Mi köze van az egérnek egy porcsomónak nevezett porcos halnak?
Első pillantásra talán nem sokat gondolsz. Az ember bolyhos, nagy fülekkel és pofaszakállokkal; a másik kopoltyúkkal lélegzik és az óceán körül hullámzik. Az egyik laboratóriumi állat vagy háztartás kártevő; a másik valószínűleg vadonban vagy egy akváriumban lévő sekély medence alján jelenik meg. De kiderül, hogy e két gerincesnek van valami közös vonása: a járás képessége. És miért változtathatta meg a szárazföldi állatokban - beleértve az embereket is - a járás fejlődésének gondolkodásmódját.
A New York-i Egyetem kutatói által készített új genetikai tanulmány valami meglepő felfedést mutat: Az egerekhez hasonlóan a kis korcsolya is rendelkezik genetikai tervvel, amely lehetővé teszi a mozgás jobb és bal oldali váltakozási mintáját, amelyet a négylábú szárazföldi állatok használnak. Ezeket a géneket egy 420 millió évvel ezelőtt élt egy ősektől adták át, jóval azelőtt, hogy az első gerincesek tengerből partra rohantak.
Más szavakkal: egyes állatoknak már a szárazföldön való lakásuk előtt meg is voltak a járáshoz szükséges neurális utak.
A mai napon a Cell folyóiratban megjelent új kutatás alapvető kérdéssel kezdődött: hogyan alakult vagy változott meg a különböző motoros viselkedés különböző fajokban az idő múlásával? Jeremy Dasen, a NYU Idegtudományi Intézet egyetemi docens, korábban a kígyók mozgatásával foglalkozott. Azt inspirálta, hogy korcsolyázni kezd, miután elolvasta Neil Shubin könyvet, az Ön belső halad : Utazás az emberi test 3, 5 milliárd éves története felé, de nem igazán tudta, hová kezdje.
"Fogalmam sem volt, hogy egy korcsolyát néz ki" - mondja Dasen. - Korábban egy étteremben megettem. Tehát azt tettem, amit mindenki csinál, és felkerestem a Google-t, hogy korcsolyával kapcsolatos videókat keressen. ”Az egyik első dolog, amit talált, a Youtube-ban lévő videó volt, amelyben a sétáló viselkedésben részt vevő clearnose korcsolya szerepelt. „Olyan voltam, wow, ez nagyon jó! Hogyan csinálja? - mondja.
A Woods Hole Tengerbiológiai Laboratórium által összegyűjtött korcsolyával Dasen és mások igyekeztek megtudni. Először: az alapok: A kis korcsolyák aluljárók, akik az Atlanti-óceán keleti partja mentén élnek. Valójában nincsenek lábaik, és a séta nem olyan, mintha egy ember sétálna. Használják a „kis” elnevezésű medence elülső uszonyát, amely a sokkal nagyobb, gyémánt alakú, vitorlaszerű uszony alatt helyezkedik el, amely hullámzik az úszás során.
Amikor táplálkoznak, vagy lassabban kell mozogniuk, a hámokat balra-jobbra váltakozó mozgásba helyezik az óceán fenekén. Alulról nézve szinte úgy néz ki, mint egy kis láb, amely előremozdítja a korcsolyát.
De Dasen és csapata nemcsak a biomechanika iránt érdeklődött; meg akarták azonosítani azokat a géneket, amelyek a korcsolyázás motoros idegi útvonalait irányítják.
A gerinces elrendezésének vizsgálatakor a genetikusok gyakran Hox génekkel kezdik, amelyek döntő szerepet játszanak a szervezet testtervének meghatározásában. Ha a géneket kopogtatják vagy tévesen rendezik el, az katasztrófát okozhat az állat számára (mint például a kísérletben, amelyben a légy a fején antennák helyett lábakat növelt, miután a tudósok szándékosan kiütöttek bizonyos Hox géneket).
Dasen és kollégái szintén megvizsgáltak egy Foxp1 nevű genetikai transzkripciós faktort, amely a gerincvelőben található a tetrapodákban. Az egyszerűsített magyarázat az, hogy a motoros neuronok kiváltásával működik, amelyek lehetővé teszik a járást.
