Kahvatu, kahanenud ja pime Somaalia koopakala elab vaikset elu maailma kõige heledamates vetes. Tundub, et neil pastakal, kellel pole silmi rääkida ja millel pole silmi rääkida, pole imetajatega palju ühist, kuid alandlikel koopakaladel on neid palju rohkem, kui silmaga kohtuda.
Teadlased teatasid eile ajakirjas Current Biology, et koopakalad võivad valgustada imetajate evolutsiooni salapärase peatüki jaoks vajalikku valgust: päikeseenergial töötava DNA remondi kaotust. Enamikul organismidel on oma päikesevalguse poolt aktiveeritud DNA-molekulide parandamise mehhanismid, kuid imetajad kaotasid tunnuse kuskil tee ääres - ja nii ka Somaalia koopakalades.
Kogu eluea juhisena on DNA väärtuslik kaup. Selle elutähtsa koodi püsiv kahjustamine aitab kaasa nii vananemisele kui ka suurenenud vastuvõtlikkusele vähktõve vastu. Kahjuks võib DNA kopeerimise ja lugemise protsessis tekkida vigu ja keskkond meie ümber on ohtlik, alates kahjulikest kemikaalidest kuni ultraviolettkiirteni, mis on võimeline muutma geneetilisi järjestusi.
Kuid tänu rakuautomaatide komplektile, mis on võimeline parandama kahjustatud DNA-d, parandatakse enamik neist geneetilistest äpardustest tagajärgedeta. Nende oluliste parandamisvõimaluste hulgas on fotoreaktiveerimissüsteem, mis kasutab päikeseenergiaga ensüümi, mida nimetatakse fotolüasiks, UV-kiirgusega kokkupuutest põhjustatud DNA vigade parandamiseks. See nutikas kaitsemehhanism tähendab, et sama oht, mis kahjustab DNA-d - päikesevalgus - käivitab ka geneetilise koodi parandamise süsteemi.
Imetajad ja koopakalad on üsna erinevad, kuid mõlemad on kohanenud pimedas elamiseks. Paljudel öistel imetajatel, nagu sellel kassil, on silma kiht kihti, mis parandab nende öist nägemist ja muudab nende silmad "läikivaks". (Thomas Euler / flickr) Kuigi fotoreaktiveerimine on kogu elupuus laialt levinud, puudub see imetajatel täielikult. Ja pikka aega arvasime, et oleme üksi. Kuid teadlased hakkasid avastama käputäis seen- ja nematoodiliike (ja mõned valivad koobastega seotud koorikloomade populatsioone), kes olid kaotanud ka päikeseenergia abil toimiva DNA paranemisvõime. Pimedas elavate rühmade uusim lisa - Somaalia koopakalad - võivad olla esimesed selgroogsed, kes ei ole imetajad, selgroogsed, kes on läbinud sarnase evolutsiooniajaloo sammu.
"[Fotoaktiveerimine] on süsteem, mis on nii konserveeritud, alates bakteritest kuni taimede ja paljude loomadeni, " ütleb Saksamaa Karlsruhe tehnoloogiainstituudi bioloog Nicholas Foulkes. "Kui näete funktsiooni kadu, on see sügav."
Kuidas võiks koopakala meenutada imetajat? Selgub, et vastus hoiab meid sõna otseses mõttes pimeduses. Meie imetajate esivanemad nautisid väga öist eluviisi, ütles evolutsioonibioloog Roi Maor University University Londonist. Sajad miljonid aastad tagasi võisid meie soojaverelised loomade eelkäijad peituda päevasel ajal, et päikesest armastavad dinosaurused neid ei sööks.
See öine olemus võis meie evolutsioonis aktiveerida põhimõtte „kasuta või kaota”. Päikesepaistelisemad tunnused (nagu päikeseenergial töötav fotoaktiveerimine) võisid umbes 100 miljonit aastat kestnud kasutamise tõttu loobuda, ütles Maor. Need geneetilised kaotused püsisid ka tänapäeval, isegi pärast seda, kui imetajad hakkasid taas päevavalgusse minema.
Foulkesi uurimisrühm, sealhulgas uue uuringu Haiyu Zhao juhiautor, otsustas uurida teiste öiste loomade DNA parandamist, et saada rohkem teavet fotoreaktiveerimise mehhanismide kaotamise kohta. Somaalia koopakala ( Phreatichthys andruzzii ), kes oli päikesevalguse vastu vastumeelne, oli ideaalne olend, keda uurida.
