Περίληψη: Μια μελέτη των comb jellies αποκαλύπτει τον τύπο του αγγελιοφόρου που πιθανότατα λειτουργούσε στο προγονικό νευρικό σύστημα.
Πηγή: OIST
Οι νευρώνες, τα εξειδικευμένα κύτταρα του νευρικού συστήματος, είναι πιθανώς ο πιο περίπλοκος τύπος κυττάρων που έχει εξελιχθεί ποτέ. Στον άνθρωπο, αυτά τα κύτταρα είναι ικανά να επεξεργάζονται και να μεταδίδουν τεράστια ποσά πληροφοριών. Αλλά το πώς προέκυψαν για πρώτη φορά τέτοια περίπλοκα κύτταρα παραμένει μια μακροχρόνια συζήτηση.
Τώρα, επιστήμονες στην Ιαπωνία αποκάλυψαν τον τύπο του αγγελιοφόρου—μόρια που μεταφέρουν σήματα από το ένα κύτταρο στο άλλο—που πιθανότατα λειτουργούσε στο πιο προγονικό νευρικό σύστημα.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 8 Αυγούστου στο Nature Ecology and Evolution, αποκάλυψε επίσης βασικές ομοιότητες μεταξύ του νευρικού συστήματος δύο πρώιμων αποκλίνων ζωικών γενεαλογιών – της γενεαλογίας των μεδουσών και των ανεμώνων (επίσης αποκαλούμενων cnidarians) και εκείνης των comb jellies (ctenophores), αναζωπυρώνοντας ένα παλαιότερη υπόθεση ότι οι νευρώνες εξελίχθηκαν μόνο μία φορά.
Παρά την υποτιθέμενη απλότητά τους, πολύ λίγα είναι γνωστά για το νευρικό σύστημα των αρχαίων ζώων. Από τις τέσσερις γενεαλογικές γενεαλογίες ζώων που διακλαδίστηκαν πριν από την εμφάνιση πιο πολύπλοκων ζώων, μόνο οι comb jellies (η πρώτη αρχαία γενεαλογία που αποκλίνονταν) και οι cnidarians (η τελευταία αρχαία γενεαλογία που αποκλίνονταν) είναι γνωστό ότι διαθέτουν νευρώνες.
Όμως, η μοναδικότητα του νευρικού συστήματος των comb jellies σε σύγκριση με αυτό που παρατηρείται στους κνιδάριους και τα πιο πολύπλοκα ζώα και η απουσία νευρώνων στις δύο γενεαλογίες που διέφεραν μεταξύ τους, οδήγησαν ορισμένους επιστήμονες να υποθέσουν ότι οι νευρώνες εξελίχθηκαν δύο φορές.
Αλλά ο καθηγητής Watanabe, ο οποίος ηγείται της Μονάδας Εξελικτικής Νευροβιολογίας στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OIST), παρέμεινε αμετάπειστος.
«Πράγματι, τα comb jellies δεν έχουν πολλές νευρικές πρωτεΐνες που βλέπουμε σε πιο εξελιγμένες ζωικές γενεαλογίες», είπε. «Αλλά για μένα, η έλλειψη αυτών των πρωτεϊνών δεν είναι αρκετή απόδειξη για δύο ανεξάρτητες νευρώνες προέλευσης».
Στη μελέτη του, ο καθηγητής Watanabe εστίασε σε μια αρχαία και ποικιλόμορφη ομάδα νευρικών αγγελιοφόρων. Αυτές οι βραχείες πεπτιδικές αλυσίδες, που ονομάζονται νευροπεπτίδια, συντίθενται αρχικά σε νευρώνες ως μακρά πεπτιδική αλυσίδα, πριν διασπαστούν από πεπτικά ένζυμα σε πολλά βραχέα πεπτίδια. Αποτελούν την κύρια μορφή αγγελιοφόρου που απαντάται στους cnidarians και παίζουν επίσης ρόλο στη νευρική επικοινωνία στους ανθρώπους και σε άλλα πολύπλοκα ζώα.
Ωστόσο, προηγούμενες έρευνες που προσπάθησαν να βρουν παρόμοια νευροπεπτίδια σε comb jellies ήταν ανεπιτυχείς. Το κύριο πρόβλημα, εξήγησε ο καθηγητής Watanabe, είναι ότι τα ώριμα βραχέα πεπτίδια κωδικοποιούνται μόνο από μικρές αλληλουχίες DNA και μεταλλάσσονται συχνά σε αυτές τις αρχαίες γενεαλογίες, καθιστώντας τις συγκρίσεις του DNA πολύ δύσκολες. Ενώ η τεχνητή νοημοσύνη έχει εντοπίσει πιθανά πεπτίδια, αυτά δεν έχουν ακόμη επικυρωθεί πειραματικά.
