Surprinde! Suntem mai mult ca peștele primitiv decât odată crezut

Cronologia evoluției coloanei vertebrale. Credit: Dr. Guojie Zhang

Plămânii și membrele au fost considerate în mod tradițional drept evoluții cheie prin transferul coloanei vertebrale din apă în uscat. Dar, de fapt, baza genetică a respirației aerului și a mișcării membrelor a fost stabilită la strămoșii noștri de pești cu 50 de milioane de ani mai devreme. Aceasta este, potrivit unei cartografii recente a genomului peștilor primitivi efectuată de Universitatea din Copenhaga, printre altele. Noul studiu ne schimbă înțelegerea unei etape cheie din propria noastră istorie evolutivă.

Nimic nou despre oameni și toate celelalte vertebrate nu a evoluat din pești. Înțelegerea convențională este că unii pești s-au mutat în interior cu aproximativ 370 de milioane de ani în urmă, așa cum se numeau animale primitive, asemănătoare unei șopârle tetrapode. Conform acestei înțelegeri, strămoșii noștri au scos peștii din apă pe uscat transformându-și aripioarele în membre și respirând sub apă pentru a respira aer.

Cu toate acestea, picioarele și plămânii nu sunt inovații care au apărut atât de recent pe cât se credea odinioară. Strămoșul nostru comun de pește care a trăit cu 50 de milioane de ani înainte ca tetrapodul să ajungă la țărm purta deja codurile genetice pentru formele asemănătoare membrelor și respirația aerului necesar pentru aterizare. Aceste coduri genetice sunt încă prezente la oameni și la un grup de pești primitivi.

Acest lucru a fost demonstrat de cercetările genomice recente efectuate de Universitatea din Copenhaga și partenerii lor. Noua cercetare indică faptul că evoluția acestor coduri genetice antice ar fi putut contribui la tranziția coloanei vertebrale între apă și uscat, ceea ce schimbă viziunea tradițională a secvenței și a cronologiei acestui salt evolutiv major. Studiul a fost publicat în revista științifică Celulă.

„Tranziția apă-pământ este o etapă importantă în istoria noastră evolutivă. Cheia pentru a înțelege modul în care s-a produs această transformare este de a descoperi când și cum au evoluat plămânii și membrele. Acum putem arăta că baza genetică care stă la baza acestor funcții biologice s-a întâmplat mult mai devreme înainte ca primele animale să iasă la țărm ”, a spus Guojie Zhang, profesor și autor principal, de la Villum Center for Biodiversity Genomics, de la Universitatea din Copenhaga, Departamentul de Biologie.

Un grup de pești vii antici poate deține cheia explicării modului în care tetrapodul ar putea crește picioarele și să respire aer. Grupul de pești îi include pe cei care trăiesc în habitate de apă dulce superficială din Africa. Acești pești diferă de majoritatea celorlalți pești osoși care există prin purtarea de trăsături pe care strămoșii noștri de pești primiți le-ar fi putut dobândi cu peste 420 milioane de ani în urmă. Și aceleași caracteristici sunt prezente și de exemplu ființelor umane. Prin secvențierea genomică, cercetătorii au descoperit că genele necesare dezvoltării plămânilor și membrelor au apărut deja la aceste specii primitive.

Articulația noastră sinovială a evoluat din strămoșul peștilor

Folosind aripioarele pectorale care au funcția locomotorie ca membre, ciocul se poate deplasa pe uscat în mod similar cu tetrapodul. Cercetătorii au crezut de câțiva ani că aripioarele pectorale din bichir reprezintă aripile pe care le-au avut strămoșii noștri de pești.

Noua cartografiere a genomului arată că articulația care leagă osul metapterygium social de oasele radiale din aripioarele pectorale din bichir este omologă articulațiilor sinoviale la om – articulațiile care leagă oasele brațului superior și brațul. ADN o secvență care controlează formarea articulațiilor noastre sinoviale care existau la strămoșii comuni ai peștilor osoși și sunt încă prezenți la acești pești primitivi și la vertebratele terestre. La un moment dat, această secvență ADN și articulația sinovială s-au pierdut la toți peștii osoși obișnuiți – teleostele sociale.

„Acest cod genetic și clauza permit oaselor noastre să se miște liber, ceea ce explică de ce oamenii se pot deplasa pe uscat”, a spus Guojie Zhang.

