Ελαφρύς, συρρικνωμένος και τυφλός, τα σαλιγκάρι σολιανών ζουν μια ήσυχη ζωή στα νερά του κόσμου που έχουν λιγοστευθεί. Με τη φρικτή τους ωχρότητα και τα μάτια τους να μην μιλάνε αυτά τα ψαροκόκαλα δεν φαίνεται να έχουν πολλά κοινά με τα θηλαστικά, αλλά υπάρχουν πολύ περισσότερα για τα ταπεινά πεσσοί απ 'ότι συναντούν το μάτι.
Οι επιστήμονες ανέφεραν χθες στο περιοδικό Current Biology ότι τα κυνηγόσκυλα θα μπορούσαν να ρίξουν ένα ελαφρώς απαραίτητο φως σε ένα μυστηριώδες κεφάλαιο της εξέλιξης των θηλαστικών: την απώλεια της επισκευής DNA με ηλιακή ενέργεια. Οι περισσότεροι οργανισμοί διαθέτουν μηχανισμούς για την επιδιόρθωση των δικών τους μορίων DNA που ενεργοποιούνται από το φως του ήλιου, αλλά τα θηλαστικά έχασαν το χαρακτηριστικό κάπου στο δρόμο -όπως και τα σαλιγκάρια του Σομαλία.
Ως εγχειρίδιο οδηγιών για τη ζωή, το DNA είναι ένα πολύτιμο εμπόρευμα. Η παρατεταμένη βλάβη σε αυτόν τον ζωτικό κώδικα συμβάλλει τόσο στη γήρανση όσο και στην αυξημένη ευαισθησία στον καρκίνο. Δυστυχώς, η διαδικασία αντιγραφής και ανάγνωσης του DNA μπορεί να είναι γεμάτη με σφάλματα και το περιβάλλον γύρω μας είναι γεμάτο από κινδύνους, που κυμαίνονται από επιβλαβείς χημικές ουσίες μέχρι ακτίνες υπεριώδους φωτός ικανές να μεταβάλλουν γενετικές αλληλουχίες.
Αλλά χάρη σε μια σειρά κυτταρικών μηχανών ικανών να επιδιορθώσουν το κατεστραμμένο DNA, τα περισσότερα από αυτά τα γενετικά ατυχήματα διορθώνονται χωρίς συνέπεια. Μεταξύ αυτών των κρίσιμων δυνατοτήτων επισκευής είναι το σύστημα φωτοαντιδραοποίησης, το οποίο χρησιμοποιεί ένα ένζυμο με ηλιακή ενέργεια που ονομάζεται φωτολύση για να διορθώνει σφάλματα στο DNA που προκαλούνται από την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτός ο έξυπνος αμυντικός μηχανισμός σημαίνει ότι ο ίδιος κίνδυνος που καταστρέφει το DNA-ηλιακό φως - ενεργοποιεί επίσης ένα σύστημα επισκευής για τον γενετικό κώδικα.
Τα θηλαστικά και τα κυνηγόσκυλα είναι αρκετά διαφορετικά, αλλά και τα δύο έχουν προσαρμοστεί στη ζωή στο σκοτάδι. Πολλά νυχτικά θηλαστικά, όπως αυτή η γάτα, έχουν ένα στρώμα ιστού στο μάτι που βελτιώνει τη νυχτερινή τους όραση και κάνει τα μάτια τους να φαίνονται «λαμπερά». (Thomas Euler / flickr) Ενώ η φωτοενεργοποίηση είναι ευρέως διαδεδομένη στο δέντρο της ζωής, είναι εντελώς απουσιάζει στα θηλαστικά. Και για πολύ καιρό, νομίζαμε ότι είμαστε μόνοι. Αλλά οι επιστήμονες άρχισαν να ανακαλύπτουν μια χούφτα είδη μυκήτων και νηματωδών (και μερικούς επιλεγμένους πληθυσμούς σαρκοειδών που είχαν δεσμευτεί σε σπηλιά) που είχαν επίσης χάσει τις ηλιακές δυνάμεις τους για επισκευή DNA. Η νεώτερη προσθήκη στην ομάδα σκοτεινών κατοικιών, το σαλιγκάρι των Σομαλών, μπορεί να είναι τα πρώτα σπονδυλωτά μη θηλαστικά που έχουν υποβληθεί σε παρόμοιο βήμα εξελικτικής ιστορίας.
