Mis on hiirel ühist kõhre kalaga, keda tuntakse väikese rulana?
Esmapilgul võite mõelda mitte palju. Üks on kohev, suurte kõrvade ja vurrudega; teine hingab lõpustega ja viriseb oma teed mööda ookeani. Üks on laboriloom või majapidamiskahjur; teine on kõige tõenäolisem looduses või akvaariumi madala basseini põhjas. Kuid selgub, et neil kahel selgroogsel on midagi olulist ühist: võime kõndida. Ja põhjus, miks võiksime muuta seda, kuidas mõtleme maismaaloomade, sealhulgas inimeste kõndimise arengule.
New Yorgi ülikooli teadlaste tehtud uus geeniuuring paljastab midagi üllatavat: Nagu ka hiirtel, on ka väikestel uiskudel geneetiline plaan, mis võimaldab liikumisel parempoolse ja vasaku vahelduvusega liikumismustrit, mida neljajalgsed maaloomad kasutavad. Need geenid anti edasi ühiselt esivanemalt, kes elas 420 miljonit aastat tagasi, ammu enne seda, kui esimesed selgroogsed kunagi merest kaldale roomasid.
Teisisõnu, mõnel loomal võivad juba enne maismaal elamist olnud kõndimiseks vajalikud närvirajad.
Täna ajakirjas Cell avaldatud uus uurimus algas põhiküsimusega: kuidas arenesid või muutusid aja jooksul eri liikide erinevad motoorsed käitumisharjumused? Autor Jeremy Dasen, NYU Neuroteaduste Instituudi dotsent, oli varem tegelenud maode liikumisega. Pärast Neil Shubini raamatu " Teie sisemine kala: teekond inimkeha 3, 5 miljardi aasta ajaloosse" lugemist inspireeris ta uiske uurima, kuid ei teadnud tegelikult, kust alustada.
"Mul polnud aimugi, milline uis välja nägi, " räägib Dasen. “Ma oleksin seda varem restoranis söönud. Nii et ma tegin seda, mida kõik teevad, käisin Google'is uiskude kohta videoid otsimas. ”Üks esimesi asju, mille ta leidis, oli Youtube'i video kõndimisharjumustega Clearnose uisust. “Ma olin nagu, vau, see on väga lahe! Kuidas ta seda teeb? ”Ütleb ta.
Kasutades Woods Hole'i merebioloogilise labori kogutud uiske, üritasid Dasen ja teised seda välja selgitada. Esiteks: põhitõed: väikesed uisud on põhjaelanikud, kes elavad kogu Atlandi ookeani idarannikul. Neil pole tegelikult jalgu ja nende kõndimine ei näe välja nagu inimene jalutaks. Nad kasutavad vaagna eesmiseid uimasid, mida nimetatakse “killuks” ja mis asuvad palju suurema rombikujulise purjetaolise uime all, mis lainetavad ujudes.
Kui nad toituvad või peavad liikuma aeglasemalt, haaravad nad oma killu vasakule-paremale vahelduvas liikumises piki ookeani põhja. Altpoolt näeb see peaaegu välja nagu väikesed jalad, mis ajavad uisku edasi.
Kuid Daseni ja tema meeskonda ei huvitanud ainult biomehaanika; nad soovisid kindlaks teha geenid, mis kontrollisid uisude kõndimise motoorseid närviradu.
Selgroogsete paigutust vaadates alustavad geneetikud sageli Hoxi geenidest, millel on oluline roll organismi kehaplaani määramisel. Kui geenid koputatakse välja või need on valesti järjestatud, võib see looma jaoks põhjustada katastroofi (nagu näiteks eksperimendis, kus kärbsel kasvasid pähe antennide asemel jalad, pärast seda, kui teadlased koputasid teatud Hoxi geenid tahtlikult).
Dasen ja tema kolleegid vaatlesid ka geneetilist transkriptsioonifaktorit nimega Foxp1, mis asub seljaajus tetrapoodides. Lihtsustatud seletus on see, et see toimib käivitades motoorsed neuronid, mis võimaldavad kõndimist.
