Τι έχει ένα ποντίκι σε κοινό με ένα χονδροειδές ψάρι που είναι γνωστό ως μικρό πατινάζ;
Με την πρώτη ματιά, μπορεί να μην σκεφτείτε πολλά. Κάποιος είναι χνουδωτός, με μεγάλα αυτιά και μουστάκια. ο άλλος αναπνέει με βράγχια και κυματίζει τον τρόπο του γύρω από τον ωκεανό. Το ένα είναι εργαστηριακό ζώο ή οικιακό παράσιτο. το άλλο είναι πιθανότερο να δει κανείς στη φύση ή στον πυθμένα μιας ρηχτής πισίνας σε ένα ενυδρείο. Αλλά αποδεικνύεται ότι αυτά τα δύο σπονδυλωτά έχουν κάτι κρίσιμο από κοινού: την ικανότητα να περπατούν. Και ο λόγος για τον οποίο θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε για την εξέλιξη του περπατήματος στα χερσαία ζώα - συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.
Μια νέα γενετική μελέτη από επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης αποκαλύπτει κάτι εκπληκτικό: Όπως και τα ποντίκια, τα πατίνια έχουν το γενετικό σχέδιο που επιτρέπει το δεξί-αριστερό μοτίβο εναλλαγής της μετακίνησης που χρησιμοποιούν τα τετράποδα χερσαία ζώα. Αυτά τα γονίδια μεταβιβάστηκαν από έναν κοινό πρόγονο που ζούσε πριν από 420 εκατομμύρια χρόνια, πολύ πριν τα πρώτα σπονδυλωτά σκάσουν από τη θάλασσα στη ακτή.
Με άλλα λόγια, ορισμένα ζώα μπορεί να είχαν τις νευρικές οδούς που ήταν απαραίτητες για το περπάτημα ακόμη και πριν έζησαν στη γη.
Δημοσιεύθηκε σήμερα στο περιοδικό Cell, η νέα έρευνα άρχισε με μια βασική ερώτηση: πώς άλλαξαν οι διαφορετικές συμπεριφορές κινητήρων σε διάφορα είδη με την πάροδο του χρόνου; Ο συγγραφέας Jeremy Dasen, αναπληρωτής καθηγητής στο NYU Neuroscience Institute, είχε εργαστεί στο παρελθόν για την κίνηση των φιδιών. Έχει εμπνεύσει να ψάξει σε πατίνια μετά από να διαβάσει το βιβλίο του Neil Shubin, το Inner Fish: Ταξίδι στην ιστορία του Ανθρώπινου Σώματος σε 3, 5 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά δεν ήξερε από πού να ξεκινήσει.
«Δεν είχα ιδέα τι μοιάζει με ένα πατίνι», λέει ο Dasen. "Τρώγαμε σε εστιατόριο πριν. Έτσι έκανα ό, τι κάνει ο καθένας, πήγα στο Google για να βρω βίντεο από πατίνια. "Ένα από τα πρώτα πράγματα που βρήκε ήταν ένα βίντεο Youtube ενός σακακιού καθαρόαιμου που ασχολείται με τη συμπεριφορά περπατήματος. "Ήμουν σαν, wow, αυτό είναι πραγματικά δροσερό! Πώς το κάνει αυτό; "λέει.
Χρησιμοποιώντας πατίνια που συνέλεξε το Θαλάσσιο Βιολογικό Εργαστήριο στην Woods Hole, ο Dasen και άλλοι προσπάθησαν να ανακαλύψουν. Πρώτον, τα βασικά: Τα μικρά πατίνια είναι κάτοικοι του βυθού που ζουν όλοι κατά μήκος της Ανατολικής Ακτής στον Ατλαντικό Ωκεανό. Δεν έχουν πραγματικά πόδια, και το περπάτημα τους δεν μοιάζει με έναν άνθρωπο που κάνει μια βόλτα. Αυτό που χρησιμοποιούν είναι τα πρόσθια πτερύγια πτερύγια που ονομάζονται "crus, " που βρίσκονται κάτω από το πολύ μεγαλύτερο διαμάντι σε σχήμα πτερύγιο πτερύγιο που κυματίζει όταν κολυμπούν.
