Kaj ima miška skupnega z hrustančno ribo, ki je znana kot mali skejt?
Na prvi pogled morda ne mislite veliko. Nekdo je puhast, z velikimi ušesi in viski; drugi diha s škrgami in valovi svojo pot okoli oceana. Ena je laboratorijska živalska ali gospodinjska škodljivka; drugo je najverjetneje videti v naravi ali na dnu plitkega bazena v akvariju. Vendar se izkaže, da imata ta dva vretenčarja nekaj skupnega: sposobnost hoje. In razlog, zakaj bi lahko spremenil način razmišljanja o gibanju hoje pri kopenskih živalih - vključno s človekom.
Nova genetska študija znanstvenikov z univerze v New Yorku razkriva nekaj presenetljivega: Tako kot miši imajo tudi majhne drsalke genetski načrt, ki omogoča desno-levi izmenični vzorec gibanja, ki ga uporabljajo štirinožne kopenske živali. Ti geni so bili preneseni od običajnega prednika, ki je živel pred 420 milijoni let, dolgo preden so prvi vretenčarji kdaj plazili od morja do obale.
Z drugimi besedami, nekatere živali so morda imele nevronske poti, potrebne za hojo, še preden so živele na kopnem.
Objavljena danes v reviji Cell, se je nova raziskava začela z osnovnim vprašanjem: kako so se različna motorična vedenja v različnih vrstah razvijala ali spreminjala skozi čas? Avtor Jeremy Dasen, izredni profesor na Inštitutu za nevroznanost NYU, se je že prej ukvarjal z gibanjem kač. Navdihnil se je za pogled na drsalce, ko je prebral knjigo Neila Shubina, Your Notner Fish: A Journey into 3, 5-milijard-year-old history of Human Body, vendar v resnici ni vedel, kje začeti.
"Pojma nisem imel, kako je videti drsalka, " pravi Dasen. "Prej bi jo jedel v restavraciji. Torej sem naredil vse, kar sem storil, šel sem v Google, da bi poiskal video posnetke drsalk. "Ena prvih stvari, ki jo je našel, je bil Youtube video posnetka skejta, ki se ukvarja s hojo. “Bil sem kot, vau, res je kul! Kako to počne? "
S pomočjo drsalk, ki jih je zbral Marine Biological Laboratory v Woods Hole, Dasen in drugi so se trudili, da bi to ugotovili. Prvič, osnove: Mali drsalci so prebivalci dna, ki živijo po vzhodni obali v Atlantskem oceanu. Noge pravzaprav nimajo, njihova hoja pa ni videti, da bi šli na sprehod. Uporabljajo jih prednje medenične plavuti, imenovane "drobljenje", ki se nahajajo pod veliko večjo diamantno plavutjo, ki se vije, ko plavajo.
Ko se hranijo ali se potrebujejo počasneje, se drobci lotijo izmenično levo-desno po oceanskem dnu. Od spodaj je skoraj videti kot majhna stopala, ki poganjajo drsalko naprej.
Toda Dasena in njegove ekipe ni zanimala samo biomehanika; želeli so identificirati gene, ki so nadzirali motorične nevronske poti za hojo na drsalkah.
Ko gledajo postavitev vretenčarjev, genetiki pogosto začnejo z Hox geni, ki igrajo ključno vlogo pri določanju telesnega načrta organizma. Če so geni izločeni ali naročeni, lahko to za žival ukaže katastrofo (kot v poskusu, v katerem muha namesto anten na glavi zraste noge, potem ko so znanstveniki namerno izničili nekatere Hoxove gene).
Dasen in njegovi sodelavci so si ogledali tudi faktor genetske transkripcije Foxp1, ki se nahaja v hrbtenjači v tetrapodih. Poenostavljena razlaga je, da deluje tako, da sproži motorične nevrone, ki omogočajo gibanje pri hoji.
