Kde je hlava hvězdice?

Soudě podle aktivity embryonálních genů existují hvězdice a další ostnokožci jako hlavy bez těla.

Hvězdice, mořští ježci a jejich kolegové ostnokožci jsou bilaterální nebo bilaterálně symetrická zvířata. Nyní se podívejme na hvězdici nebo ježka a zamysleme se nad tím, zda ti, kdo je považují za oboustranně symetrické, mají v hlavě vše v pořádku. Ale ve skutečnosti to tak je. Bilateralismus se posuzuje nejen podle vzhledu, ale také podle embryonálního vývoje (tedy, zhruba řečeno, podle stavby těla embrya a larev, má-li zvíře larvální stadium), a podle evoluční příbuznosti s jinými živočichy, resp. podle forem předků. Všechny věci, ostnokožci jsou skutečně bilaterální, svou bilateralitu ztratili pouze z nějakého evolučního důvodu. To však nebrání tomu, aby byly dospělé hvězdice radiálně symetrické, jen geometrická symetrie „v okamžiku“ a symetrie ve smyslu biologické historie těla hovoří o různých věcech.

(Foto: Pedro Lastra / Unsplash.com)

Fosilní nálezy naznačují, že v dávných dobách ostnokožci aktivně „experimentovali“ se symetrií. Ale nějakou dobu nebylo jasné, co se stalo s bilaterální symetrií. Osa těla, která jej dělí na pravou a levou část, není jen geometrickou abstrakcí, je výsledkem složitých biologických procesů během embryonálního vývoje, výsledkem pohybů buněk a výměny četných molekulárních signálů. Zmizela tělesná osa u ostnokožců, nebo se k jedné ose symetrie přidaly další, nebo se stalo něco jiného?

Autoři nedávno publikovaného článku v Příroda píšou, že osa těla ostnokožců obecně zůstala, tělo samotné, přesněji řečeno trup, prostě zmizelo. Výzkumníci používající hvězdici jako příklad Patiria miniata analyzovali aktivitu genů, které jsou zodpovědné za tělesný plán embrya. Genová aktivita u hvězdic byla srovnávána s genetickou aktivitou u polostrunatců. Toto je jméno zvláštního druhu červovitých mořských bezobratlých s určitým zdáním notochordu podél těla a některými dalšími rysy, díky nimž vypadají jako skutečné strunatce. Základní rysy stavby a vývoje ostnokožců jsou takové, že polostrunatci jsou jim blíže než jakýkoli mnohoštětinatčí červi nebo měkkýši.

U dvoustranných zvířat je dvoustranná symetrie doprovázena rozdělením těla na přední a zadní, na hlavu, trup a ocas. Podle toho v různých částech těla fungují různé geny. U polostrunatců pracují vpředu geny oblasti hlavy, dále je zde zóna „krku“ (přesněji oblast límce – u polostrunců je límec částí těla mezi hlavou a tělem), dále geny z těla. Ve skutečnosti některé geny v různých částech těla začnou pracovat aktivněji, některé naopak usnou, takže zde musíme mluvit nikoli o genech „hlavy“ nebo „krku“, ale o „hlavě“ nebo „ genetická aktivita krku.

ČTĚTE VÍCE

Jak léčit rýmu u kočky?

V určitém okamžiku se larva hvězdice začne přeměňovat z oboustranně symetrické na pětipaprskovou radiálně symetrickou. A pak můžete vidět, že genetická aktivita „hlavy“ se vyskytuje v prstenci kolem úst a uprostřed uprostřed každého z paprsků, kam jde nerv paprsku a ambulakrální kanál (prostředkem lokomoce ostnokožců je hydraulický ambulakrální systém kanálků, nohou a ampulí). „Více ocasních“ genů začíná fungovat, jak to bylo, výše a podél okrajů zóny genů „hlavy“, v oblasti ambulakrálních nohou, které jsou samy umístěny mimo ambulakrální kanál. Kromě toho „geny hlavy“ fungují na povrchu těla, ale aktivita genů „ocasu“ – ta, která se objevila na okrajích ambulakrálních nohou – se vyskytuje v relativně hlubokých tkáních.

морская звезда.jpg

Genová aktivita během embryonálního vývoje u polostrunatců a strunatců (vlevo) a ostnokožců. Genová aktivita specifická pro určitou oblast těla je zvýrazněna různými barvami. Příroda ilustrace.

Můžeme říci, že to, co zbylo z osy těla, probíhá kolmo k hvězdici a z molekulárně genetického hlediska to vypadá jako hlava plazící se po dně na rtech, s nějakými zbytky těla nahoře – i když to bude být poněkud zjednodušený obrázek. To, co lze nazvat hlavou, je tkáň kolem úst a ve středu každého paprsku; Hlava zahrnuje centrální nervový prstenec a radiální nervy. Tkáně, které přiléhají k hlavě v polostruninách, sem také přiléhají, ale zároveň ji také obalují – ambulakrální nohy jsou vytvořeny jakoby od krku. Zbytek těla hvězdice, kupodivu, není zapojen do rozložení; lze předpokládat, že je vytvořen v souladu s konstrukčními požadavky. V každém případě nebyly ve zbytku těla hvězdice nalezeny žádné geny „identity trupu“.

