Бледа, свита и сляпа, сомалийските пещерни риби живеят спокоен живот в най-светлите гладни води в света. Със своята зловеща бледност и никакви очи да не говорим, тези пастообразни риби изглежда нямат много общо с бозайниците, но за скромните пещерни риби има много повече, отколкото среща окото.
Учените съобщиха вчера в списанието Current Biology, че пещерните риби могат да хвърлят някаква толкова необходима светлина върху мистериозната глава на еволюцията на бозайниците: загубата на слънчево захранване на ДНК. Повечето организми имат механизми за поправяне на собствените си ДНК молекули, активирани от слънчевата светлина, но бозайниците загубиха черта някъде по пътя - както и сомалийските пещерни риби.
Както инструкцията за употреба за живота, ДНК е ценна стока. Продължителното увреждане на този жизненоважен код допринася както за стареенето, така и за повишената податливост на рак. За съжаление процесът на копиране и четене на ДНК може да бъде пронизан с грешки, а околната среда около нас е изпълнена с опасности, вариращи от вредни химикали до лъчи на ултравиолетова светлина, способни да променят генетичните последователности.
Но благодарение на набор от клетъчни машини, способни да поправят компрометирана ДНК, повечето от тези генетични злоупотреби се отстраняват без последствия. Сред тези основни възможности за ремонт е фотореактивационната система, която използва соларен ензим, наречен фотоляза, за да коригира грешки в ДНК, причинени от излагане на UV лъчение. Този умен защитен механизъм означава, че същата опасност, която уврежда ДНК - слънчевата светлина - също задейства система за поправяне на генетичния код.
Бозайниците и пещерните риби са доста различни, но и двете са се приспособили към живота в тъмното. Много нощни бозайници, като тази котка, имат слой тъкан в окото, което подобрява нощното им зрение и прави очите им да изглеждат "лъскави". (Томас Ойлер / flickr) Докато фотореактивацията е широко разпространена в дървото на живота, тя напълно липсва при бозайниците. И дълго време смятахме, че сме сами. Но учените започнали да откриват шепа видове гъби и нематоди (и някои подбрани популации от свързани с пещерата ракообразни), които също са загубили способностите си за възстановяване на ДНК със слънчева енергия. Най-новото попълнение в групата на тъмните обитатели, сомалийските пещерни риби, може би са първите гръбначни животни без бозайници, преминали подобна стъпка в еволюционната история.
„[Фотореактивацията] е система, която е толкова запазена, от бактерии до всички растения и много животни, “ казва Николас Фолкс, биолог от Карлсруеския технологичен институт в Германия. „Когато видите загуба на функцията, това е дълбоко.“
И така, как една пещерна рибка може да прилича на бозайник? Оказва се, че отговорът ни държи буквално в тъмнината. Нашите предци от бозайници са се радвали на силно нощен начин на живот, казва еволюционният биолог Рой Маор от University College London. Преди стотици милиони години нашите топлокръвни животни-предшественици може да са се скрили през деня, за да не бъдат изядени от любители на слънцето динозаври.
Тази нощна природа може да е активирала принципа „използвайте го или го изгубете“ в нашата еволюция. Слънчевите черти (като фотореактивация със слънчева енергия) биха могли да бъдат отхвърлени поради злоупотреба с около 100 милиона години, казва Маор. След това тези генетични загуби продължават да съществуват в модерно време, дори след като бозайниците започнаха да се впускат обратно на дневна светлина.
Изследователската група на Foulkes, включително водещ автор на новото проучване Haiyu Zhao, се зае да проучи възстановяването на ДНК при други нощни животни, за да научи повече за загубата на механизмите за фотореактивация. Сомалийската пещерна риба ( Phreatichthys andruzzii ) със своето отвращение към слънчевата светлина беше перфектно създание за изследване.
Първо, обаче, изследователите се нуждаят от точка за сравнение. За целта те избраха друга сладководна риба като фолио: зебрафа, добре проучен щапел в много биологични лаборатории. Подобно на повечето други животни, геномите на зебрадиите кодират системата за фотореактивация, активирана от слънчевата светлина, което им позволява да преживеят излагането на високи дози UV лъчение в добре осветена среда. Но зебрафините, заловени с UV лъчи, хванати в пълен мрак, са по-чувствителни към последствията от увреждането на ДНК.
От друга страна, когато изследователите провеждаха същите експерименти върху сомалийските пещерни риби, рибите бяха свръхчувствителни към UV лъчи. В природата видът живее в пълна изолация от слънчевата светлина и излагането на рибата на условия, имитиращи слънчева светлина, не им помага да оцелеят от UV лъчението.
Тези слепи сомалийски пещерни рибки всъщност са много лесни за очите ... дори и да нямат себе си. (Лука Скаполи / Университет на Ферара) Поглъщайки се в геномите на рибите, изследователите установяват, че зебрадите произвеждат три възстановителни фотолиза, които се захранват при наличие на слънчева светлина, докато сомалийските пещерни риби кодират само нарушена система. След по-нататъшно изследване изследователите успяха да определят разликите в това как зебрафини и пещерни риби контролират експресията на фотолизаза.
При наличие на светлина, молекулярният „ключ“ в клетките на зебрафините се насочва към генетично „заключване“, което се освобождава, за да активира механизмите за възстановяване на ДНК. Странно изглежда, че пещерните рибки имат непокътнати ключалки, готови да разгърнат израза на фотоляза - но ключовете изглежда са загубени от времето. В момента екипът на Foulkes търси повредени или липсващи ключове в генома на пещерните рибки.
„Сякаш еволюцията е уловена в акта“, казва Фолкс. „Можете да видите процеса, чрез който системата за ремонт се губи.“
Над 200 вида пещерни риби населяват Земята, но този сомалийски екземпляр е първият докладван, че е загубил системата за фотореактивация. Дори и сред пещерните риби обаче, П. andruzzii е екстремист, прекарал последните 3 милиона или повече години извън слънцето. Във вечната тъмнина на подводните пещери е в най-добрия интерес на този плувец да пести енергия за дългия път напред - според Фолкс тези риби могат да живеят над петдесет години - което означава да се отървете от ненужния генетичен багаж.
Докато бозайниците не споделят начина на живот на пещерните риби, тези генетични загуби могат да разкрият мътните еволюционни траектории, които споделят различните видове. Вместо да развият полезна черта под натиск върху околната среда, съществата изглежда са изоставили система, която вече не е полезна, казва Силвия Фусели, експерт по пещерни риби от Университета на Ферара в Италия.
„Може би тези риби възпроизвеждат нещо, което се е случило при нашите предци преди милиони години“, казва Фолкс.
Като се има предвид, че някои трептящи от слънцето видове вероятно все още успешно избягват откриването на човека в пещерите на Земята и в дълбоководните окопи, ние вероятно не сме намерили последното от същества, които са хвърлили фотореактивация. „Показва се в тези риби, в гъбички, в [ракообразни] ... това ще бъде нещо, което хората намират последователно“, казва Дейвид Карлини, биолог в Американския университет, който изучава сладководни ракообразни ракообразни.
И доколкото знаем, П. andruzzii все още е доста уникален сред повечето си отвратителни братя. Докато повече видове, които предпочитат тъмното, не могат да бъдат изучавани, сомалийските пещерни риби могат да бъдат водещата светлина за разрешаване на мистерията за това как нас бозайниците са загубили способността си да лекуваме на слънце.
