Tela morskih zvezda uopšte nisu tela, otkriva studija

Kraci morske zvezde prekriveni su sa donje strane slojem „stopala“ pomoću kojih se kreću po morskom dnu, što prirodnjake dovodi u nedoumicu da li ova morska bića imaju definisane prednje i zadnje krajeve i da li uopšte imaju glavu.

Nova genetska istraživanja sugerišu suprotno – najveći deo tela morske zvezde čini glava a nedostaju joj torzo ili rep, i te karakteristike su verovatno izgubile tokom evolucije.

Istraživači kažu da fosili predaka morskih zvezda, za koje se činilo da imaju neku vrstu torza, imaju mnogo više smisla u evolucionom smislu kada se nova otkrića uzmu u obzir.

Nalazi studije objavljeni su u časopisu Nejčer (Nature).

„Morskoj zvezdi kao da u potpunosti nedostaje trup, a najbolje se može opisati kao samo glava koja puzi duž morskog dna. To uopšte nije ono što su naučnici pretpostavljali o ovim životinjama“, naveo je u izjavi glavni autor studije Loren Formeri, naučnik Univerziteta Stanford i Univerziteta Kalifornije.

Otkrića do kojih su naučnici došli zahvaljujući novim metodama genetskog sekvenciranja, mogla bi pomoći u traženju odgovora na neka od najvećih preostalih pitanja o bodljokošcima, uključujući njihovo zajedničko poreklo sa ljudima i drugim životinjama koje nimalo ne liče na njih.

Jedinstveni plan građe morskih zvezda

Morske zvezde pripadaju grupi životinja zvanoj bodljokošci (Echinodermata), u kojoj su i morski ježevi i morski krastavci.

Ova neobična morska životinja ima jedinstven plan građe. Telo im se sastoji od pet jednakih delova, što se u velikoj meri razlikuje od simetričnih tela kakva ima bilateralija, to jest životinje sa dvobočnom simetrijom (imaju levu i desnu stranu).

Na početku života, morske zvezde su larve koje plutaju po okeanu, poput planktona, nedeljama, nekad i mesecima, pre nego što se nasele na dnu okeana. Tamo prolaze kroz proces koji transformiše njihovo bilateralno telo u oblik zvezde, to jest pentaradijalno telo.

„Ovo je bila zoološka misterija vekovima. Kako možete preći sa bilateralne građe tela na pentaradijalnu i kako možete uporediti bilo koji deo morske zvezde sa našom građom tela?“, istakao je koautor studije Kristofer Lou, morski biolog sa Univerziteta Stanford.

Bilateralna građa tela većine životinja proističe iz genetskih akcija na molekularnom nivou koje se mogu pratiti u glavi i trupu, ili glavnim delovima tela, zbog čega kičmenjaci, poput ljudi, i mnogi beskičmenjaci, uključujući insekte, dele slično genetsko programiranje.

Ovo otkriće je nagrađeno Nobelovom nagradom za fiziologiju ili medicinu 1995. godine.

Ali bodljokošci takođe dele zajedničkog pretka sa bilateralnim životinjama, što dodatno komplikuje već zagonetnu situaciju koju istraživači pokušavaju da objasne.

„Kako posmatrati različite delove tela bodljokožaca u odnosu na one koje vidimo kod drugih životinjskih grupa, za naučnike je bila misterija od početka proučavanja“, naglasio je koautor studije dr Džef Tompson, predavač na Univerzitetu Sautempton.

„Kod njihovih bilateralnih rođaka, telo je podeljeno na glavu, trup i rep. Ali gledajući samo morsku zvezdu, nemoguće je videti kako ove delove treba posmatrati u odnosu na tela bilateralnih životinja.“

Dešifrovanje koda bodljokožaca

Istraživači koji stoje iza nove studije koristili su metodu skeniranja mikrokompjuterizovanom tomografijom kako bi imali trodimenzionalni pogled na oblik i strukturu morskih zvezda.