"Če izvlečete [Foxp1] pri modelnih organizmih, kot so miši, so izgubili vse sposobnosti koordinacije mišic okončin, " pravi Dasen. "Imajo hudo motorično motnjo, ki jim onemogoča normalno hojo." Ne gre pri tem, da miši brez Foxp1 nimajo okončin ali mišic, potrebnih za hojo - preprosto nimajo pravilno povezanega vezja.
Ta kombinacija genov v majhnih drsalkah, ki jim omogoča, da stopijo čez morsko dno v iskanju večerje, sega vse do skupnega prednika, ki je živel pred 420 milijoni let - presenečenje za raziskovalce, saj je bila sposobnost hoje misel prišli po začetku prehoda z morja na kopno, ne prej. Dejstvo, da so se take genetske lastnosti zadrževale tako dolgo in se razvijale na tako edinstvene načine pri različnih vrstah, je samo še povečalo Dasenovo navdušenje.
"Obstaja veliko literature o evoluciji okončin, vendar v resnici ne upošteva nevronske strani stvari, ker je veliko težje študirati, " pravi Dasen. "Ni fosilnih zapisov za nevrone in živce. Obstajajo veliko boljši načini preučevanja evolucije, če pogledamo koščene strukture. "
Številni raziskovalci so si ogledali fosilne zapise za podrobnosti o najzgodnejših prebivalcih zemljišč. Obstaja Elginerpeton pancheni, zgodnji tetrapod, ki je živel zunaj oceana nekje pred približno 375 milijoni let. In tu je še Acanthostega, še en starodavni vretenčar, ki so ga znanstveniki pred kratkim analizirali, da bi spoznali njegove vzorce rasti okončin in spolno zrelost.
Medtem so drugi biologi namigali namige, tako da so si ogledali nekatere najbolj čudne ribe, ki so danes žive, od katerih ima veliko starodavnih rodov. Nekateri so si ogledali kolacant in sarkoterterigij ali pljuča (slednji uporabljajo svoje medenične plavuti, da se gibljejo v gibanju, kot pri hoji). Drugi so preiskovali bishr gibanje. Afriška vrsta rib je opremljena s pljuči in škrgami, tako da lahko preživi zunaj vode - in ima gibanje, podobno hoji, ko je prisiljena živeti na kopnem, kot je bilo prikazano v eksperimentu 2014, ki ga je opravila biologinja iz Ottawe University Emily Standen in drugi.
Standen pravi, da zelo obožuje nove raziskave o majhnih drsalkah. "Pričakovala bi, da bo prišlo do kar nekaj podobnosti [v sistemih, ki stojijo za gibanjem različnih živali], a dejstvo, da je tako blizu, kot je, je bilo čudovito presenečenje, " pravi. "Govori o tem, v kar verjamem precej močno, da je živčni sistem in kako se razvija in deluje zelo prožno."
Ta prožnost je bila očitno ključna v evolucijski zgodovini. Zahvaljujoč 420-milijonskemu predniku imamo zdaj vse, od rib, ki plavajo, do kač, ki drsijo, do mišk, ki hodijo, do drsalk, ki uporabljajo kombinacijo gibov - pri čemer je gen Foxp1 izražen ali potisnjen, odvisno od živalski unikatni načrt telesa in gibanje.
In zdaj, ko vemo malo več, kaj nadzoruje to gibanje v drsalcih, je mogoče, da bi znanje lahko v prihodnosti koristilo pri razumevanju dvopedalizma pri ljudeh.
"Osnovno načelo, s katerim se motorični nevroni povežejo v različne tokokroge, v resnici ni razvito (pri kompleksnih organizmih), zato je drsalka način, kako to pogledati v bolj poenostavljenem sistemu, " pravi Dasen. Vendar noče preveč napredovati pred seboj pri napovedovanju, kaj bi to lahko pomenilo za prihodnost. Dasen samo upa, da bodo ljudje ob ogledu raziskave preprosto pomislili: „Gee whiz, to je res lepo. Lahko hodijo! "
