Oamenii de știință încearcă să afle cum au evoluat membrele repetitive

După cum biologii știu prea bine, natura își dezvăluie secretele în propriul ritm. Andrew Gillis, cercetător la Marine Biological Laboratory, studiază de aproape 20 de ani modul în care au evoluat înotătoarele pereche ale peștilor. Un nou studiu nu oferă un răspuns definitiv, dar aduce o perspectivă importantă asupra unei întrebări fundamentale din biologia evoluționistă: cum au evoluat membrele repetitive?

Ccercetarea arată că două populații diferite de celule din embrion pot genera aceleași structuri repetitive (omoloage seriale) la adult, în acest caz, înotătoarele pereche și arcurile branhiale la o specie de pește numită Leucoraja erinacea. Studiul sugerează că această echivalență la nivel de dezvoltare explică cum au evoluat membrele repetitive, precum degetele.

• Test de cultură generală. De ce norii au forme diferite?
• O nouă forță a naturii pune stăpânire pe Pământ, dezvăluie un studiu

Studiul a fost publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Îți dai seama imediat când vezi omologie serială, sunt variații pe aceeași temă. Vertebrele cervicale, toracice și lombare arată diferit, dar urmează același tipar. Totuși, e surprinzător de greu de explicat de ce”, spune Gillis.

Explicația clasică

Explicația clasică susține că astfel de structuri apar prin transformarea treptată a unei părți a corpului în alta, de-a lungul evoluției. De exemplu, aripile insectelor ar fi evoluat din segmente ale picioarelor. În secolul al XIX-lea, biologul Karl Gegenbauer a propus că membrele vertebratelor (înotătoare sau picioare) provin din transformarea arcurilor branhiale.

„Studiul nostru propune o altă perspectivă, care nu necesită neapărat transformarea unei structuri în alta. Încercăm să definim omologia serială din punct de vedere al dezvoltării”, explică Gillis.

În cercetările anterioare, echipa a descoperit gene și mecanisme comune implicate în formarea scheletului branhiilor și al înotătoarelor, sugerând o origine evolutivă legată. Totuși, exista o problemă: aceste structuri provin din regiuni diferite ale embrionului, arcurile branhiale din creasta neurală, iar înotătoarele din mezoderm.

Surpriza a venit în 2020, când s-a descoperit că aceste populații celulare nu sunt complet separate, ci se suprapun. Cu alte cuvinte, există un „amestec” de celule care pot deveni fie branhii, fie înotătoare.

Cum au evoluat membrele repetitive? Experimentul care ne-a adus mai aproape de un răspuns

Noul studiu a testat experimental această idee. Cercetătorii au transplantat celule care în mod normal formează branhii într-o înotătoare în dezvoltare, iar acestea s-au integrat perfect. Invers, celule destinate înotătoarelor au fost mutate într-o zonă unde se formează maxilarul și au funcționat normal.

„Asta înseamnă că aceste celule sunt echivalente și interschimbabile. Propunem că tocmai acest lucru explică de ce structurile rezultate sunt omoloage”, spune Gillis.

Practic, celulele pot răspunde la semnalele din mediul lor: „formează o înotătoare” sau „formează o branhie”. Răspunsul similar ar putea fi codificat genetic, iar cercetătorii investighează acum acest aspect.

Aplicând ideea și la alte structuri, Gillis sugerează că, de exemplu, o celulă destinată coloanei lombare ar putea deveni una cervicală dacă ar fi mutată în acea zonă în timpul dezvoltării.

Totuși, întrebarea inițială, „Cum au evoluat înotătoarele pereche?”, rămâne deschisă, în mare parte din cauza lipsei fosilelor relevante.

„Spre deosebire de tranziția de la înotătoare la picioare, unde avem multe fosile, pentru originea înotătoarelor nu există dovezi clare”, spune Gillis.

Chiar și așa, cercetătorii consideră că au făcut pași importanți în înțelegerea mecanismelor fundamentale care stau la baza evoluției structurilor repetitive din corp.

Vă recomandăm să citiți și:

Raritate: au fost filmate molii hrănindu-se cu lacrimi de elan

Mai puțin de 50 de astfel de plante există pe Pământ. Cât de aproape sunt de a dispărea complet?

Test de cultură generală. Pot animalele să prezică vremea?

Specii noi sunt descoperite mai repede ca niciodată