«Η φωτοδραστικοποίηση είναι ένα σύστημα που είναι τόσο συντηρημένο, από τα βακτήρια μέχρι τα φυτά και πολλά ζώα», λέει ο Nicholas Foulkes, βιολόγος στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καρλσρούης στη Γερμανία. "Όταν δείτε την απώλεια της λειτουργίας, είναι βαθιά."
Πώς μπορεί να μοιάζει ένα θηλαστικό με ένα θηλαστικό; Η απάντηση, αποδεικνύεται, μας κρατά κυριολεκτικά στο σκοτάδι. Οι πρόγονοί μας από θηλαστικά απολάμβαναν έναν πολύ νυχτερινό τρόπο ζωής, λέει ο εξελικτικός βιολόγος Roi Maor του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου. Πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, οι θερμόαιμοι προγόνες των ζώων μας μπορεί να έκρυψαν κατά τη διάρκεια της ημέρας για να αποφύγουν να καταναλωθούν από δεινοσαύρους που αγαπούν τον ήλιο.
Αυτός ο νυκτερινός χαρακτήρας μπορεί να έχει ενεργοποιήσει την αρχή "χρησιμοποιήστε την ή χάσει" στην εξέλιξή μας. Τα χαρακτηριστικά Sunnier (όπως η φωτοδραστικοποίηση με ηλιακή ενέργεια) θα μπορούσαν να απορριφθούν λόγω περίπου 100 εκατομμυρίων ετών αχρηστίας, λέει ο Maor. Αυτές οι γενετικές απώλειες συνεχίστηκαν στη σύγχρονη εποχή, ακόμα και όταν τα θηλαστικά άρχισαν να επιστρέφουν στο φως της ημέρας.
Η ερευνητική ομάδα του Foulkes, συμπεριλαμβανομένου του επικεφαλής συγγραφέα στη νέα μελέτη Haiyu Zhao, αποφάσισε να μελετήσει την επισκευή DNA σε άλλα νυκτερινά ζώα για να μάθει περισσότερα για την απώλεια μηχανισμών φωτοαντιδραστήρα. Το σαλιγκάρι ( Phreatichthys andruzzii ), με την αποστροφή του στο ηλιακό φως, ήταν ένα τέλειο πλάσμα για να εξεταστεί.
Πρώτον, οι ερευνητές χρειάζονται ένα σημείο σύγκρισης. Γι 'αυτό, επέλεξαν ένα άλλο ψάρι γλυκού νερού ως αλουμινόχαρτο: το zebrafish, ένα καλά μελετημένο βασικό σε πολλά βιολογικά εργαστήρια. Όπως και τα περισσότερα άλλα ζώα, τα γονιδιώματα zebrafish κωδικοποιούν το φωτοαντιδραστήριο με ενεργοποίηση του ηλιακού φωτός, επιτρέποντάς τους να επιβιώσουν στην έκθεση σε υψηλές δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας σε καλά φωτισμένα περιβάλλοντα. Όμως, τα ζέβρα με παγίδα με υπεριώδη ακτινοβολία που έχουν παγιδευτεί στο απόλυτο σκοτάδι είναι πιο ευαίσθητα στις επιπτώσεις της βλάβης του DNA.
Από την άλλη πλευρά, όταν οι ερευνητές διεξήγαγαν τα ίδια πειράματα σε σαλιγκάρια σολιανών, τα ψάρια υπερευαίσθησαν στις ακτίνες UV. Στην άγρια φύση, το είδος ζει σε πλήρη απομόνωση από το φως του ήλιου και εκθέτοντας τα ψάρια σε συνθήκες που μιμούνται το ηλιακό φως δεν τους βοήθησαν να επιβιώσουν από την υπεριώδη ακτινοβολία.
Αυτά τα τυφλά σαλιγκάρι σαλιγκάρι είναι πραγματικά αρκετά εύκολο στα μάτια ... ακόμα κι αν δεν έχουν τον εαυτό τους. (Luca Scapoli / Πανεπιστήμιο της Ferrara) Ανακαλύπτοντας τα γονιδιώματα των ψαριών, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ζέβραφα κατασκευάζει τρεις αποκαταστατικές φωτολυάσες που ενεργοποιούνται με την παρουσία του ηλιακού φωτός, ενώ τα σαλιγκάρια της Σομαλίας κωδικοποιούν μόνο ένα σπασμένο σύστημα. Μετά από περαιτέρω εξέταση, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν τις διαφορές στον τρόπο έκφρασης της φωτολύσης από το ζέβραφ και το σπήλαιο.
