Jak zrobić ucho ze skrzeli? Podgłaśniając geny

Czy prehistoryczne ryby miały uszy? Badania opublikowane na łamach „Nature” dowodzą, że – w pewnym sensie – tak. Wprawdzie ssaki są obecnie jedynymi na całym drzewie życia posiadaczami małżowin usznych, ale okazuje się, że kluczowe struktury potrzebne do wytworzenia uszu zewnętrznych istniały już u wczesnych ryb.

Dotychczas wiadomo było, że elementy ucha środkowego (np. kosteczki słuchowe: młoteczek, kowadełko, strzemiączko) wywodzą się z przekształconych kości szczękowych naszych odległych rybich przodków. Brakowało jednak danych, które pozwoliłyby ustalić, jakie dokładnie mechanizmy doprowadziły do tego, że współczesny słoń afrykański może wachlować boki ciała, lis – lokalizować gryzonia schowanego głęboko pod śniegiem, a kot – okazywać, że jest nieprzychylnie nastawiony do barbarzyńskich procedur typu przycinanie pazurów.

Biolodzy i otolaryngolodzy z kilku amerykańskich ośrodków sformułowali, a następnie przetestowali dwie hipotezy związane z ewolucją ucha zewnętrznego ssaków. Pierwszym ważny tropem było ustalenie, że histologia ssaczych chrząstek małżowinowych oraz rybich chrząstek skrzelowych jest bardzo podobna. W jednym i drugim przypadku tkankę tę cechuje nie tylko duża odporność, ale też elastyczność (inna, niż np. w przypadku chrząstek powlekających stawy).

Drugi trop dotyczył genetyki. Badacze założyli, że jeśli ucho zewnętrzne rzeczywiście wywodzi się ze skrzeli, to możliwe, że powstało ono nie wskutek działania nowych genów, lecz poprzez modyfikację tzw. genetycznych wzmacniaczy (enhancers). Elementy te działają jak pokrętło głośności i wpływają na to, jak intensywna jest ekspresja danego genu. W tym wypadku sprawiły, że chrząstki skrzeli rozwijały się ponadprzeciętnie, aż stworzyły ucho.

Oba tropy okazały się trafne. Uczeni sprawdzili je, włączając ludzkie wzmacniacze odpowiedzialne za wykształcanie małżowin usznych do genotypów danio pręgowanych. Okazało się, że komórki budujące skrzela tych ryb odpowiedziały zwiększoną ekspresją. Dalsze analizy, prowadzone m.in. na anolisach (niewielkich jaszczurkach) wykazały, że zmodyfikowane, „wzmocnione” chrząstki elastyczne wprowadzone do gadzich zarodków wykazują tendencję do przemieszczania się w kierunku kanału słuchowego.

To kolejne badania pokazujące, jak wielozadaniowa, a zarazem oszczędna bywa ewolucja. Mechanizmy, którym podlega, często wykorzystują stare struktury do całkiem nowych zadań – z zachowaniem możliwie najmniejszych kosztów „produkcji”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.