Όταν τρώνε ή χρειάζονται να κινούνται πιο αργά, εμπλέκουν το κλουβί τους σε μια αριστερόστροφη εναλλακτική κίνηση κατά μήκος του ωκεάνιου δαπέδου. Από το κάτω μέρος, σχεδόν μοιάζει με μικρά πόδια που προωθούν το πατίνι προς τα εμπρός.
Αλλά ο Dasen και η ομάδα του δεν ενδιαφέρονται μόνο για τη βιομηχανική. ήθελαν να εντοπίσουν τα γονίδια που έλεγαν τις κινητικές νευρικές οδούς για το περπάτημα στα πατινάζ.
Όταν εξετάζουμε τη διάταξη ενός σπονδυλωτού, οι γενετιστές αρχίζουν συχνά με τα γονίδια Hox, τα οποία διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στον καθορισμό του σωματικού σχεδίου ενός οργανισμού. Εάν τα γονίδια χτυπηθούν ή διαταραχθούν, μπορεί να συμβεί καταστροφή για το ζώο (όπως στο πείραμα στο οποίο μια μύγα σηκώθηκε στα πόδια αντί για κεραίες στο κεφάλι του αφού οι επιστήμονες σκόπιμα χτύπησαν ορισμένα γονίδια Hox).
Ο Dasen και οι συνεργάτες του εξέτασαν επίσης έναν γενετικό μεταγραφικό παράγοντα που ονομάζεται Foxp1, ο οποίος βρίσκεται στο νωτιαίο μυελό των τετραπόδων. Η απλοποιημένη εξήγηση είναι ότι λειτουργεί με την ενεργοποίηση κινητικών νευρώνων που επιτρέπουν την κίνηση του περπατήματος.
"Εάν χτυπήσετε [Foxp1] σε οργανισμούς μοντέλων όπως τα ποντίκια, έχουν χάσει όλη τη δυνατότητα να συντονίσουν τους μυς των άκρων τους", λέει ο Dasen. "Έχουν ένα σοβαρό τύπο μη συντονισμού των κινητήρων που τους εμποδίζει να περπατούν κανονικά." Δεν είναι ότι τα ποντίκια χωρίς Foxp1 δεν έχουν τα άκρα ή τους μυς που χρειάζονται για να περπατήσουν - απλά δεν έχουν το κύκλωμα τους καλωδιωμένο σωστά για να το κάνουν.
Αυτός ο συνδυασμός γονιδίων στα μικρά πατίνια που τους επιτρέπει να βυθίζονται στο θαλασσινό νερό σε αναζήτηση δείπνου πηγαίνει όλος ο δρόμος πίσω σε έναν κοινό πρόγονο που ζούσε πριν από 420 εκατομμύρια χρόνια - μια έκπληξη για τους ερευνητές, δεδομένου ότι η ικανότητα να περπατά ήταν σκέψη να έρθει μετά τη μετάβαση από τη θάλασσα στη γη ξεκίνησε, όχι πριν. Το γεγονός ότι τέτοιου είδους γενετικά χαρακτηριστικά έχουν κολλήσει εδώ και τόσο καιρό και έχουν εξελιχθεί με τέτοιο μοναδικό τρόπο σε διαφορετικά είδη που προστίθενται μόνο στον ενθουσιασμό του Dasen.
