Sterlet mersinbalığının sırt izleri. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, balıklarda kemik koruyucu pulların (scutes) gelişiminden belirli bir kök hücre tipinin, gövde nöral krest hücresinin sorumlu olduğunu keşfetti. Bu buluş, yumuşak vücutlu evrimsel atalarımızın, çok sayıda omurgalı türünün evriminin yolunu açan koruyucu zırhı nasıl geliştirdiklerini ortaya koyuyor. Katkıda bulunan: J. Stundl’un izniyle
Caltech’te yapılan bir araştırma, gövdedeki nöral tepe hücrelerinin balıklardaki koruyucu kemik pullarının kaynağı olduğunu tanımladı ve omurgalı zırhının evrimine ışık tuttu.
Hakkında 350 milyon yıl önce, evrimsel atalarınız ve tüm modern omurgalıların ataları, yalnızca okyanuslarda yaşayan yumuşak gövdeli hayvanlardı. Hayatta kalabilmek ve bugünkü haline gelebilmek için bu hayvanların, o zamanlar kabukluların hakimiyetinde olan okyanus yırtıcılarına karşı bir miktar koruma ve avantaj elde etmeleri gerekiyordu.
Keskin dikenler gibi dermal zırhın evrimi. Zırhlı bir yayın balığının üzerinde ya da mersin balığının üzerini kaplayan, scutes adı verilen elmas şeklindeki kemikli pulların üzerinde bulunması başarılı bir stratejiydi. Binlerce balık türü, kemikten ve/veya modern insan dişlerinin önemli bir bileşeni olan dentin adı verilen bir maddeden oluşan çeşitli dermal zırh modellerinden yararlandı. Bunun gibi koruyucu kaplamalar omurgalıların hayatta kalmasına ve yeni hayvanlara ve nihayetinde insanlara dönüşmesine yardımcı oldu.
Peki bu zırh nereden geldi? Antik sualtı atalarımız bu koruyucu kabuğu yetiştirmek için nasıl evrimleştiler?
Mersin balığı kullanılarak yapılan yeni bir çalışma, kemik dokusunun gelişiminden gövde nöral krest hücreleri adı verilen belirli bir kök hücre popülasyonunun sorumlu olduğunu ortaya koyuyor. balıklarda lekeler. Çalışma, Edward B. Lewis Biyoloji Profesörü ve Caltech’teki Beckman Enstitüsü yöneticisi Marianne Bronner’ın laboratuvarında şu anda Marie Sklodowska-Curie doktora sonrası araştırmacısı olan Jan Stundl tarafından yürütüldü. Araştırmayı açıklayan bir makale yakın zamanda Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri (PNAS) dergisinde yayınlandı.
Jan Stundl laboratuvarda bir mersin balığı balığı tutuyor. Katkıda bulunan: J. Stundl’un izniyle
Bronner laboratuvarı uzun süredir nöral krest hücreleriyle ilgileniyor. Balık, tavuk ve biz dahil tüm omurgalılarda bulunan bu hücreler, kafa (kafatası) veya omurilik (gövde) bölgelerinden kaynaklanmalarına göre özelleşirler. Hem kraniyal hem de gövdedeki nöral tepe hücreleri, başlangıç noktalarından hayvanın gelişen vücudu boyunca göç ederek çeneleri, kalbi ve diğer önemli yapıları oluşturan hücrelerin oluşmasını sağlar. 2017 yılında Cambridge Üniversitesi’nde yapılan bir araştırma, küçük vatoz adı verilen bir balık türünde gövde nöral tepe hücrelerinin dentin bazlı dermal zırha yol açtığını gösterdikten sonra, Stundl ve meslektaşları aynı hücre popülasyonunun kemiğe de yol açabileceğini öne sürdüler. Genel olarak omurgalılardaki zırh temelli zırh.
Tek bir mersinbalığının yeniden inşası, yakından. Kemik oluşturan hücreler macenta rengiyle işaretlenmiştir. Katkıda bulunan kişi: J. Stundl’un izniyle
Bunu incelemek için Stundl ve ekip mersin balığı balığına, özellikle de mersin balığına (Acipenser ruthenus) yöneldi. Dünyanın en pahalı havyarını üretmeleriyle tanınan modern mersin balıkları, milyonlarca yıl önceki atalarıyla hâlâ aynı özellikleri taşıyor. Bu da onları evrimsel araştırmalar için birincil aday haline getiriyor.
Çek Cumhuriyeti’ndeki Balık Kültürü ve Hidrobiyoloji Araştırma Enstitüsü’nde yetiştirilen mersin balığı embriyolarını kullanan Stundl ve ekibi, balığın gövdesindeki sinir kret hücrelerinin nasıl göç ettiğini izlemek için floresan boya kullandı. gelişen bedeni boyunca. Mersin balıkları birkaç hafta sonra kemikli kabuklarını geliştirmeye başladığından araştırmacılar, floresan boyayı ışıkla bozmamak için büyüyen balıkları karanlık bir laboratuvarda tuttu.
