Reģistrējieties CNN brīnumu teorijas zinātnes biļetenam. Izpētiet Visumu ar ziņām par aizraujošiem atklājumiem, zinātnes sasniegumiem un daudz ko citu.
CNN
—
Lielākajai daļai dzīvnieku galvas ir viegli atpazīstamas, taču zinātnieki līdz šim to nav spējuši pateikt par jūras zvaigznēm.
Jūras zvaigznei ir piecas identiskas rokas ar “cauruļpēdu” slāni zem tā, kas var palīdzēt jūras radījumam pārvietoties pa jūras dibenu, liekot dabas pētniekiem aizdomāties, vai jūras zvaigznēm ir specifiski priekšējie un aizmugurējie gali un vai tām vispār ir galvas.
Taču jaunie ģenētiskie pētījumi liecina par pretējo, ka jūras zvaigznes lielākoties ir galvas, kurām nav stumbra vai astes, un, iespējams, tās laika gaitā evolucionāli zaudēja šīs pazīmes.
Pētnieki teica, ka jūras zvaigžņu priekšteču dīvainajām fosilijām, kurām, šķiet, ir stumbrs, ir lielāka evolucionāra nozīme, ņemot vērā jaunos atklājumus.
Rezultāti tika publicēti trešdien žurnālā daba.
“Tas ir tā, it kā jūras zvaigznei pilnībā trūkst rumpja, un to vislabāk var raksturot kā tikai galvu, kas rāpo pa jūras dibenu,” sacīja pētījuma vadošais autors un pēcdoktorantūras pētnieks Stenfordas Universitātē un Kalifornijas universitātē Bērklijā Lorāns Formerijs. paziņojumu. . “Tas nepavisam nav tas, ko zinātnieki pieņēma par šiem dzīvniekiem.”
Atklājums, kas ir iespējams, pateicoties jaunām ģenētiskās sekvencēšanas metodēm, varētu palīdzēt atbildēt uz dažiem lielākajiem atlikušajiem jautājumiem par adatādaiņiem. Ieskaitot viņu kopīgos senčus ar cilvēkiem un citiem dzīvniekiem, kas viņiem nelīdzinās.
Unikāls ķermeņa plāns
Jūras zvaigzne pieder pie adatādaiņu grupas, kurā ietilpst jūras eži, smilšu dolāri un jūras gurķi. Neparastajiem dzīvniekiem ir unikāli ķermeņa plāni, kas sakārtoti piecās vienādās daļās, kas būtiski atšķiras no divpusējo dzīvnieku simetriskiem ķermeņiem no galvas līdz astei, kurā kreisā un labā puse atspoguļo viena otru.
Jūras zvaigznes sākas kā apaugļotas olas, no kurām izšķiļas kāpuri, kas peld okeānā, piemēram, planktons, nedēļas vai mēnešus, pirms apmetas uz okeāna dibena. Tur viņi iziet procesu, kurā binārais ķermenis tiek pārveidots par zvaigznes formas vai piecstūra ķermeni.
“Tas ir bijis zooloģijas noslēpums gadsimtiem ilgi,” paziņojumā sacīja viens no pētījuma vadošajiem autoriem un Stenfordas universitātes jūras un attīstības biologs Kristofers Lovs. “Kā pāriet no divkārša ķermeņa plāna uz pieckāršu ķermeņa plānu un kā salīdzināt jebkuru jūras zvaigznes daļu ar mūsu pašu ķermeņa plānu?”
Divpusējais ķermeņa plāns lielākajai daļai dzīvnieku izriet no ģenētiskām darbībām molekulārā līmenī, ko var izsekot līdz galvai un stumbram vai galvenajām ķermeņa daļām, tāpēc mugurkaulniekiem, piemēram, cilvēkiem, un daudziem bezmugurkaulniekiem, tostarp kukaiņiem, ir līdzīga ģenētiskā programmēšana. Šis atklājums ieguva balvu Nobela prēmija Fizioloģijā vai medicīnā 1995. gadā.
Taču adatādaiņiem ir arī kopīgs sencis ar divpusējiem dzīvniekiem, kas papildina noslēpumu, ko pētnieki cenšas atrisināt.
Pētījuma līdzautors Dr Džefs Tompsons, Kalifornijas Universitātes pasniedzējs, sacīja: “Tas, kā dažādas adatādaiņu ķermeņa daļas ir saistītas ar tām, kuras mēs redzam citās dzīvnieku grupās, zinātniekiem ir bijis noslēpums visā viņu pētījuma laikā.” “Viņu divpusējo radinieku ķermenis ir sadalīts galvā, rumpī un asti,” teikts Sauthemptona paziņojumā. “Taču, skatoties tikai uz jūras zvaigzni, nav iespējams redzēt, kā šīs daļas ir saistītas ar dzīvnieku divpusējiem ķermeņiem.”
Šī jaunā pētījuma pētnieki izmantoja mikrodatortomogrāfiju, lai iegūtu nebijušu 3D skatu uz jūras zvaigžņu formu un struktūru.
