Az Innsbrucki Egyetem kutatói azonosították érzékszerveink genetikai eredetét
Az Innsbrucki Egyetem kutatói meghatározták érzékszerveink genetikai eredetét. Az eredmények azt mutatják, hogy a gerinces koponya szenzoros ganglionjai egy genetikai programból származnak, amelyet a legközelebbi élő rokonaikkal, a zsákállatokkal osztanak meg.
zsákállatokA tengeri spricceknek nevezett tengeri állatok egy csoportja, amelyek életük nagy részét dokkhoz, sziklákhoz vagy csónakok aljához kötve töltik, kis, színes foltoknak tűnnek.
Valójában közelebbi rokonságban állnak a hozzánk hasonló gerincesekkel, mint a legtöbb gerinctelen állattal.
Határozottan előnyös, ha van fej. Ez nyilvánvalónak tűnhet, de az evolúció hosszú utat járt be, hogy tesztelje: eleinte a gerinctelenek uralták a vizeket, amikor az állatok élete megjelent. Bár már rendelkeztek fejjellemzőkkel, a gerincesek végül sikerrel jártak, mert új, kiváló fejet fejlesztettek ki. Ez az „új fej” lehetővé tette az érzéksejtek széles körű térbeli szétszóródását és szaporodását, ami a környezet sokkal jobb észleléséhez vezetett. Ez döntő jelentőségű volt a ragadozó életmód kialakulásában is.
A koponya érzékszervi ganglionjai kritikusak a külső érzetek gerincesek agyába történő továbbításában. Gondolhatunk rájuk olyan idegcsomóknak, amelyek az egész agyban elterjedtek, és információkat gyűjtenek az érzékszervekből. A pontos folyamat, amellyel ezek a ganglionok keletkeztek, eddig ismeretlen volt a tudósok számára. Ezeket a kérdéseket végül megválaszolta egy tanulmány, amely 18. május 2022-án jelent meg a Nature-ben.
A gerincesek prototípusa
Ute Rothbächer kutatócsoportja az Állattani Intézetből Innsbrucki Egyetem döntően részt vett a projekt utolsó szakaszában, amely több intézmény nemzetközi együttműködése, amelyet a University of Oxford. Eredményeik azt mutatják, hogy a gerincesek koponya érző ganglionjai egy genetikai programból származnak, amely a legközelebbi élő rokonaiknál, a zsákállatoknál is megtalálható. A zsákállat lárváknál bizonyos szenzoros neuronok, az úgynevezett bipoláris farokneuronok a farok régiójában találhatók. Ezek feldolgozzák a külső ingereket, de felelősek az állat mozgásáért is. Mindkét állati alfajban a megfelelő struktúrákat a Hmx gén alkotja.
„A zsákállatok olyanok, mint a gerincesek evolúciós prototípusa” – magyarázza Rothbächer. „Nagy anatómiai szakadék tátong ezen alfajok imágói között, mivel alkalmazkodtak az ökológiai résekhez. Ez bonyolítja az evolúciójukkal kapcsolatos kutatásokat. A közös szerkezeteket és mechanizmusokat csak az embrionális szakaszban lehet azonosítani – közös ősünk valószínűleg nagyon hasonlított egy zsákállat lárvához.”
A tanulmány modellszervezetei a lámpaláz, egy angolnára emlékeztető primitív hal, amelyet gyakran „élő kövületnek” neveznek, valamint a Ciona intestinalis zsákállat, amelyet sárgás, csőszerű köpeny vesz körül, amely védi az állatot és megszűri a táplálékot.
A konzervált gén
Alessandro Pennati, Rothbächer kutatócsoportjának doktorandusza döntő adatokat szolgáltatott a Hmx gén működéséről Cionában. A CRISPR-Cas9 géntechnológiát alkalmazta a genetikai szekvenciák szelektív kiiktatására, míg a tranziens transzgenezis módszerét a gének túlexpressziójára.
A kutatók azt találták, hogy a Hmx szabályozza a bipoláris farokneuronok fejlődését zsákállatoknál, míg gerinceseknél a koponya érző ganglionok esetében. Meglepő módon a Ciona DNS-be inszertált lámpaláz Hmx génszegmensei hasonlóan aktívak voltak, mint Ciona saját Hmx-je.
„A Hmx központi génnek bizonyult, amely az evolúció során konzervált. Megőrizte eredeti funkcióját és szerkezetét, és valószínűleg ebben a formában a gerincesek és zsákállatok közös ősében találták meg” – magyarázza Pennati. A koponya érzékszervi ganglionjai és a bipoláris farokneuronok tehát azonos evolúciós eredetűek, a Hmx valószínűleg döntő szerepet játszott a gerincesek magasan specializált fejérzékszervei kialakításában.
Hivatkozás: Vasileios Papadogiannis, Alessandro Pennati, Hugo J. Parker, Ute Rothbächer, Cedric Patthey, Marianne E. Bronner és Sebastian M. Shimeld „A Hmx génmegőrzés azonosítja a gerinces koponya ganglionjainak eredetét”, 18. május 2022. Nature.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04742-w
