Peshku fluturues dhe kafshët shtëpiake në akuarium japin sekretet e evolucionit

Për t’i shpëtuar grabitqarëve poshtë valëve, një peshk fluturues mund të dalë nga uji dhe të rrëshqasë në distanca të gjata, sepse pendët e tij të çiftëzuara të kraharorit dhe legenit, më të gjata dhe më të ngurtë se ato të peshqve të tjerë, veprojnë si fletë ajrore. Në një triumf të çuditshëm të evolucionit, krijesat që dikur ishin rreptësisht ujore u shndërruan në ato të përkohshme në ajër përmes disa modifikimeve në formën e trupit.

Kohët e fundit, një grup studiuesish të udhëhequr nga Matthew Harris i Shkollës Mjekësore të Harvardit dhe Spitalit të Fëmijëve të Bostonit raportuan bazën gjenetike për evolucionin e atyre pendëve të pazakonta: Përmes një kombinimi inovativ teknikash, ata zbuluan se ndryshimet në vetëm dy gjene ishin të mjaftueshme për të krijuar forma dalluese e trupit të peshqve fluturues. Kur ato mutacione ndodhën në një specie të peshkut të zakonshëm të akuariumit, përmasat e tij filluan të ndryshojnë në mënyra të ngjashme.

“Kur filluam në evo-devo, nuk mendohej se do të ishim në gjendje t’i bënim këto kërcime të mëdha në formë me rregulla kaq të thjeshta,” tha Harris. Studimi u shfaq në numrin e 22 nëntorit të Current Biology.

Gjetjet janë të rëndësishme pjesërisht sepse ato lënë të kuptohet se sinjalet bioelektrike brenda indeve në zhvillim, jo ​​vetëm ato kimike “morfogjenetike”, mund të rregullojnë rritjen dhe formën e pendëve në zhvillim dhe ndoshta strukturave të tjera. Ky studim dhe puna e mëparshme gjithashtu ilustrojnë qartë se si ndryshimet e vogla gjenetike ndonjëherë mund të prodhojnë ndryshime të mëdha morfologjike që kanë pasoja të rëndësishme evolucionare.

Pjesa më e madhe e diversitetit të padepërtueshëm të formave të kafshëve në natyrë lind nga ndërhyrja e seleksionimit natyror me programet gjenetike që kontrollojnë zhvillimin. Ndryshimet në kohën dhe shpejtësinë e rritjes së indeve mund të zgjasin ose tkurrin strukturat, apo edhe të futin dhe fshijnë kockat, për të krijuar përshtatje të reja që hapin kamare të reja për speciet. Evo-devo, studimi biologjik i këtij procesi, ka një histori të gjatë, por vetëm relativisht kohët e fundit studiuesit kanë qenë në gjendje të fillojnë të hetojnë për gjenet përgjegjëse për ndryshime specifike.

Për të kërkuar bazën gjenetike të formës së trupit të peshkut fluturues, studiuesit në laboratorin Harris filluan duke renditur dhe krahasuar gjenomet e 35 llojeve të peshqve fluturues dhe të afërmve të tyre të afërt. Duke kërkuar për rajone të ADN-së që kishin ndryshuar jashtëzakonisht shpejt midis specieve, ata identifikuan gjene që dukej se kishin evoluar nën presionin e seleksionimit.

Kjo analizë krahasuese i lejoi studiuesit të kërkonin faktorët kryesorë që nxisin formimin e llojit të ri të trupit, shpjegoi Joost Woltering, një biolog evolucionar në Universitetin e Konstanzit në Gjermani, i cili punon në evolucionin dhe zhvillimin e diversitetit të fijeve dhe gjymtyrëve. “Por si do ta zbuloni nëse gjeni është vërtet arma e duhanit që bën ndryshimin? Ju nuk mund ta modifikoni atë në peshkun fluturues, “tha ai. “Duhet t’i drejtoheni diçkaje ku mund ta bëni këtë.”

