Vědci z univerzity v Innsbrucku identifikovali genetický původ našich smyslů
Vědci z univerzity v Innsbrucku určili genetický původ našich smyslů. Zjištění odhalují, že kraniální senzorické ganglia obratlovců pocházejí z genetického programu sdíleného s jejich nejbližšími žijícími příbuznými, pláštěnci.
Tunikáty, běžně nazývané mořští stříkanci, jsou skupinou mořských živočichů, kteří tráví většinu svého života připoutaní k dokům, kamenům nebo spodním stranám lodí, vypadají jako malé barevné kuličky.
Ve skutečnosti jsou blíže příbuzní obratlovcům, jako jsme my, než většině ostatních bezobratlých zvířat.
Určitě je výhodné mít hlavu. Může se to zdát samozřejmé, ale evoluce prošla dlouhou cestou, aby to otestovala: Bezobratlí dominovali vodám nejprve, když se začal objevovat život zvířat. I když již měli rysy hlavy, obratlovci nakonec uspěli, protože vyvinuli novou, lepší hlavu. Tato „nová hlava“ umožnila rozsáhlé prostorové rozptýlení a množení smyslových buněk, což vedlo k mnohem lepšímu vnímání okolí. To bylo také zásadní pro vývoj dravého životního stylu.
Kraniální senzorická ganglia jsou kritická pro přenos vnějších vjemů do mozku obratlovců. Můžete si je představit jako nervové uzliny, které jsou rozprostřeny po celém mozku a shromažďují informace ze smyslových orgánů. Přesný proces, kterým byla tato ganglia vytvořena, byl až do této chvíle vědcům neznámý. Tyto otázky byly konečně vyřešeny studií, která byla zveřejněna v Nature 18. května 2022.
Prototyp obratlovců
Výzkumná skupina Ute Rothbächer z Ústavu zoologie při Univerzita v Innsbrucku se rozhodující měrou podílela na poslední fázi projektu, mezinárodní spolupráci několika institucí, koncipované University of Oxford. Jejich zjištění ukazují, že lebeční senzorická ganglia obratlovců pocházejí z genetického programu, který se vyskytuje také u jejich nejbližších žijících příbuzných, pláštěnců. U larev pláštěnců se určité senzorické neurony, nazývané bipolární ocasní neurony, nacházejí v oblasti ocasu. Ty zpracovávají vnější podněty, ale jsou také zodpovědné za pohyb zvířete. V obou živočišných podfylach jsou příslušné struktury tvořeny genem Hmx.
„Tunikáty jsou jako evoluční prototyp pro obratlovce,“ vysvětluje Rothbächer. "Mezi dospělými jedinci těchto subfylií je velká anatomická mezera, protože jsou přizpůsobeni ekologickým nikům." To komplikuje výzkum jejich evoluce. Společné struktury a mechanismy lze identifikovat pouze v embryonálním stádiu – náš společný předek byl pravděpodobně velmi podobný larvě pláštěnců.“
Modelovými organismy studie byly mihule, primitivní ryba, která se podobá úhořovi a je často označována jako „živá fosilie“, a plášťovec Ciona intestinalis, který je obklopený nažloutlým trubkovým pláštěm, který chrání zvíře a filtruje potravu.
Konzervovaný gen
Rozhodující údaje o funkci genu Hmx v Cioně poskytl Alessandro Pennati, doktorand z Rothbächerovy výzkumné skupiny. Použil genovou technologii CRISPR-Cas9 k selektivnímu vyřazení genetických sekvencí, zatímco k nadměrné expresi genů byla použita metoda přechodné transgeneze.
Výzkumníci zjistili, že Hmx řídí vývoj bipolárních ocasních neuronů u pláštěnců, zatímco u obratlovců to dělá u kraniálních senzorických ganglií. Překvapivě byly genové segmenty lamprey Hmx vložené do DNA Ciony podobně aktivní jako vlastní Hmx Ciony.
„Ukázalo se, že Hmx je centrální gen, který byl v průběhu evoluce zachován. Zachoval si svou původní funkci a strukturu a v této podobě byl pravděpodobně nalezen u společného předka obratlovců a pláštěnců,“ vysvětluje Pennati. Kraniální senzorická ganglia a bipolární ocasní neurony tak mají stejný evoluční původ, Hmx se pravděpodobně zásadním způsobem podílel na vzniku vysoce specializovaných hlavových smyslových orgánů u obratlovců.
Odkaz: „Hmx genová konzervace identifikuje původ kraniálních ganglií obratlovců“ od Vasileios Papadogiannis, Alessandro Pennati, Hugo J. Parker, Ute Rothbächer, Cedric Patthey, Marianne E. Bronner a Sebastian M. Shimeld, 18. května 2022, Příroda.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04742-w