"Ha kiütötte a [Foxp1] -et olyan modell organizmusokba, mint az egerek, akkor elveszítették az összes képességüket, hogy koordinálják végtagjaikat" - mondja Dasen. „Súlyos motoros diszkoordinációjuk akadályozza meg őket a normál járásban.” Nem az, hogy a Foxp1 nélküli egereknek nincsenek a járáshoz szükséges végtagok vagy izmok - nekik nincs megfelelő áramköre az ehhez szükséges vezetékhez.
A kis korcsolyában szereplő géneknek ez a kombinációja, amely lehetővé teszi számukra, hogy vacsoráik útján lépjenek át a tengerfenék felett, egészen a 420 millió évvel ezelőtti ősekéhez vezettek - ez a kutatók meglepetése, mivel a séta képességét gondoltak hogy a tengerből a szárazföldre történő áttérés megkezdése után, nem pedig korábban. Az a tény, hogy az ilyen genetikai tulajdonságok olyan sokáig ragaszkodtak és különféle módon fejlődtek ki a különféle fajokon keresztül, csak Dasen izgalmát adta.
„Rengeteg irodalom található a végtagok fejlődéséről, de nem igazán veszi figyelembe a dolgok idegrendszeri oldalát, mert sokkal nehezebb tanulmányozni” - mondja Dasen. - Nincs ideális idegsejtek és fosszilis adatok. Sokkal jobb módszerek vannak az evolúció tanulmányozására a csontos struktúrák vizsgálatával. ”
Sok kutató kutatta a fosszilis nyilvántartást a legkorábbi földlakókról. Van Elginerpeton pancheni, egy korai tetrapód, aki az óceánon kívül körülbelül 375 millió évvel ezelőtt élt. És akkor ott van Acanthostega, egy másik ősi gerinces, amelyet a tudósok nemrégiben elemeztek, hogy megismerjék annak végtagjainak növekedési mintáit és nemi érettségét.
Eközben más biológusok nyomokat választottak a mai legfurcsabb halak nézegetésével, amelyek közül sokan ősi származásúak. Néhányan a koelakanteket és a szarkoftergiákat vagy a tüdőhalakat nézték meg (az utóbbi medenceszárral mozog, például séta közben). Mások megvizsgálták a bishr mozgását. Az afrikai halfajok tüdővel és kopoltyúkkal vannak felszerelve, így a vízből életben maradhatnak, és olyan mozgással járnak, mint a séta, amikor szárazföldön kényszerülnek élni, amint azt az Ottawai Egyetem biológusa, Emily Standen és a 2014. évi kísérlet is mutatja. mások.
Standen szerint nagyszerűen csodálja a kis korcsolyával kapcsolatos új kutatást. "Arra számítottam volna, hogy [a különböző állatok mozgása mögött álló rendszerekben] valóban nagyon sok hasonlóság mutatkozik, de az a tény, hogy közel van, és nagyon kedves meglepetés, " mondja. "Ez azt mondja, amiben meglehetősen erősen hiszek, hogy az idegrendszer, annak fejlődése és működése rendkívül rugalmas."
Ez a rugalmasság egyértelműen kulcsfontosságú volt az evolúciós történelem során. Ennek a 420 millió éves ősenek köszönhetően mostantól mindent megtalálunk, kezdve az úszó halaktól a csúszó kígyókig, az egereken, akik járnak, a korcsolyákon, amelyek mozgások kombinációját használják - a Foxp1 génnel, attól függően, hogy az az állat egyedi testterve és mozgása.
És most, hogy egy kicsit többet tudunk arról, hogy mi szabályozza a korcsolyán ezt a mozgást, valószínű, hogy az ismeretek jövőbeni felhasználást kaphatnak az emberek bipedalismusának megértésében.
"Az az alapvető elv, amellyel a motoros idegsejtek kapcsolódnak a különböző áramkörökhöz, valójában [komplex szervezetekben] nem került kidolgozásra, tehát a korcsolya lehetővé teszi ezt egy egyszerűsített rendszerben." - mondja Dasen. De nem akarja túljutni önmagában, hogy megjósolja, mit jelent ez a jövő számára. Dasen csak azt reméli, hogy a kutatás meglátogatásakor az emberek egyszerűen azt gondolják: „Húzza el, ez nagyon ügyes. Tudnak járni! ”