"Kui koputate [Foxp1] välja mudelorganismides nagu hiired, on nad kaotanud kogu oma jäsemete lihaste koordinatsiooni võime, " ütleb Dasen. “Neil on raske motoorse diskoordinatsiooni tüüp, mis takistab neil normaalselt kõndimast.” Asi pole selles, et Foxp1ta hiirtel pole kõndimiseks vajalikke jäsemeid ega lihaseid - neil pole lihtsalt selleks vajalikke vooluringi.
See geenide kombinatsioon väikestes uiskudes, mis võimaldab neil õhtusöögi otsimisel astuda sammukese üle merepõhja, ulatub tagasi ühise esivanema juurde, kes elas 420 miljonit aastat tagasi - see on teadlaste jaoks üllatus, kuna mõte kõndimisest arvati olevat tulema pärast seda, kui algas üleminek merest maismaale, mitte varem. Daseni põnevust lisas vaid asjaolu, et sellised geneetilised tunnused kleepusid nii kaua ja arenesid eri liikide vahel nii ainulaadsetel viisidel.
“Jäsemete evolutsiooni kohta on palju kirjandust, kuid tegelikult ei arvestata asjade neuronaalset külge, kuna seda on palju raskem uurida, ” ütleb Dasen. “Neuronite ja närvide fossiilide rekord puudub. Luude struktuure vaadates on evolutsiooni uurimiseks palju paremaid viise. ”
Paljud teadlased on varasemate maaelanike kohta fossiilide registrisse jõudnud. Seal on Elginerpeton pancheni, varajane tetrapood, kes elas umbes 375 miljonit aastat tagasi ookeani taga. Ja siis veel Acanthostega, veel üks iidne selgroog, mida teadlased hiljuti analüüsisid, et õppida tundma selle jäsemete kasvumustreid ja suguküpsust.
Samal ajal on teised bioloogid saanud vihjeid, vaadates mõnda kõige veidramat kala, kes on tänapäeval elus, paljudel neist on iidsed sugupuud. Mõni on vaadanud koelakante ja sarkoptergiaid või kopsikaid (viimased kasutavad oma vaagnapiirkonna liikumiseks liikumisel nagu kõndimine). Teised on uurinud bishri liikumist. Aafrika kalaliigid on varustatud nii kopsude kui ka lõpustega, nii et see suudab veest välja elada - ja liikumine sarnaneb kõndimisega, kui nad on sunnitud elama maal, nagu nähtu 2014. aasta Ottawa ülikooli bioloogi Emily Standeni ja teised.
Standen ütleb, et ta imetleb suuresti uut uurimistööd väikeste uiskude kohta. "Ma oleksin osanud arvata, et [erineva looma liikumise taga olevates süsteemides] oleks olnud üsna vähe sarnasust, kuid asjaolu, et see on nii lähedal kui see on, oli armas üllatus, " ütleb ta. "See räägib sellega, millesse usun üsna tugevalt, et närvisüsteem ning see, kuidas see areneb ja funktsioneerib, on väga paindlik."
See paindlikkus on kogu evolutsiooniajaloo vältel olnud võtmetähtsusega. Tänu sellele 420 miljoni aasta vanusele esivanemale on meil nüüd kõike alates ujuvatest kaladest kuni libisevate madude, hiirteni, kes kõnnivad, uiskudeni, mis kasutavad liigutuste kombinatsiooni - Foxp1 geeniga, mis sõltuvalt looma ainulaadne kehaplaan ja liikumine.
Ja nüüd, kui me teame natuke rohkem seda, mis uisutel seda liikumist kontrollib, on võimalik, et teadmistel võib tulevikus olla kasu inimeste bipedalismi mõistmisel.
"Põhiprintsiip, mille abil motoneuronid erinevate vooluringidega ühendavad, pole tegelikult [keerukates organismides] välja töötatud, seega on skate viis seda lihtsustatud süsteemis vaadata, " ütleb Dasen. Kuid ta ei taha endast liiga kaugele jõuda, et ennustada, mida see tulevikus võib tähendada. Dasen loodab lihtsalt, et uurimistööd nähes mõtlevad inimesed lihtsalt: “Kuule, see on tõesti puhas. Nad saavad kõndida! ”
