Poreklo lobanje kičmenjaka je tema mnogih debata među evolucionim biolozima. Neki veruju da se glava kičmenjaka razvila kao rezultat modifikacije segmentnih elemenata trupa, kao što su pršljenovi i somiti. S druge strane, drugi veruju da je glava kičmenjaka evoluirala kao novi, nesegmentirani deo tela, nepovezan sa drugim široko posmatranim somitima embrionalnih segmenata.
Zanimljivo je da su prethodne studije na embrionima otkrile prisustvo nekih ostataka somita u mezodermu glave (npr. šupljine glave i somitomere). Međutim, homologija između somita trupa i takvih segmenata glave bila je kontroverzna.
Neuspeh da se razume evoluciono poreklo glave kičmenjaka takođe se može pripisati nedostatku studija o postojećim vrstama kao što su lampuge, za koje se zna da dele nekoliko osobina sa fosilnim kičmenjacima bez čeljusti i zadržavaju primitivne osobine povezane sa mezodermom glave.
Dok su se neke studije fokusirale na embrionalnu morfologiju lampuga, one često nisu uspevale zbog izazova kao što su uništavanje tkiva i fiksacija kiseline tokom pregleda, što otežava posmatranje formiranja mezoderma glave i somita trupa.
Sada, međutim, istraživački tim na čelu sa docentom Takaiuki Onai sa Univerziteta u Fukuiju, Japan, koristio je napredne tehnike kao što su transmisiona elektronska mikroskopija i serijska elektronska mikroskopija za skeniranje lica (SBF-SEM) da bi razumela razvoj mezoderma glave. i somiti u embrionima lampuge.
Istraživači su takođe analizirali morfologiju i obrasce ekspresije gena cefalohordata i hemihordata (obojica su beskičmenjaci) da bi razumeli poreklo somita i mezoderma glave iz evolucione perspektive.
Ovaj rad je objavljen u časopisu iScience, a koautori su dr Noritaka Adachi sa Univerziteta Eks-Marsej, dr Hidetoshi Urakubo sa Nacionalnog instituta za fiziološke nauke (NIPS), dr Fumiaki Sugahara sa Medicinskog univerziteta Hiogo, dr. Toshihiro Aramaki sa Univerziteta u Osaki, dr Mami Macumoto sa NIPS-a i Univerziteta Nagoia Citi, i dr Nobuhiko Ohno sa NIPS-a.
Da bi razjasnili prisustvo ili odsustvo somita u mezodermu glave tokom ranih faza diverzifikacije, istraživači su se fokusirali na rozete, koje su glavni obrasci somita i važni su za kasniji razvoj pršljenova. Njihova početna zapažanja embriona lampuge su pokazala da tkivo blisko povezano sa formiranjem mišića lica i drugih elemenata lobanje, poznato kao mezoderm glave, ima klastere ćelija sa karakteristikama sličnim rozetama somita.
Da bi razjasnili da li su ovi klasteri ćelija rozete, sproveli su ultrastrukturne eksperimente, uključujući SBF-SEM i analizu ekspresije gena. Ispitivanje ćelijske morfologije i ekspresije gena otkrilo je da se ćelijski klasteri jasno razlikuju od rozeta. „Grupovi ćelija koje smo primetili su verovatno karakteristike specifične za lampuge, jer nisu prepoznatljive u mezodermu glave i embriona haha i ajkule“, objašnjava dr Onai.
Štaviše, analiza ekspresije gena je takođe otkrila odsustvo segmentne ekspresije gena povezanih sa somitogenezom, što ukazuje na njihovu različitost od somita. Ovi nalazi ukazuju na to da uzorak rozete koji se obično vidi kod somita nije nužno suštinska ili najosnovnija karakteristika koja definiše proces telesne segmentacije.
Štaviše, eksperimenti pružaju dokaze da se mezoderm glave kičmenjaka razilazio tokom ranih faza evolucije kičmenjaka. Štaviše, poređenje embriona hemihordata (bazalni deuterostom), amfioksusa (bazalni hordat) i kičmenjaka otkrilo je da su somiti verovatno nastali iz tkiva „endomezoderme“ drevnog pretka deuterostoma.
Evoluciono poreklo somita je centralno pitanje u zoologiji više od 150 godina, a u ovoj studiji, Onai et al. otkrio enigmu. Što se tiče evolucionog mehanizma za nastanak mezoderma glave, otkrili su da je mezoderm glave nastao segregacijom mezodermalnih gena između prednjeg i zadnjeg dela organizama (rostrokaudalna osa).
„Naša otkrića su otkrila drugačije evoluciono poreklo mezoderma glave kičmenjaka, što sugeriše da je evoluirao od preslikavanja drevnog mezoderma i da je diverzifikovan čak i pre pojave čeljusti kičmenjaka“, zaključuje dr Onai.
Ukratko, nalaz da se klasteri ćelija prisutni u mezodermu glave razlikuju morfološki i molekularno od somita favorizuje novi model gde se mezoderm glave kičmenjaka razilazio tokom rane evolucije. Ovo baca više svetla na prastaru debatu o evoluciji glave kičmenjaka i može nam pomoći da unapredimo razumevanje sopstvenog porekla.
