Najnowsze informacje - nurkowanie, podróże, fotografia podwodna i sporty wodne

Gdzie rozgwiazdy mają głowę?

7 531
 

Przez dziesięciolecia, to wydawałoby się zabawne pytanie, zostało podniesione do rangi nieprzemijającego, ponadczasowego problemu dotyczącego zoologii i biologii rozwojowej, i sprawiło, że zarówno doświadczeni badacze, jak i studenci na wstępnych zajęciach z biologii rozważają to zagadnienie.

 
Jednak nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Stanforda, w którym wykorzystano narzędzia genetyczne i molekularne do mapowania regionów ciała rozgwiazdy poprzez stworzenie trójwymiarowego atlasu ekspresji genów, pomogło w dołożeniu kolejnych puzzli do tej układanki, której celem jest rozwiązanie nieprzemijającej tajemnicy.
 
Rozgwiazdy rozpoczynają swoje życie jako zapłodnione jaja, z których wykluwają się swobodnie pływające larwy, przez tygodnie lub miesiące funkcjonują w oceanie jako plankton, a następnie osiadają na dnie, aby wykonać rodzaj magicznej sztuczki — przekształcając się z dwustronnego (symetrycznego w poprzek linii środkowej) ciała w dorosłą postać z pięcioramiennym ciałem w kształcie gwiazdy.
 
„To od wieków była zagadka zoologiczna” – powiedział Lowe, który jest również badaczem w Hopkins Marine Station i głównym autorem artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature. „Jak przejść od dwustronnego planu ciała do pięcioramiennego planu ciała i jak porównać jakąkolwiek część rozgwiazdy z naszym własnym planem ciała?”.
 
W przypadku takich łamigłówek naukowcy często przeprowadzają badania porównawcze w celu zidentyfikowania podobnych struktur w pokrewnych grupach zwierząt i uzyskania wskazówek na temat wydarzeń ewolucyjnych, które spowodowały powstanie interesującej cechy.
 
rozgwiazdy
„Odpowiedź jest znacznie bardziej skomplikowana, niż się spodziewaliśmy” – powiedział Laurent Formery, główny autor i postdoc w laboratoriach Christophera Lowe’a w Stanford School of Humanities and Sciences i Daniela S. Rokhsary na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. „To po prostu dziwne i najprawdopodobniej ewolucja grupy była jeszcze bardziej skomplikowana”.
 
Rozgwiazdy, znane również jako gwiazdy morskie, należą do grupy zwierząt zwanych szkarłupniami. Szkarłupnie i ludzie są blisko spokrewnieni, ale cykl życia i anatomia rozgwiazd bardzo różnią się od naszych. Problem z rozgwiazdą polega na tym, że nie ma nic anatomicznego, co można by powiązać z kręgowcem, przynajmniej nic na zewnątrz rozgwiazdy.
 
I tu właśnie wkraczają techniki genetyczne i molekularne. Podczas badań podoktorskich Formery badał wczesny rozwój jeżowców — szkarłupni, takich jak rozgwiazdy, które również rozpoczynają życie jako larwy, zanim przekształcą się w pięciokrotnie symetryczne dorosłe osobniki. Kiedy Formery dołączył do laboratorium Lowe’a, jego wiedza na temat rozwoju szkarłupni, w połączeniu z doświadczeniem Lowe’a w technikach biologii molekularnej, pomogła rozwiązać zagadkę zaskakującego planu ciała rozgwiazdy.
 
rozgwiazdy
 
Zespół wykorzystał grupę dobrze zbadanych markerów molekularnych (takich jak geny Hox), które działają jak plany budowy ciała organizmu, „informując” każdą komórkę, do którego regionu ciała należy.
 
„Jeśli zdejmiesz skórę ze zwierzęcia i spojrzysz na genom odpowiedzialny za odróżnienie głowy od ogona, zauważysz, że te same geny kodują te regiony ciała we wszystkich grupach zwierząt” – powiedział Lowe. „Zignorowaliśmy więc anatomię i zapytaliśmy: Czy istnieje podstawowa oś molekularna i jaka jest jej rola w tworzeniu pięcioramiennego planu ciała rozgwiazdy?”.
 
Aby zbadać tę kwestię, naukowcy wykorzystali tomografię RNA — technikę, która pokazuje, gdzie geny są wyrażane w tkance — oraz hybrydyzację in situ — technikę, która koncentruje się na określonej sekwencji RNA w komórce.
 
„Najpierw pocięliśmy ramiona rozgwiazdy na cienkie odcinki od czubka do środka, od góry do dołu i od lewej do prawej” – powiedział Formery, zauważając, że rozgwiazdy regenerują brakujące kończyny. „Użyliśmy tomografii RNA, aby określić, które geny uległy ekspresji w każdym plasterku, a następnie „ponownie złożyliśmy” plasterki za pomocą modeli komputerowych. W ten sposób uzyskaliśmy trójwymiarową mapę ekspresji genów”. „W drugiej metodzie, reakcji hybrydyzacji in situ, zabarwiliśmy tkankę rozgwiazdy i wizualnie zbadaliśmy próbki, aby zobaczyć, gdzie gen został wyrażony” – powiedział Formery.
 
Pozwoliło to naukowcom zbadać oś przednio-tylną (od głowy do ogona) w najbardziej zewnętrznej warstwie komórek zwanej ektodermą. Było to możliwe dzięki znacznemu w ostatnim czasie udoskonaleniu technik hybrydyzacji in situ.
 
Gdzie znajduje się „głowa” rozgwiazdy?

Badania wykazały, że rozgwiazdy mają obszar podobny do głowy w środku każdego ramienia i obszar podobny do ogona na obwodzie. Co zaskakujące, żadna część ektodermy rozgwiazdy nie wykazuje genetycznego wzoru „tułowia”, co sugeruje, że rozgwiazdy są w większości podobne do głów.

„Nawet w najnowszych publikacjach molekularnych, przy szkarłupniach nadal jest znak zapytania na drzewie ewolucyjnym, ponieważ wiemy o nich tak niewiele” – powiedział Formery. „Miło było pokazać, że — przynajmniej na poziomie molekularnym — mamy nowy element układanki, który można teraz umieścić na drzewie”.