Με την παρουσία φωτός, ένα μοριακό "κλειδί" στα κύτταρα zebrafish οδηγείται σε ένα γενετικό "κλείδωμα", το οποίο απελευθερώνεται για να ενεργοποιήσει τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA. Τα κολοκυθάκια, περίεργα, φάνηκαν να έχουν άθικτες κλειδαριές, έτοιμες να απελευθερώσουν την έκφραση της φωτολύσης - αλλά τα κλειδιά φαίνεται να έχουν χαθεί στο χρόνο. Η ομάδα των Foulkes αναζητά επί του παρόντος τα χαλασμένα ή ελλείποντα κλειδιά στο γονιδίωμα του cavefish.
"Είναι σαν η εξέλιξη να παγιδεύεται στην πράξη", λέει ο Foulkes. "Μπορείτε να δείτε τη διαδικασία με την οποία χάνεται το σύστημα επισκευής."
Περισσότερα από 200 είδη σπηλαίων γεμίζουν τη Γη, αλλά αυτό το Σομαλικό δείγμα είναι το πρώτο που αναφέρθηκε ότι έχει χάσει το σύστημα φωτοαντιδραστήρα. Ακόμη και μεταξύ των σπηλαίων, ο P. andruzzii είναι εξτρεμιστής, έχοντας περάσει τα τελευταία 3 εκατομμύρια χρόνια από τον ήλιο. Στο αιώνιο σκοτάδι των υποβρύχιων σπηλαίων, είναι προς το καλύτερο συμφέρον του κολυμβητή να διατηρήσει την ενέργεια για τον μακρύ δρόμο μπροστά - σύμφωνα με τον Φουλκέ, αυτά τα ψάρια μπορούν να ζήσουν πάνω από πενήντα χρόνια - δηλαδή να απαλλαγούμε από κάθε περιττή γενετική αποσκευή.
Ενώ τα θηλαστικά δεν μοιράζονται τον τρόπο ζωής των σπηλαίων, αυτές οι γενετικές απώλειες μπορεί να αποκαλύψουν τις σκοτεινές εξελικτικές τροχιές που μοιράζονται τα διαφορετικά είδη. Αντί να αναπτύξουν ένα χρήσιμο γνώρισμα υπό την πίεση του περιβάλλοντος, τα πλάσματα φαίνεται να εγκατέλειψαν ένα σύστημα που δεν ήταν πια χρήσιμο, λέει η Silvia Fuselli, εμπειρογνώμονας του cavefish στο Πανεπιστήμιο της Ferrara στην Ιταλία.
"Ίσως αυτά τα ψάρια να αναπαράγουν κάτι που συνέβη στους προγόνους μας πριν από εκατομμύρια χρόνια", λέει ο Foulkes.
Δεδομένου ότι ορισμένα από τα είδη που εκσφενδονίζουν το ηλιοβασίλεμα πιθανώς εξακολουθούν να διαφεύγουν με επιτυχία την ανθρώπινη ανακάλυψη στις σπηλαιώδεις σπηλιές της Γης και στις τάφρους βαθέων υδάτων, πιθανότατα δεν βρήκαμε τα τελευταία πλάσματα που έχουν ρίξει φωτοδραστικότητα. "Εμφανίζεται σε αυτά τα ψάρια, στους μύκητες, στα [καρκινοειδή] ... πρόκειται να είναι κάτι που οι άνθρωποι βρίσκουν με συνέπεια", λέει ο David Carlini, βιολόγος στο Αμερικανικό Πανεπιστήμιο, ο οποίος μελετάει τα οστρακόδερμα γλυκού νερού.
Και όσο γνωρίζουμε, ο P. andruzzii εξακολουθεί να είναι αρκετά μοναδικός μεταξύ των περισσότερων από τους αδελφούς του που αμαυρώνουν. Μέχρι να μπορέσουν να μελετηθούν περισσότερα είδη που προτιμούν το σκοτάδι, τα σαλιγκάρια της Σομαλίας μπορεί να είναι το καθοδηγητικό φως για να λύσουν το μυστήριο του τρόπου με τον οποίο τα θηλαστικά μας έχασαν την ικανότητα να θεραπεύουν στον ήλιο.
