Pre oko 350 miliona godina, vaši evolucioni preci — i preci svih savremenih kičmenjaka — bili su samo životinje mekog tela koje su živele u okeanima. Da bi preživele i evoluirale da bi postale ono što jesmo danas, ove životinje su morale da steknu izvesnu zaštitu i prednost nad okeanskim grabežljivcima, kojima su tada dominirali rakovi.
Evolucija kožnog oklopa, poput oštrih bodlji pronađenih na oklopljenom somu ili koštanih ljuski u obliku dijamanta, nazvanih šuštavi, koji pokrivaju jesetru, bila je uspešna strategija. Hiljade vrsta riba koristile su različite uzorke kožnog oklopa, sastavljenog od kosti i/ili supstance zvane dentin, važne komponente savremenih ljudskih zuba. Zaštitni premazi poput ovih pomogli su kičmenjacima da prežive i dalje evoluiraju u nove životinje i na kraju ljude.
Ali odakle je došao ovaj oklop? Kako su naši drevni podvodni preci evoluirali da uzgajaju ovaj zaštitni kaput?
Sada, koristeći jesetrinu ribu, nova studija otkriva da je specifična populacija matičnih ćelija, nazvana ćelije nervnog grebena trupa, odgovorna za razvoj koštanih ljuski kod riba. Rad je vodio Jan Stundl, sada postdoktorski stipendista Marije Sklodovske-Kiri u laboratoriji Marijane Broner, profesora biologije Edvarda B. Luisa i direktora Bekman instituta na Kaltehu. Rad koji opisuje istraživanje pojavljuje se u časopisu Proceedings of the National Academi of Sciences 17. jula.
Laboratorija Broner je dugo bila zainteresovana za proučavanje ćelija nervnog grebena. Pronađene u svim kičmenjacima, uključujući ribe, piliće i nas same, ove ćelije postaju specijalizovane na osnovu toga da li nastaju iz regiona glave (kranijalne) ili kičmene moždine (deblo). Ćelije neuralnog grebena i lobanje i trupa migriraju sa svojih početnih tačaka kroz telo u razvoju, stvarajući ćelije koje čine vilice, srce i druge važne strukture.
Nakon što je studija iz 2017. sa Univerziteta u Kembridžu pokazala da ćelije nervnog grebena trupa stvaraju dermalni oklop zasnovan na dentinu u vrsti ribe koja se zove mali skejt, Stundl i njegove kolege su pretpostavili da bi ista populacija ćelija takođe mogla dovesti do kosti. -bazirani oklop kod kičmenjaka široko.
Da bi ovo proučili, Stundl i tim su se okrenuli jesetri, posebno jesetri (Acipenser ruthenus). Moderne jesetre, najpoznatije po proizvodnji najskupljeg kavijara na svetu, i dalje imaju mnoge iste karakteristike kao i njihovi preci od pre miliona godina. To ih čini glavnim kandidatima za studije evolucije.
Koristeći embrione jesetri uzgojenih u Istraživačkom institutu za riblju kulturu i hidrobiologiju u Češkoj Republici, Stundl i njegov tim su koristili fluorescentnu boju da prate kako su ćelije neuralnog grebena debla ribe migrirale kroz njeno telo u razvoju. Jesetre počinju da razvijaju svoje koštane kore nakon nekoliko nedelja, pa su istraživači držali ribu koja raste u zamračenoj laboratoriji kako ne bi ometali fluorescentnu boju svetlošću.
Tim je pronašao fluorescentno obeležene ćelije neuralnog grebena na tačnim mestima gde su se formirali koštani ljusci jesetre. Zatim su koristili drugačiju tehniku da istaknu riblje osteoblaste, vrstu ćelije koja formira kost. Genetski potpisi povezani sa diferencijacijom osteoblasta pronađeni su u fluorescentnim ćelijama u plodovima koji se razvijaju, pružajući snažne dokaze da ćelije nervnog grebena trupa zapravo stvaraju ćelije koje formiraju kosti.
U kombinaciji sa nalazima iz 2017. o ulozi ćelija nervnog grebena u formiranju oklopa zasnovanog na dentinu, rad pokazuje da su ćelije nervnog grebena trupa zaista odgovorne za stvaranje koštanog dermalnog oklopa koji je omogućio evolutivni uspeh riba kičmenjaka.
„Rad sa nemodelnim organizmima je težak; alati koji postoje u standardnim laboratorijskim organizmima kao što su miš ili zebra ili ne rade ili ih treba značajno prilagoditi“, kaže Stundl. „Uprkos ovim izazovima, informacije od nemodelnih organizama kao što je jesetra omogućavaju nam da odgovorimo na osnovna pitanja evolucione razvojne biologije na rigorozan način.“
„Proučavajući mnoge životinje na drvetu života, možemo zaključiti koji su se evolucioni događaji desili“, kaže Broner. „Ovo je posebno snažno ako možemo pristupiti evolucionim pitanjima iz perspektive razvojne biologije, pošto su se mnoge promene koje su dovele do različitih tipova ćelija dogodile kroz male izmene u embrionalnom razvoju.“
Rad je naslovljen „Drevni dermalni oklop kičmenjaka evoluirao je iz neuronskog grebena trupa“.
