Τα σώματα των αστεριών και άλλων εχινόδερμων μοιάζουν περισσότερο με κεφάλια, σύμφωνα με νέα έρευνα που αφορά το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον.
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Nature, βοηθά να απαντηθεί το μυστήριο του τρόπου με τον οποίο αυτά τα πλάσματα εξέλιξαν το χαρακτηριστικό σώμα τους σε σχήμα αστεριού, το οποίο έχει προβληματίσει εδώ και καιρό τους επιστήμονες.
Τα εχινόδερμα είναι μια ομάδα ζώων που περιλαμβάνει αστερίες (ή θαλάσσια αστέρια), αχινούς και δολάρια άμμου. Έχουν ένα μοναδικό «πενταπλό συμμετρικό» σχέδιο σώματος, που σημαίνει ότι τα μέρη του σώματός τους είναι διατεταγμένα σε πέντε ίσα τμήματα. Αυτό είναι πολύ διαφορετικό από τους διμερείς προγόνους τους, οι οποίοι έχουν μια αριστερή και δεξιά πλευρά που αντικατοπτρίζουν η μία την άλλη, όπως στους ανθρώπους και σε πολλά άλλα ζώα.
«Το πώς σχετίζονται τα διάφορα μέρη του σώματος των εχινόδερμων με αυτά που βλέπουμε σε άλλες ομάδες ζώων ήταν ένα μυστήριο για τους επιστήμονες για όσο καιρό τα μελετούσαμε», λέει ο Δρ Τζεφ Τόμσον, συν-συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον. «Στους διμερείς συγγενείς τους, το σώμα χωρίζεται σε κεφάλι, κορμό και ουρά. Αλλά κοιτάζοντας μόνο έναν αστερία, είναι αδύνατο να δει κανείς πώς αυτά τα τμήματα σχετίζονται με τα σώματα αμφίπλευρων ζώων».
Στη νέα μελέτη, με επικεφαλής τον Laurent Formery και τον καθηγητή Chris Lowe στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, οι επιστήμονες συνέκριναν τους μοριακούς δείκτες ενός θαλάσσιου αστέρα με άλλα δευτεροστόμια – μια ευρύτερη ομάδα ζώων που περιλαμβάνει εχινόδερμα και αμφίπλευρα ζώα, όπως τα σπονδυλωτά. Μοιράζονται έναν κοινό πρόγονο, επομένως συγκρίνοντας την ανάπτυξή τους, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να μάθουν περισσότερα για το πώς τα εχινόδερμα εξέλιξαν το μοναδικό τους σχέδιο σώματος.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια ποικιλία από μοριακές και γονιδιωματικές τεχνικές υψηλής τεχνολογίας για να κατανοήσουν πού εκφράστηκαν διαφορετικά γονίδια κατά την ανάπτυξη των θαλάσσιων αστεριών. Η ομάδα του Σαουθάμπτον χρησιμοποίησε μικρο-αξονική σάρωση για να κατανοήσει το σχήμα και τη δομή του ζώου με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια.
Στη συνέχεια, ερευνητές στο Stanford, σε συνεργασία με τον καθηγητή Dan Rokhsar στο UC Berkeley and Pacific BioSciences, χρησιμοποίησαν «τομογραφία RNA» και « υβριδισμό in situ » για να δημιουργήσουν έναν τρισδιάστατο χάρτη γονιδιακής έκφρασης του θαλάσσιου αστερία και να ανακαλύψουν πού εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια κατά την ανάπτυξη. Συγκεκριμένα, χαρτογράφησαν την έκφραση γονιδίων που ελέγχουν την ανάπτυξη του εξωδερμίου, που περιλαμβάνει το νευρικό σύστημα και το δέρμα. Αυτό είναι γνωστό ότι σηματοδοτεί την πρόσθια-οπίσθια (εμπρός προς τα πίσω) διαμόρφωση στα σώματα άλλων δευτεροστομίων.
Βρήκαν ότι αυτό το μοτίβο συσχετίστηκε με τον άξονα της μέσης προς τον πλευρικό άξονα των βραχιόνων των θαλάσσιων αστεριών – με τη μέση γραμμή του βραχίονα να αντιπροσωπεύει το μπροστινό μέρος και τα εξώτατα πλευρικά μέρη περισσότερο σαν το πίσω μέρος. Στα δευτεροστόμια, υπάρχει ένα ξεχωριστό σύνολο γονιδίων που εκφράζονται στο εξώδερμα του κορμού. Αλλά στο αστέρι της θάλασσας, πολλά από αυτά τα γονίδια δεν εκφράζονται καθόλου στο εξώδερμα.
Ο Δρ Thompson εξηγεί: «Όταν συγκρίναμε την έκφραση γονιδίων σε έναν αστερία με άλλες ομάδες ζώων, όπως τα σπονδυλωτά, φάνηκε ότι έλειπε ένα κρίσιμο μέρος του σχεδίου σώματος. Τα γονίδια που συνήθως εμπλέκονται στη διαμόρφωση του κορμού του ζώου δεν εκφράστηκαν στο εξώδερμα. Φαίνεται ότι ολόκληρο το σχέδιο σώματος του εχινόδερμου είναι περίπου ισοδύναμο με το κεφάλι σε άλλες ομάδες ζώων».
Αυτό υποδηλώνει ότι τα αστέρια της θάλασσας και άλλα εχινόδερμα μπορεί να έχουν εξελίξει το σχέδιο του σώματός τους με πέντε τμήματα χάνοντας την περιοχή του κορμού των διμερών προγόνων τους. Αυτό θα επέτρεπε στα εχινόδερμα να κινούνται και να τρέφονται διαφορετικά από τα αμφίπλευρα συμμετρικά ζώα.
«Η έρευνά μας μας λέει ότι το σχέδιο σώματος του εχινόδερμου εξελίχθηκε με πιο περίπλοκο τρόπο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε για αυτά τα ενδιαφέροντα πλάσματα», λέει ο Δρ Thompson. «Ως κάποιος που τα έχει μελετήσει τα τελευταία δέκα χρόνια, αυτά τα ευρήματα άλλαξαν ριζικά τον τρόπο με τον οποίο σκέφτομαι αυτή την ομάδα ζώων».
Μοριακές ενδείξεις για προσθιοοπίσθια μοτίβα σε ενήλικα εχινόδερμα δημοσιεύονται στο Nature και είναι διαθέσιμα στο διαδίκτυο.
Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Leverhulme Trust, τη NASA, το NSF και το Chan Zuckerberg BioHub.
(photo: pixabay)