Pēc tam komandas locekļi izmantoja progresīvas analītiskās metodes, lai noteiktu, kur gēni tiek ekspresēti audos, un identificētu specifiskas RNS sekvences šūnās. Gēnu ekspresija notiek, kad informācija gēnā kļūst aktīva.
Specifiski molekulārie marķieri darbojas kā ķermeņa rasējumi, novirzot katru šūnu uz ķermeņa reģionu, kuram tā pieder.
“Ja noņemat dzīvnieka ādu un aplūkojat gēnus, kas iesaistīti galvas no astes noteikšanā, tie paši gēni kodē šos ķermeņa reģionus visās dzīvnieku grupās,” sacīja Lovs. “Tāpēc mēs ignorējām anatomiju un jautājām: vai zem visas šīs dīvainās anatomijas ir paslēpta molekulārā ass un kāda ir tās loma jūras zvaigznes piecu staru ķermeņa veidošanā?”
Lorāns Forberijs
Šeit ir parādīta jūras zvaigznes nervu sistēma analīzes laikā.
Kopā iegūtie dati izveidoja 3D karti, lai noteiktu, kur gēni tiek izteikti jūras zvaigznēm attīstoties un augot. Komanda spēja identificēt gēnus, kas kontrolē jūras zvaigznes ektodermas attīstību, kas ietver tās ādu un nervu sistēmu.
Ģenētiskie paraksti, kas saistīti ar galvas attīstību, ir atklāti visās jūras zvaigznēs, īpaši koncentrēti zvaigznes centrā un katras ekstremitātes centrā. Taču gēnu ekspresija stumbra un astes daļām lielākoties nebija, atklājot, ka jūras zvaigznēm “ir visdramatiskākais galvas un stumbra reģionu atdalīšanas piemērs, par ko mēs šodien zinām,” sacīja Formeri, kurš ir arī Čana pētnieks. Zuckerberg BioHub, bezpeļņas pētniecības organizācija Sanfrancisko.
Pētījumu finansēja Chan Zuckerberg BioHub, ko 2021. gadā līdzdibināja Dr. Priscilla Chan un Mark Zuckerberg, kā arī NASA, Nacionālais zinātnes fonds un Leverhulme fonds.
Lorāns Forberijs
Pētnieki iekrāsoja jūras zvaigznes ģenētisko materiālu ar fluorescējošiem marķieriem, ļaujot zinātniekiem kartēt dzīvnieku gēnu uzvedību.
“Kad mēs salīdzinājām gēnu ekspresiju jūras zvaigznēs ar citām dzīvnieku grupām, piemēram, mugurkaulniekiem, šķita, ka trūkst svarīgas ķermeņa plāna daļas,” sacīja Tompsons. “Gēni, kas parasti ir iesaistīti dzīvnieka stumbra veidošanā, nav izteikti ektodermā. Šķiet, ka viss adatādaiņu ķermeņa plāns ir aptuveni līdzvērtīgs galvai citās dzīvnieku grupās.
Jūras zvaigznes un citi adatādaiņi, visticamāk, izstrādāja savus unikālos ķermeņa plānus, kad viņu senči zaudēja savu stumbra reģionu, kas ļāva viņiem pārvietoties un baroties atšķirīgi no citiem dzīvniekiem.
“Mūsu pētījumi liecina, ka adatādaiņu ķermeņa plāns ir attīstījies sarežģītākā veidā, nekā mēs iepriekš domājām, un joprojām ir daudz ko uzzināt par šīm interesantajām radībām,” sacīja Tompsons. “Kā kāds, kurš ir pētījis šos dzīvniekus pēdējos 10 gadus, šie atklājumi ir radikāli mainījuši manu uzskatu par šo dzīvnieku grupu.”
Pētījumi ar dzīvniekiem lielākoties ir vērsti uz tiem, kuriem ir līdzības ar cilvēkiem. Taču tādu grupu kā adatādaiņu izpēte varētu atrisināt dažus no vissarežģītākajiem noslēpumiem par dzīvības attīstību uz Zemes.
“Lielākajai daļai dzīvnieku nav pārsteidzošas nervu sistēmas, un tie medī savu laupījumu ārā. Tie ir pazemīgi dzīvnieki, kas dzīvo urvās okeānā. Cilvēkus parasti nepiesaista šie dzīvnieki, un tomēr tie, iespējams, atspoguļo to, cik daudz dzīvības ir ir sācies,” sacīja Lovs.
Izpratne par to, kā dzīvnieki, piemēram, jūras zvaigznes, attīstās, var arī sniegt ieskatu dažādos veidos, kā dažādas sugas saglabā savu veselību.
“Protams, ir grūti strādāt ar organismiem, kas netiek bieži pētīti,” pētījuma līdzautors Daniels Rohsars, ģenētikas, genomikas, evolūcijas un attīstības profesors Kalifornijas Universitātē Bērklijā un pētnieks Chan Zuckerberg BioHub. teikts paziņojumā.
“Bet, ja mēs izmantojam iespēju izpētīt neparastus dzīvniekus, kas darbojas neparastā veidā, tas nozīmē, ka mēs paplašinām savu skatījumu uz bioloģiju, kas galu galā palīdzēs mums atrisināt vides un biomedicīnas problēmas.”