"Υπάρχει πολλή βιβλιογραφία σχετικά με την εξέλιξη των άκρων, αλλά δεν θεωρεί πραγματικά την νευρωνική πλευρά των πραγμάτων, επειδή είναι πολύ πιο δύσκολο να μελετηθεί", λέει ο Dasen. "Δεν υπάρχουν απολιθώματα για τους νευρώνες και τα νεύρα. Υπάρχουν πολύ καλύτεροι τρόποι μελέτης της εξέλιξης εξετάζοντας τις οστικές δομές. "
Πολλοί ερευνητές εξέτασαν τα απολιθώματα για λεπτομέρειες σχετικά με τους πρώτους κατοίκους της γης. Υπάρχει το Elginerpeton pancheni, πρώιμο tetrapod που έζησε έξω από τον ωκεανό περίπου πριν από 375 εκατομμύρια χρόνια. Και τότε υπάρχει το Acanthostega, ένα άλλο αρχαίο σπονδυλωτό που οι επιστήμονες αναλύθηκαν πρόσφατα για να μάθουν για τα μοτίβα ανάπτυξης των άκρων και τη σεξουαλική ωριμότητα.
Εν τω μεταξύ, άλλοι βιολόγοι έχουν συλλέξει ενδείξεις κοιτάζοντας μερικά από τα πιο περίεργα ψάρια ζωντανά σήμερα, πολλά από τα οποία έχουν αρχαίες γενεές. Μερικοί έχουν κοιτάξει τους coelacanths και sarcopterygians, ή τους πνεύμονες (οι τελευταίοι χρησιμοποιούν τα πυελικά πτερύγια τους για να κινηθούν σε κίνηση όπως το περπάτημα). Άλλοι ερεύνησαν τη μετακίνηση bishr. Τα αφρικανικά είδη ψαριών είναι εξοπλισμένα με πνεύμονες και βράγχια, ώστε να μπορούν να επιβιώσουν από το νερό - και έχουν κίνηση παρόμοια με το περπάτημα όταν αναγκάζονται να ζήσουν στην ξηρά, όπως φαίνεται στο πείραμα του 2014 που πραγματοποίησε ο βιολόγος Emily Standen του Πανεπιστημίου της Οτάβα και οι υπολοιποι.
Η Standen λέει ότι θαυμάζει πολύ τη νέα έρευνα για τα πατίνια. "Θα περίμενα ότι θα υπήρχε κάπως ομοιότητα [στα συστήματα πίσω από τη διαφορετική κίνηση των ζώων], αλλά το γεγονός ότι είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά ήταν μια υπέροχη έκπληξη", λέει. "Μιλάει σε αυτό που πιστεύω πολύ έντονα, ότι το νευρικό σύστημα και πώς αναπτύσσεται και λειτουργεί είναι πολύ ευέλικτο".
Αυτή η ευελιξία ήταν σαφώς καθοριστική σε ολόκληρη την εξελικτική ιστορία. Χάρη σε αυτόν τον πρόγονο 420 εκατομμυρίων ετών, έχουμε τώρα τα πάντα, από τα ψάρια που κολυμπούν, μέχρι τα φίδια που γλιστρούν, σε ποντίκια που περπατούν, σε πατίνια που χρησιμοποιούν συνδυασμό κινήσεων - με το γονίδιο Foxp1 να εκφράζεται ή να καταστέλλεται ανάλογα με το το μοναδικό σωματικό σχέδιο και τη μετακίνηση του ζώου.
Και τώρα που γνωρίζουμε λίγο περισσότερο τι ελέγχει αυτό το κίνημα στα πατίνια, είναι πιθανό ότι η γνώση θα μπορούσε να έχει μελλοντική χρήση στην κατανόηση του διφοπισμού στους ανθρώπους.
"Ο βασικός κύριος με τον οποίο οι κινητικοί νευρώνες συνδέονται σε διαφορετικά κυκλώματα δεν είναι πραγματικά επεξεργασμένοι [σε σύνθετους οργανισμούς], οπότε το πατίνι είναι ένας τρόπος να το εξετάσουμε σε ένα πιο απλοποιημένο σύστημα", λέει ο Dasen. Αλλά δεν θέλει να ξεπεράσει τον εαυτό του προβλέποντας τι μπορεί να σημαίνει για το μέλλον. Ο Dasen απλώς ελπίζει ότι όταν δουν την έρευνα, οι άνθρωποι θα σκεφτούν απλά, "Γεια σου, αυτό είναι πολύ τακτοποιημένο. Μπορούν να περπατήσουν! "
