki csak úgy, kicsi a valószínűsége”! Hát nem is egyszerre alakult ki, hiszen, mint az evolúcióról szóló bejegyzésben írtuk, az evolúció vak, nincs célja és véletlenszerűen működik. Egyetlen dolog számít, hogy a változás eredményeképpen az egyednek több utódja lesz-e, mint másnak. Az 50 millió év buta üldögélésbe bőven belefért, hogy mondjuk csak az izomsejt alakuljon ki, vagy csak az érzéksejt. Mindkettő előny már önmagában is. Ha a szivacs izmaival tudja belső üregét tágítani-szűkíteni, függetlenül attól mi van a környezetében, máris hatékonyabban szűri a vizet, mint ha csak a csillóival-ostoraival hajtaná, több táplálékot szűr ki és több utódja lesz. Ha csak érzi a felszíni sejtjeivel a környezet tápanyagtartalmát és erre megfelelő géneket kapcsol be, az is javítja a túlélését. Ez a két véletlen valószínűleg sokszor kialakult, de mivel külön-külön kevésbé hasznosak, mint együtt, a továbblépéshez az kellett, hogy valamelyik tulajdonság után a másik is kialakuljon egy egyedben. Utána még a harmadik nagy lépésnek - az érzéksejtek összekapcsolódásának a mozgató sejtekkel – is be kellett véletlenül következnie, hogy kialakuljon az első - érzékelő és mozgás válaszokat mutató, a legegyszerűbb idegsejtekkel rendelkező - ős-csalánozó.
 
Hihetetlen előnye volt a környezetében üldögélő szivacsokkal szemben, hiszen odébb tudott menni, ha valami elválasztotta a táplálékforrástól, sőt idővel meg is tudta keresni a táplálékdús helyeket. Arról ne is beszéljünk, hogy hamarosan megtalálta és megette a nála kisebb és menekülésre képtelen élőlényeket. Megjelentek az első ragadozók és beindult az evolúciót gyorsabb fokozatba kapcsoló fegyverkezési hajsza. Ne felejtsük, az élet megjelenésétől a sejtmagvasokig 2 milliárd év telt el! Innen már „csak” 1 milliárd évet kellett várni az első soksejtűre. A szivacsokig 150 millió év alatt jutott el a törzsfejlődés. A csalánozókra már csak 50 millió évet kellett várni, az összetett testű gerincesek pedig újabb 40 millió év múlva már ki is alakultak. Azaz az idegsejtek megjelenése után kialakult összetettebb életformák az élet evolúciótörténetének utolsó 1/7-ed részében robbantak be az állandó küzdelembe.