Какво общо има мишката с хрущялна риба, известна като малък скейт?
На пръв поглед може да мислите не много. Човек е пухкав, с големи уши и мустаци; другият диша с хриле и пулсира пътя си около океана. Единият е лабораторно животно или битов вредител; другото е най-вероятно да се види сред природата или дъното на плитък басейн в аквариум. Но се оказва, че тези два гръбначни животни имат нещо изключително важно: способността да ходят. И причината, поради която би могла да промени начина, по който мислим за еволюцията на ходенето при сухоземни животни - включително хора.
Ново генетично проучване от учени от Нюйоркския университет разкрива нещо изненадващо: Подобно на мишките, малките кънки притежават генетичния план, който дава възможност за дясно-ляво редуване на модела на движение, който използват четириногите сухопътни животни. Тези гени са предадени от обикновен предшественик, живял преди 420 милиона години, много преди първите гръбначни животни някога да са изпълзявали от морето до брега.
С други думи, някои животни може да са имали необходимите за ходене нервни пътища още преди да са живели на сушата.
Публикувано днес в списание Cell, новото изследване започна с основен въпрос: как различните моторни поведения се развиват или променят при различните видове във времето? Авторът Джеръми Дасен, доцент в Института по невронауки в NYU, преди това е работил върху движението на змиите. Той беше вдъхновен да погледне на кънки, след като прочете книгата на Нийл Шубин, „ Твоята вътрешна риба: Пътешествие в 3, 5-милиардната история на човешкото тяло, но всъщност не знаеше откъде да започне.
„Нямах представа как изглежда скейт“, казва Дасен. „Преди съм ял в ресторант. Така че направих това, което всеки прави, влязох в Google, за да намеря видеоклипове на кънки. ”Едно от първите неща, които намери, беше видеоклип в Youtube на скейт от прозрачно тяло, участващ в поведение при ходене. „Бях като, уау, наистина е страхотно! Как става това? “, Казва той.
Използвайки кънки, събрани от Морската биологична лаборатория в Woods Hole, Dasen и други се стремяха да разберат. Първо, основите: Малките кънки са обитатели на дъното, които живеят по цялото Източно крайбрежие в Атлантическия океан. Те всъщност нямат крака и ходенето им не прилича на човешкото ходене на разходка. Използват се предните тазови перки, наречени "крила", разположени под много по-голямата диамантена платна, подобна на платно, която се вълнира, когато плуват.
Когато се хранят или трябва да се движат по-бавно, те зацепват дроба си в редуващо движение наляво-надясно по океанското дъно. Отдолу изглежда почти като малки крачета, които задвижват кънките напред.
Но Дасен и неговият екип не се интересуваха само от биомеханиката; те искаха да идентифицират гените, които контролираха моторните невронни пътища за скейт ходене.
Когато разглеждат разположението на гръбначен мозък, генетиците често започват с Hox гени, които играят решаваща роля за определяне на телесния план на организма. Ако гените бъдат нокаутирани или неправилно поръчани, това може да заклина катастрофа за животното (както в експеримента, при който муха отрасна крака, вместо антени на главата си, след като учените умишлено избиха определени Hox гени).
Дасен и неговите колеги също разгледаха фактор за генетична транскрипция, наречен Foxp1, разположен в гръбначния мозък в тетраподи. Опростеното обяснение е, че работи като задейства моторни неврони, които позволяват движението при ходене.
„Ако избиете [Foxp1] в моделни организми като мишки, те са загубили цялата способност да координират мускулите на крайниците си“, казва Дасен. „Те имат тежък тип двигателна дискоординация, която не им позволява да ходят нормално.“ Не е, че мишките без Foxp1 нямат крайници или мускули, необходими за ходене - просто нямат правилно свързана схема за това.
Тази комбинация от гени в малки кънки, която им позволява да преминат пътя си през морското дъно в търсене на вечеря, върви чак до един общ предшественик, живял преди 420 милиона години - изненада за изследователите, тъй като способността за ходене се е смятала да дойде след като започна преходът от море към суша, а не преди това. Фактът, че такива генетични черти се задържат толкова дълго и се развиват по толкова уникални начини при различни видове, само добавя към вълнението на Дасен.
„Има много литература за еволюцията на крайниците, но всъщност не отчита невронната страна на нещата, защото е много по-трудно да се изучава“, казва Дасен. „Няма вкаменелости за невроните и нервите. Има много по-добри начини за изучаване на еволюцията, като разгледаме костеливите структури. "
Много изследователи потърсиха вкаменелостите за подробности за най-ранните обитатели на земята. Има Elginerpeton pancheni, ранен тетрапод, живял извън океана някъде преди около 375 милиона години. И ето Акантостега, друг древен гръбначен гръбнак, който учените наскоро анализираха, за да научат за моделите му на растеж на крайниците и половата зрялост.
Междувременно други биолози са събрали улики, разглеждайки някои от най-странните живи риби днес, много от които имат древни родове. Някои са погледнали на колаканти и саркоптериги, или белодробни риби (последните използват тазовите си перки, за да се движат в движение като ходене). Други са изследвали движението на бишрите. Африканският вид риба е снабден с бели дробове, както и хриле, така че може да оцелее извън водата - и има движение, подобно на ходене, когато е принуден да живее на сушата, както се вижда в експеримента през 2014 г., проведен от биолога на Университета в Отава Емили Щаден и др.
Standen казва, че много се възхищава на новите изследвания на малки кънки. „Бих очаквала, че ще има доста малко сходство [в системите зад движението на различни животни], но фактът, че е толкова близо, колкото е, беше чудесна изненада“, казва тя. "Това говори в това, в което вярвам доста силно, че нервната система и как се развива и функционира е много гъвкава."
Тази гъвкавост очевидно е била ключова в еволюционната история. Благодарение на този предшественик на 420 милиона години, сега имаме всичко - от риби, които плуват, до змии, които се плъзгат, до мишки, които ходят, до кънки, които използват комбинация от движения - с гена Foxp1, изразен или потиснат в зависимост от уникален план на тялото и локомоция.
И сега, когато знаем малко повече какво контролира това движение в кънките, е възможно знанията да имат бъдеща употреба при разбирането на двупедализма при хората.
„Основният принцип, чрез който моторните неврони се свързват към различни вериги, всъщност не е изработен [в сложни организми], така че скейтът е начин да се разгледа това в по-опростена система“, казва Дасен. Но той не иска да изпреварва твърде много себе си, за да предвиди какво би могло да означава това за бъдещето. Dasen просто се надява, че след като видят изследването, хората просто ще си помислят: „Боже, това наистина е чисто. Те могат да ходят! ”