Mai întâi plămânul, apoi înotul vezicii urinare

În plus, bichirul și câțiva alți pești primitivi au o pereche de plămâni care sunt anatomic similari cu ai noștri. Noul studiu relevă faptul că plămânii din bichir și aligatorul auto funcționează, de asemenea, într-un mod similar și exprimă același set de gene ca plămânii umani.

În același timp, studiul arată că țesutul pulmonar și al vezicii înotătoare la majoritatea peștilor existenți sunt foarte asemănători în ceea ce privește expresia genelor, confirmând că sunt organe omoloage așa cum a prezis Darwin. Dar, deși Darwin a sugerat că veziculele de înot se transformă în plămâni, studiul sugerează că veziculele de înot sunt mai susceptibile de a fi evoluat din plămâni. Cercetarea sugerează că strămoșii noștri de pește osos timpurii au avut plămâni funcționali primitivi. Prin evoluție, o ramură a peștilor a păstrat funcțiile pulmonare care sunt mai adaptate respirației aerului și au condus în cele din urmă la evoluția tetrapodelor. Cealaltă ramură a peștilor a modificat structura plămânilor și a evoluat cu vezici de înot, conducând evoluția teleostilor. Vezicele de înot permit acestor pești să mențină flotabilitatea și să câștige în greutate, îmbunătățind astfel supraviețuirea lor sub apă.

„Studiul ne luminează despre originea organelor corpului nostru și despre modul în care funcțiile lor sunt decodificate în genom. Astfel, unele dintre funcțiile asociate plămânilor și membrelor nu au evoluat în momentul conversiei apă-pământ, ci sunt codificate de unele mecanisme antice de reglare a genelor care erau deja prezente în strămoșul nostru de pește cu mult înainte de aterizare. Este interesant faptul că aceste coduri genetice sunt încă prezente în acești „pești fosili vii”, ceea ce ne oferă posibilitatea de a urmări rădăcina acestor gene înapoi ”, a spus Guojie Zhang.

CUTIE 1: Nu doar picioarele și plămânii, ci și inima

Peștii primitivi și oamenii au, de asemenea, o funcție comună și critică în sistemul cardiovascular: conus arterios, o structură din ventriculul drept al inimii noastre care ar putea permite inimii să livreze eficient oxigen în întregul corp și care se găsește și în bichir. . Cu toate acestea, marea majoritate a peștilor osoși au pierdut această structură. Cercetătorii au descoperit o componentă genetică care pare să controleze dezvoltarea conusului arterios. Experimentele transgenice cu șoareci au arătat că atunci când cercetătorii au îndepărtat această componentă genetică, șoarecii mutați au murit din cauza ventriculilor mai subțiri și mai mici, care duc la defecte congenitale ale inimii și compromit funcția inimii.

CUTIE 2:

  • Marea majoritate a speciilor de pești care există aparțin rasei, o subclasă de pești osoși. Acestea sunt de obicei pești cu branhii, aripioare și vezică.
  • Grupul terestru de vertebrate se numește tetrapod. Tetrapodul include toate vertebratele descendente de la primele animale adaptate vieții pe uscat prin dezvoltarea a patru membre și plămâni, adică toate mamiferele, păsările, reptilele și amfibienii.
  • Teoria cercetătorilor este că capacitatea de respirație a acestor pești primitivi le-a permis să supraviețuiască celei de-a doua extincții în masă cu aproximativ 375-360 de milioane de ani în urmă. În acel moment, epuizarea oxigenului în oceanele Pământului a provocat eliminarea majorității speciilor. Plămânii au permis unor pești să supraviețuiască pe uscat.
  • Studiul a fost publicat în revista științifică Celulă. Echipa de cercetare a contribuit, de asemenea, la o altă lucrare care a raportat genomul pentru un alt pește primitiv, plămânul. Genomul este cel mai mare genom al coloanei vertebrale decodate până acum. Această lucrare a fost publicată în Celulă in acelasi timp.
  • Cercetarea este susținută de Fundația Villum, printre altele.

Referință: „Urmărirea amprentelor genetice ale aterizării coloanei vertebrale la pești fără raze” de Xupeng Bi, Kun Wang, Liandong Yang, Hailin Pan, Haifeng Jiang, Qiwei Wei, Miaoquan Fang, Hao Yu, Chenglong Zhu, Yiran Cai, Yuming He, Xiaoni Gan, Honghui Zeng, Daqi Yu, Youan Zhu, Huifeng Jiang, Qiang Qiu, Huanming Yang, Yong E. Zhang, Wen Wang, Min Zhu, Shunping He și Guojie Zhang, 4 februarie 2021, Celulă.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.01.046

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.