I když to vše bylo pozorováno pouze u jednoho druhu hvězdice, lze předpokládat, že tělo je takto vytvořeno u všech ostatních ostnokožců. Existuje hypotéza, že přišli o torzo, nedokázali ho správně zlikvidovat: kdysi to byla jen masa tkáně, která nepomohla ani při hledání kořisti, ani při útěku před predátorem, navíc toto torzo bylo s největší pravděpodobností využívali dravci.bylo to jen vábení. Chordata se s pomocí svého těla naučila plavat, poté běhat a létat a obecně s jeho pomocí předvádět spoustu zajímavých triků. V každém případě s novými daty budou vědci schopni nově nahlédnout jak na evoluci embryogeneze, tak na evoluci společných předků různých velkých skupin živočichů, kteří byli přírodním výběrem nuceni vybrat si tu či onu tělesnou stavbu. .

ČTĚTE VÍCE

M krmit měsíční kuřata?

Autor: Kirill Staševič

Skákající hvězdy
Mořští ježci jedí hvězdice
Mořští ježci střílí jedovaté „drápy“
Ostnokožci kukačky
Čím více jíte, tím více máte rukou

морская звезда, строение морской звезды

Vědcům se konečně podařilo osvětlit stavbu těla tohoto podivného tvora, ale biologové stále neví, jak ho získali.

Dno oceánu je domovem mnoha úžasných a zvláštních tvorů, jako je tento neobvyklý mnohoruký tvor, který biology pronásleduje po celá desetiletí. Ne, nemluvíme o chobotnici, ale o hvězdici, která patří do čeledi ostnokožců, známých svými ostny a kužely, píše Inverse.

Mnoho zvířat na Zemi, včetně lidí, má oboustrannou stavbu těla. Jednoduše řečeno, pokud je rozdělíte na polovinu, dostanete přibližně symetrické poloviny. Ostnokožci však mají zpravidla pětipaprskovou stavbu těla. To znamená, že jejich těla jsou uspořádána do vzoru, který se pětkrát opakuje kolem centrální osy.

V zaměření. Technologie má své Telegramový kanál. Přihlaste se k odběru, ať vám neuniknou ty nejčerstvější a nejzajímavější novinky ze světa vědy!

Zároveň jsou ostnokožci součástí větší rodiny deuterostomů a mnoho z nich má bilaterální symetrii. To zarazilo vědce, když se pokoušeli zjistit, jak se ostnokožcům, jako jsou hvězdice, podařilo vyvinout ze svého skromného dvounohého původu do pětiramenného těla.

V důsledku toho vědci navrhli, že v určité fázi svého vývoje hvězdice pravděpodobně ztratily svá těla a staly se jen hlavami. V nové studii mezinárodní tým vědců zkoumal genetický kód mořských hvězd ve snaze najít nějaké nečekané odpovědi.

Tým zjistil, že geny obsažené v těle mořské hvězdy poněkud připomínají deuterostomy, přičemž střední část každé paže připomíná oblast „hlavy“. Tým však nebyl schopen najít genovou expresi odpovídající „kmenu“ nebo střední části bilaterální tělesné struktury. V důsledku toho vědci předpokládali, že z nějakého neuvěřitelného důvodu hvězdice ztratily svá těla a proměnily se ve shluk hlav.

Podle hlavního autora studie a postdoktorandského pracovníka na Hopkins Marine Station Stanfordské univerzity Laurenta Foreryho to vypadá, že hvězdici zcela chybí páteř a lze ji snadněji popsat jako hlavu plazící se po mořském dně.

Všimněte si, že vědci se po desetiletí snaží vyřešit záhadu hvězdice. Již dříve předložili několik teorií, které mají vysvětlit, jak se hvězdici podařilo získat svůj tvar. Jeden z nich například navrhl, že ostnokožci byli schopni znovu využít svůj genetický plán předků k vytvoření jedinečné tělesné struktury.

ČTĚTE VÍCE

Proč moje kočka sípe?

Další teorie naznačuje, že se těmto tvorům podařilo zachovat stejný genetický plán deuterostomů, ale mírně jej vylepšili. Další teorie říká, že osa ostnokožců shora dolů je stejná jako osa zepředu dozadu jejich předků. Všimněte si, že tato myšlenka pochází ze studia, kde jsou některé geny aktivní v larvách ostnokožců.

Hlavním problémem bylo, že ostnokožci se od sebe překvapivě liší – vlastně i základní genetické a fosilní srovnání s jinými zvířaty je dost obtížné. Formeri a jeho kolegové proto zvolili jiný přístup: zkoumali, jak se některé geny odpovědné za stavbu těla používají u mořské hvězdy Patiria miniata. Všimněte si, že tyto geny jsou poměrně staré a zpravidla se u různých zvířat, včetně lidí, příliš neliší. Ve skutečnosti jsou to právě tyto geny, které jsou zodpovědné za strukturu částí hlavy, těla a ocasu po mnoho tisíciletí evoluce.

Výsledky studie ukázaly, že vzorce aktivity genů u mladých hvězdic neodpovídají tomu, co vědci očekávali. Tyto geny nefungovaly stejným způsobem jako u jiných mořských hvězd a vědcům se ve skutečnosti podařilo objevit zcela nový model, nazvaný „ambulakrálně-přední“ model.

Tým našel v tomto modelu geny, které jsou aktivní v lidském předním mozku a podobných oblastech u jiných bilaterálních zvířat. Navíc byli aktivní ve středu ramen hvězdic. Geny aktivní v lidském středním mozku byly aktivní směrem k okrajům paží hvězdice. Vědci přitom nenašli téměř žádné aktivní geny zodpovědné za stavbu těla.

Tým poznamenává, že se jim podařilo odtajnit strukturu těla hvězdice, ale vědci bohužel stále nechápou, jak a proč hvězdice potřebovaly opustit svá těla a nechat jen hlavu. Vědci se také domnívají, že k těmto změnám pravděpodobně došlo spíše dlouhým, pomalým procesem než velkým, náhlým přeskupením genů.