Έτσι, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Watanabe προσέγγισε το πρόβλημα από μια νέα κατεύθυνση. Εξήγαγαν πεπτίδια από σφουγγάρια, cnidarians και comb jellies και χρησιμοποίησαν φασματομετρία μάζας για να αναζητήσουν μικρά πεπτίδια. Η ομάδα μπόρεσε να βρει 28 μικρά πεπτίδια σε cnidarians και comb jellies και να προσδιορίσει τις αλληλουχίες αμινοξέων τους.
Γνωρίζοντας τώρα τις δομές τους, οι ερευνητές οραματίστηκαν τα μικρά πεπτίδια κάτω από ένα φθορίζον μικροσκόπιο, επιτρέποντάς τους να δουν σε ποια κύτταρα παρήχθησαν τόσο σε cnidarians όσο και σε comb jellies.
Σε comb jellies βρήκαν ότι ένας τύπος κυττάρων που εκφράζει νευροπεπτίδια έμοιαζε με τους κλασικούς νευρώνες, με λεπτές προεξοχές που ονομάζονται νευρίτες να εκτείνονται έξω από το κύτταρο.
Αλλά τα βραχέα πεπτίδια παρήχθησαν επίσης σε έναν δεύτερο τύπο κυττάρου που δεν είχε νευρίτες. Οι ερευνητές υποπτεύονται ότι πρόκειται για μια πρώιμη εκδοχή νευροενδοκρινών κυττάρων – κυττάρων που λαμβάνουν σήματα από νευρώνες και στη συνέχεια απελευθερώνουν σήματα, όπως ορμόνες, σε άλλα όργανα του σώματος.
Οι ερευνητές συνέκριναν επίσης ποια γονίδια εκφράζονται στους νευρώνες του cnidarian και του comb jelly. Βρήκαν ότι εκτός από κοινά μερικά βραχέα νευροπεπτίδια, και οι δύο νευρώνες εξέφραζαν επίσης μια παρόμοια σειρά άλλων πρωτεϊνών απαραίτητων για τη νευρωνική λειτουργία.
«Γνωρίζουμε ήδη ότι οι νευρώνες που εκφράζουν πεπτίδια κνιδάριου είναι ομόλογοι με αυτούς που παρατηρούνται σε πιο πολύπλοκα ζώα. Τώρα, οι νευρώνες από comb jelly έχουν επίσης βρεθεί ότι έχουν παρόμοια «γενετική υπογραφή», υποδηλώνοντας ότι αυτοί οι νευρώνες μοιράζονται την ίδια εξελικτική προέλευση», είπε ο καθηγητής Watanabe. «Με άλλα λόγια, είναι πολύ πιθανό οι νευρώνες να εξελίχθηκαν μόνο μία φορά».
Αυτό σημαίνει, πρόσθεσε ο καθηγητής Watanabe, ότι οι νευρώνες που εκφράζουν πεπτίδια είναι πιθανώς η πιο προγονική μορφή, με χημικούς νευροδιαβιβαστές να εμφανίζονται αργότερα.
Για τον καθηγητή Watanabe, αυτά τα ευρήματα φέρνουν νέα, συναρπαστικά ερωτήματα στο προσκήνιο της έρευνάς του.
«Αν αυτό είναι αλήθεια, με ενδιαφέρει περισσότερο να μάθω – από πού προήλθαν οι νευρώνες που εκφράζουν πεπτίδια; Και γιατί χρειαζόταν το προγονικό ζώο να εξελίξει νευρώνες; Τώρα που έχουμε μια σαφέστερη ιδέα για το πώς έμοιαζαν οι πρώτοι νευρώνες, μπορεί να ξεκινήσει η έρευνα για την αρχική τους λειτουργία».
Σχετικά με αυτά τα νέα εξελικτικής έρευνας νευροεπιστήμης
Συγγραφέας: Tomomi Okubo
Πηγή: OIST
Επικοινωνία: Tomomi Okubo – OIST
Εικόνα: Η εικόνα πιστώνεται στο Soumen Jana/ OIST
Πρωτότυπη έρευνα: Ανοικτή πρόσβαση.
« Η φασματομετρία μάζας βραχέων πεπτιδίων αποκαλύπτει κοινά χαρακτηριστικά μεταζωικών πεπτιδεργικών νευρώνων » από τους Watanabe, Φύση Οικολογία και Εξέλιξη