Takođe, članovi tima koristili su napredne analitičke tehnike kako bi uočili gde se unutar tkiva javlja ekspresija gena i odredili specifične sekvence RNK unutar ćelija. Ekspresija gena se javlja kada informacije unutar gena postanu funkcionalne.

Specifični molekularni markeri deluju kao nacrti plana tela, usmeravajući svaku ćeliju ka delu tela gde pripada.

„Ako skinete kožu sa životinje i pogledate gene uključene u diferencijaciju glave od repa, isti geni kodiraju ove delove tela u svim grupama životinja. Zato smo ignorisali anatomiju i zapitali se: Da li se ispod sve ove čudne anatomije krije molekularna osa i koja je njena uloga kod morske zvezde koja formira pentaradijalni plan tela?“, objasnio je Lou.

Koristeći zajedničke podatke, kreirali su trodimenzionalnu mapu da bi se utvrdilo gde su lokalizovane ekspresije gena dok su se morske zvezde razvijale i rasle.

Tim je uspeo da odredi gene koji kontrolišu razvoj ektoderma morske zvezde, koji uključuje njenu kožu i nervni sistem. Genetski potpisi dovedeni u vezu sa razvojem glave otkriveni su u celom telu morskih zvezda, posebno koncentrisanih u centru zvezde i centru svakog kraka.

Ali ekspresija gena za delove trupa i repa je uglavnom izostala, što je otkrilo da morske zvezde „imaju najdramatičniji primer razdvajanja regiona glave i trupa kojih smo danas svesni“, rekao je Loren Formeri, koji je takođe član istraživačkog tima Bio-haba Čan–Zakerberg, neprofitne istraživačke organizacije u San Francisku.

Istraživanje je i finansirala ova organizacija koju su 2021. godine osnivali dr Prisila Čen i Mark Zakerberg, kao i NASA, Nacionalna naučna fondacija i Leverhjum fondacija.

„Kada smo uporedili ekspresiju gena u morskoj zvezdi sa drugim grupama životinja, poput kičmenjaka, pokazalo se da nedostaje ključni deo građe tela“, rekao je Tompson.  „Geni koji su tipično uključeni u oblikovanje trupa životinje nisu bili izraženi u ektodermu. Čini se da je celo telo bodljokožaca otprilike jednako glavi kod drugih grupa životinja.“

Morske zvezde i drugi bodljokošci verovatno su razvili jedinstvenu građu tela kada su njihovi preci izgubili deo trupa, omogućavajući im da se kreću i hrane drugačije od drugih životinja.

„Naše istraživanje nam govori da je građa bodljokožaca evoluirala na složeniji način nego što se ranije mislilo i još mnogo toga treba naučiti o ovim intrigantnim stvorenjima“, rekao je Tompson i dodao da su nalazi do kojih su došli radikalno promenili način na koji razmišlja o ovoj grupi životinja.

Novi uvidi u tajne bodljokožaca

Istraživanja na životinjama uglavnom su fokusirana na one vrste koje dele sličnosti sa ljudima. Ali proučavanje grupa poput bodljokožaca moglo bi da reši neke od najsloženijih misterija o evoluciji života na Zemlji.

„Većina životinja nema spektakularan nervni sistem i juri plen – to su skromne životinje koje žive u jazbinama u okeanu. Ljude generalno ove životinje ne privlače, a ipak one predstavljaju dokaz koliko je život raznolik“, naglasio je Lou.

Razumevanje načina na koji su se razvile životinje poput morskih zvezda takođe može omogućiti uvid u različite načine na koje različite vrste ostaju zdrave.

„Svakako je teže raditi sa organizmima koji se ređe proučavaju. Ali ako iskoristimo priliku da istražimo neobične životinje koje deluju na neobične načine, to znači da proširujemo našu perspektivu biologije, što će nam na kraju pomoći da rešimo i ekološke i biomedicinske probleme“, poručio je koautor studije Danijel Roksar, profesor genetike, genomike, evolucije i razvoja na Kalifornijskom univerzitetu u Berkliju i istraživač Bio-haba Čen–Zakerberg.