Ekip, floresan etiketli gövde nöral tepe hücrelerini buldu. mersin balığının kemikli kabuklarının oluştuğu yerlerin tam olarak burasıydı. Daha sonra balığın kemiği oluşturan bir hücre türü olan osteoblastlarını vurgulamak için farklı bir teknik kullandılar. Balığın gelişen pullarındaki floresan hücrelerde osteoblast farklılaşmasıyla ilişkili genetik imzalar bulundu; bu da gövdedeki nöral kret hücrelerinin aslında kemik oluşturan hücrelere yol açtığına dair güçlü kanıtlar sağlıyor. Nöral kret hücrelerinin dentin bazlı zırh oluşturmadaki rolüne ilişkin 2017 bulgularıyla birleştirildiğinde bu çalışma, gövde nöral kret hücrelerinin omurgalı balıkların evrimsel başarısını mümkün kılan kemikli dermal zırhın ortaya çıkmasından gerçekten sorumlu olduğunu gösteriyor.
{ 8}”Model olmayan organizmalarla çalışmak zorludur; Fare veya zebra balığı gibi standart laboratuvar organizmalarında bulunan araçlar ya çalışmıyor ya da önemli ölçüde uyarlanması gerekiyor” diyor Stundl. “Bu zorluklara rağmen, mersin balığı gibi model olmayan organizmalardan elde edilen bilgiler, temel evrimsel gelişimsel biyoloji sorularını titizlikle yanıtlamamıza olanak tanıyor.”
“Hayat Ağacı’ndaki birçok hayvanı inceleyerek, evrimsel gelişimsel biyolojinin ne anlama geldiğini çıkarabiliriz. olaylar yaşandı” diyor Bronner. “Evrimsel sorulara gelişimsel biyoloji perspektifinden yaklaşabilirsek bu özellikle güçlü olur, çünkü farklı hücre tiplerine yol açan birçok değişiklik, embriyonik gelişimdeki küçük değişiklikler yoluyla meydana geldi. Caltech’in Evrimsel Bilimler Merkezi’nden fon aldığımız için çok şanslıydık; bu, bu tür çalışmaları mümkün kılmamıza yardımcı oldu.”
Caltech’in Evrimsel Bilim Merkezi (CES), Enstitü çapında bir kurumdur. , doğal dünyada hem biyotik hem de antropojenik güçler yoluyla gerçekleşen evrimsel değişimin araştırılmasını tanıyan ve destekleyen çok bölümlü bir organizasyon.
“Evrim, biyolojinin tamamını kapsayan merkezi bir temadır; disiplinimizi birleştiriyor,” diyor Biyoloji ve Biyoloji Mühendisliği Yardımcı Doçenti Chen Scholar ve CES eş direktörü Joe Parker. “Caltech, evrim ve gelişim biyolojisinin arayüzü de dahil olmak üzere, farklı bağlamlarda evrimsel sorunların peşinde koşan pek çok grubun bulunduğu inanılmaz bir yer; bu çalışmanın çok güzel gösterdiği gibi.”
Makalenin başlığı “Antik omurgalıların dermal zırhı” Jan Stundl, Megan L. Martik, Donglei Chen, Desingu Ayyappa Raja, Roman Franěk, Anna Pospisilova, Martin Pšenička, Brian D. Metscher, Ingo Braasch, Tatjana Haitina, Robert Cerny, Per E. Ahlberg ve Marianne E. Bronner, 17 Temmuz 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.
DOI: 10.1073/pnas.2221120120
Bronner ve Stundl’a ek olarak Caltech ortak yazarları şu anda Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nde bulunan eski doktora sonrası araştırmacı Megan Martik ve doktora sonrası araştırmacı Desingu Ayyappa Raja’dır. Diğer ortak yazarlar arasında Uppsala, İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’nden Donglei Chen, Tatjana Haitina ve Per Ahlberg; Çek Cumhuriyeti’ndeki Güney Bohemya Üniversitesi’nden Roman Franěk ve Martin Pšenička; Anna Pospisilova ve Çek Cumhuriyeti Prag’daki Charles Üniversitesi’nden Robert Cerny; Avusturya’daki Viyana Üniversitesi’nden Brian Metscher; ve Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Ingo Braasch. Finansman, Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı tarafından sağlandı; Ulusal Sağlık Enstitüleri; Knut & Alice Wallenberg Vakfı’ndan Wallenberg Bursu; Helen Hay Whitney Vakfı; Çek Cumhuriyeti Eğitim, Gençlik ve Spor Bakanlığı; Çek Bilim Vakfı; ve Ulusal Bilim Vakfı.
Bronner ve Parker, Caltech’teki Tianqiao ve Chrissy Chen Sinirbilim Enstitüsü’nün bağlı öğretim üyeleridir.