Ολόκληρο το σώμα του αστερία είναι ένα κεφάλι

Όταν κοιτάτε ένα θαλάσσιο αστέρι –ή αστερία–

δεν είναι

πραγματικά σαφές ποιο μέρος του πανομοιότυπου πεντάκτινου σώματός του θεωρείται το κεφάλι του. Αυτή η ερώτηση προβληματίζει τους βιολόγους εδώ και δεκαετίες, αλλά ορισμένες νέες έρευνες λένε ότι ολόκληρο το σώμα ενός αστερία θα μπορούσε να λειτουργεί σαν κεφάλι. Τα ευρήματα περιγράφονται στο α

μελέτη που δημοσιεύθηκε την 1η Νοεμβρίου στο περιοδικό

Φύση


και θα μπορούσε να είχε λύσει το μυστήριο του τρόπου με τον οποίο τα

αστέρια

της θάλασσας και άλλα εχινόδερμα εξέλιξαν τα σώματά τους με διακριτικό σχήμα.

[Related:


This strange 500-million-year-old sea urchin relative lost its skeleton


.]

Ψάχνοντας για κεφάλια και κορμούς

Τα αστέρια της θάλασσας είναι ασπόνδυλα που ανήκουν σε μια ομάδα ζώων που ονομάζονται εχινόδερμα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει επίσης αχινούς και άμμο και όλα έχουν σώματα που είναι διατεταγμένα σε πέντε ίσα και συμμετρικά τμήματα. Στην αρχή της εξέλιξής τους, τα εχινόδερμα είχαν α

διμερώς σχεδιασμένος πρόγονος

με δύο καθρέφτες πλευρές περισσότερο σαν του ανθρώπου.

«Το πώς σχετίζονται τα διάφορα μέρη του σώματος των εχινόδερμων με αυτά που βλέπουμε σε άλλες ομάδες ζώων ήταν ένα μυστήριο για τους επιστήμονες για όσο καιρό τα μελετούσαμε», ο Jeff Thompson, συν-συγγραφέας της μελέτης και εξελικτικός βιολόγος στο το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον στο Ηνωμένο Βασίλειο,

είπε σε δήλωση

. «Στους διμερείς συγγενείς τους, το σώμα χωρίζεται σε κεφάλι, κορμό και ουρά. Αλλά κοιτάζοντας μόνο έναν αστερία, είναι αδύνατο να δει κανείς πώς αυτά τα τμήματα σχετίζονται με τα σώματα αμφίπλευρων ζώων».

Στο

νέα μελέτη

μια διεθνής ομάδα επιστημόνων συνέκρινε τους μοριακούς δείκτες στα θαλάσσια αστέρια με μια ευρύτερη ομάδα ζώων που ονομάζεται

δευτεροστόμια

. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει εχινόδερμα όπως τα αστέρια της θάλασσας και αμφίπλευρα ζώα συμπεριλαμβανομένων των σπονδυλωτών. Τα δευτεροστόμια έχουν όλοι έναν κοινό πρόγονο, επομένως η σύγκριση της ανάπτυξής τους μπορεί να προσφέρει ενδείξεις για το πώς τα εχινόδερμα εξέλιξαν το πιο μοναδικό πεντάκτινο σχέδιο σώματος τους.

Χρησιμοποίησαν πολλαπλές μοριακές και γονιδιωματικές τεχνικές υψηλής τεχνολογίας για να δουν πού εκφράστηκαν διαφορετικά γονίδια κατά την ανάπτυξη και ανάπτυξη ενός θαλάσσιου αστέρα. Η μικρο-CT σάρωση επέτρεψε επίσης στην ομάδα να κατανοήσει το σχήμα και τη δομή των ζώων με περισσότερες λεπτομέρειες.

Χαρτογράφηση θαλάσσιων αστεριών

Τα μέλη της ομάδας από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, το Πανεπιστήμιο της

Καλιφόρνια

, το Μπέρκλεϋ και το Pacific BioSciences, χρησιμοποίησαν τεχνικές που ονομάζονται τομογραφία RNA και

in situ υβριδισμό

να δημιουργήσει έναν τρισδιάστατο χάρτη της γονιδιακής έκφρασης ενός θαλάσσιου αστέρα για να δει πού εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια κατά την ανάπτυξη. Χαρτογράφησαν συγκεκριμένα την έκφραση των γονιδίων που ελέγχουν την ανάπτυξη του εξωδερμίου ενός θαλάσσιου αστεριού, το οποίο περιλαμβάνει το νευρικό του σύστημα και το δέρμα του.

Βρήκαν γονιδιακές υπογραφές που σχετίζονται με την ανάπτυξη του κεφαλιού σχεδόν παντού σε νεαρά αστέρια της θάλασσας. Η έκφραση των γονιδίων που κωδικοποιούν τον κορμό και τα τμήματα της ουράς ενός ζώου επίσης έλειπε σε μεγάλο βαθμό.

[Related:


What’s killing sea

stars

?


]

«Όταν συγκρίναμε την έκφραση γονιδίων σε έναν αστερία με άλλες ομάδες ζώων, όπως τα σπονδυλωτά, φάνηκε ότι ένα κρίσιμο μέρος του σχεδίου σώματος έλειπε», είπε ο Thompson. «Τα γονίδια που συνήθως εμπλέκονται στη διαμόρφωση του κορμού του ζώου δεν εκφράστηκαν στο εξώδερμα. Φαίνεται ότι ολόκληρο το σχέδιο σώματος του εχινόδερμου είναι περίπου ισοδύναμο με το κεφάλι σε άλλες ομάδες ζώων».

Οι μοριακές υπογραφές που συνδέονται τυπικά με το μπροστινό μέρος του κεφαλιού ενός ζώου εντοπίστηκαν επίσης στο μέσον καθενός από τους πέντε βραχίονες του θαλάσσιου αστέρα.

«Είναι σαν να λείπει τελείως ένας κορμός από το αστέρι της θάλασσας και περιγράφεται καλύτερα ως ένα κεφάλι που σέρνεται στον πυθμένα της θάλασσας», ο συν-συγγραφέας της μελέτης και εξελικτικός βιολόγος του Πανεπιστημίου Στάνφορντ Λορέντ Φόρμερι.

είπε σε δήλωση

. «Δεν είναι καθόλου αυτό που υπέθεσαν οι επιστήμονες για αυτά τα ζώα».

Οι θαλάσσιοι αστέρες και άλλα εχινόδερμα μπορεί να εξέλιξαν το σχέδιο του σώματός τους με πέντε τμήματα χάνοντας την περιοχή του κορμού που είχαν κάποτε οι διμερείς πρόγονοί τους. Αυτή η ευκαιρία θα τους επέτρεπε να κινούνται και να τρέφονται διαφορετικά από τα ζώα με δύο συμμετρικούς βραχίονες.

«Η έρευνά μας μας λέει ότι το σχέδιο σώματος του εχινόδερμου εξελίχθηκε με πιο περίπλοκο τρόπο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε για αυτά τα ενδιαφέροντα πλάσματα», είπε ο Thompson. «Ως κάποιος που τα έχει μελετήσει τα τελευταία δέκα χρόνια, αυτά τα ευρήματα άλλαξαν ριζικά τον τρόπο με τον οποίο σκέφτομαι αυτή την ομάδα ζώων».

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Leverhulme Trust, τη NASA, το NSF και το Chan Zuckerberg BioHub.