Ekipi i Harris në përputhje me rrethanat iu drejtua peshqve zebër (Danio rerio), minave të ujërave të ëmbla që mbahen gjerësisht si kafshë shtëpiake në akuarium, por edhe si kafshë kërkimore. Ekipi i tij përdori kimikate dhe rrezet gama për të krijuar mutacione të rastësishme në më shumë se 10,000 embrione peshqish zebra. Ata kërkuan ato që mbijetuan deri në moshën madhore për tipare ose fenotipe interesante të të rriturve. Kjo qasje ishte e pazakontë sepse studimet gjenetike të peshqve zebra zakonisht fokusohen në zhvillimin embrional të kafshëve.

Jacob Daane, një postdoktor në laboratorin e Harris në atë kohë, dhe kolegët e tij gjithashtu ekzaminuan një koleksion mutantësh të njohur më parë të peshkut zebër me pendë të gjata për të rafinuar kërkimin e tyre për variantet e gjeneve që mund të rregullojnë rritjen e pendëve të peshqve fluturues. Ata u përfshinë në dy: kcnh2a, një mutacion që i bën qelizat të mbishprehin kanalet e kaliumit në membranën e tyre të jashtme dhe lat4a, një mutacion me humbje të funksionit që pamundëson aftësinë e qelizave për të transportuar aminoacidin leucinë.

Studiuesit treguan se te peshqit zebër, mutacionet e humbjes së funksionit në transportuesin e leucinës bëjnë që të gjitha pendët të jenë të shkurtra, ndërsa mutacioni i mbishprehjes së kanaleve të kaliumit bën që të gjitha pendët të jenë të gjata. Secili prej këtyre mutacioneve në vetvete prodhon një peshk të ngathët. Por kur të dy mutacionet kombinohen, peshku zebër që rezulton ka krahë gjoksi të gjatë të çiftëzuar dhe pendë mesatare më të shkurtra, pikërisht në formën e peshkut fluturues.

“Një mutacion i vetëm pikë në disa raste mund t’ju japë pendë vërtet shumë të mëdha,” tha Daane, i cili kohët e fundit nisi laboratorin e tij në Universitetin e Hjustonit. “Unë nuk di për shumë sisteme të tjera ku ka atë nivel thjeshtësie për sa i përket ndryshimeve të mëdha në shkallë në madhësinë e një organi si ai.”

Plani i trupit të peshkut fluturues evoluoi në mënyrë të pavarur disa herë në linja të ndryshme, dhe gjithmonë mbështetej në të njëjtat lloje mutacionesh në transportuesin e leucinës dhe kanalin e kaliumit. Mutacionet e transportuesit të leucinës në linjat e ndryshme të gjakut nuk janë identike, por ato shkaktojnë të njëjtin ndryshim të aminoacideve – një e dhënë që linjat e gjakut godasin në mënyrë të pavarur të njëjtin truk gjenetik për të evoluar këtë formë. “Natyra ka synuar të njëjtin gjen specifik në disa kontekste të ndryshme,” tha Sarah McMenamin, një biologe evolucionare e zhvillimit të peshkut në Kolegjin e Bostonit.

Se si mutacioni i kanalit të kaliumit shkakton rritjen shtesë në fin është ende një mister. “Nuk është si një ndërveprim receptor-ligand ku gjërat lidhen me receptorin në brendësi të qelizës, dhe ato udhëtojnë poshtë dhe shkaktojnë transkriptimin e diçkaje,” tha Harris. Përkundrazi, mbishprehja e kanalit të kaliumit ndryshon potencialin e qetë të membranës dhe pH-në e citoplazmës, gjë që e bën qelizën më aktive dhe më reaguese. Si rezultat, qelizat fin fillojnë të shfaqin tipare sinjalizuese që zakonisht lidhen me neuronet dhe qelizat burimore. Është e mundur që ndryshimet në sinjalizimin e qelizave mund të ndryshojnë mënyrën se si rritet fija, tha Harris, por kjo është ende spekulative. “E gjithë kjo është tokë e re, pjellore dhe njerëzit nuk kuptojnë shumë për të,” tha ai.