Esiteks vajasid teadlased siiski võrdluspunkti. Selleks valisid nad fooliumiks veel ühe mageveekala: sebrakala, mis on paljudes bioloogilistes laborites hästi uuritud klammerdaja. Nagu enamik teisi loomi, kodeerivad sebrakala genoomid päikesevalgust võimaldavat fotoreaktiveerimissüsteemi, võimaldades neil hästi valgustatud keskkonnas toime tulla UV-kiirguse suurte annustega. Kuid täielikus pimeduses lõksus olnud UV-kiirgusega sebrakala on DNA kahjustuste tagajärgede suhtes tundlikum.
Teisest küljest, kui teadlased viisid läbi samu katseid Somaalia koopakaladega, olid kalad ülitundlikud UV-kiirguse suhtes. Looduses elab liik täielikult päikesevalgusest eraldatuna ja kalade kokkupuude tingimustega, mis jäljendasid päikesevalgust, ei aidanud neil UV-kiirgust üle elada.
Need pimedad Somaalia koopakalad on tegelikult üsna kergelt silma peal, isegi kui neil endal pole. (Luca Scapoli / Ferrara ülikool) Kalade genoomidesse süvenedes leidsid teadlased, et sebrakalad toodavad kolme taastavat fotolüaasi, mis aktiveeruvad päikesevalguse käes, samas kui Somaalia koopakalad kodeerivad ainult katkist süsteemi. Täiendava uurimise käigus suutsid teadlased kindlaks teha erinevused sebrakalade ja koopakala fotolüsaasi ekspressiooni kontrollimisel.
Valguse korral suunatakse sebrakala rakkudes olev molekulaarne „võti” geneetilisele lukustusele, mis vabastatakse, et aktiveerida DNA paranemismehhanisme. Kummalisel kombel tundus, et koopakala oli puutumata lukkudega, mis on valmis fotolüasi ekspressiooni vallandama, kuid võtmed näivad olevat aja jooksul kadunud. Foulkesi meeskond otsib praegu koopakala genoomis kahjustatud või puuduvaid võtmeid.
"See on nagu evolutsioon on teo haaratud, " ütleb Foulkes. "Näete protsessi, mille käigus remondisüsteem kaob."
Maad asustab üle 200 koopakala liigi, kuid see Somaalia isend on esimene, kes fotoreaktiveerimissüsteemi kaotas. Isegi koopakalade seas on P. andruzzii aga äärmuslane, kes on umbes kolm miljonit aastat päikese eest veetnud. Veealuste koobaste igaveses pimeduses on selle ujuja huvides energia säästmine pika tee jaoks - Foulkesi sõnul võivad need kalad elada viiskümmend aastat ülespoole, mis tähendab vabanemist tarbetu geneetilisest pagasist.
Ehkki imetajad ei jaga koopakala eluviisi, võivad need geneetilised kaotused paljastada hägused evolutsioonitrajektoorid, mida erinevad liigid jagavad. Keskkonnasurve all kasuliku tunnuse arendamise asemel näivad olendid loobunud süsteemist, mis polnud enam kasulik, väitis Itaalia Ferrara ülikooli koopakala ekspert Silvia Fuselli.
"Võib-olla reprodutseerivad need kalad midagi, mis juhtus meie esivanematel miljonite aastate eest, " arutleb Foulkes.
Arvestades, et mõned päikese käes varjavad liigid on ilmselt endiselt edukad inimlike avastuste avastamisel Maa õõnsastes koobastes ja süvamerekaevikutes, ei ole me tõenäoliselt fotoreaktiveerunud olenditest viimast leidnud. "See ilmub nendes kalades, seentes, [koorikloomades] ... see on midagi, mida inimesed pidevalt leiavad, " ütleb Ameerika ülikooli bioloog David Carlini, kes uurib koobastes elavaid magevee koorikloomi.
Ja nii palju kui me teame, on P. andruzzii enamiku oma kergekäeliselt vendade seas üsna ainulaadne. Kuni saab uurida rohkem liike, kes eelistavad pimedat, võib Somaalia koopakala olla suunavaks valguseks, et lahendada mõistatus, kuidas me imetajad kaotasime võime päikese käes paraneda.
