Από πού προέρχονται τα χέρια και τα πόδια μας: Η προέλευση των άκρων μας

Συντάκτης: Κώστας Μαυραγάνης

Νέα στοιχεία για ένα από τα μεγαλύτερα εξελικτικά «μυστήρια»

MINISERIES VIA GETTY IMAGES

Νέα στοιχεία για την προέλευση των ζευγών άκρων μας ανακάλυψε διεθνής ομάδα ερευνητών: Όσο περίεργο και αν φαίνεται, πρόκειται για ένα από τα μεγαλύτερα εξελικτικά «μυστήρια», καθώς αποτελεί ένα εξαιρετικά σημαντικό εξελικτικό βήμα.

Το σχετικό επιστημονικό άρθρο δημοσιεύτηκε στο Nature. «Αυτό έχει εξελιχθεί σε ένα κάπως αμφιλεγόμενο θέμα, μα είναι πραγματικά ένα θεμελιώδες ερώτημα για την εξελικτική βιολογία: Από πού προέρχονται τα άκρα μας;» λέει ένας εκ των ερευνητών, ο Κρις Μοσιμάν, PhD, αναπληρωτής καθηγητής και Johnson Chair στο Τμήμα Παιδιατρικής της Σχολής Ιατρικής του Πανεπιστημίου του Κολοράντο (CU).

Το ερώτημα αυτό (από πού προέρχονται τα χέρια και τα πόδια μας) εξετάζεται εδώ και πάνω από 100 χρόνια. Το 1878 ο Γερμανός επιστήμονας Καρλ Γκεγκενμπάουρ είχε παρουσιάσει την υπόθεση πως τα ζεύγη πτερυγίων προέκυπταν από μια συγκεκριμένη «πηγή», την «αψίδα των βραγχίων» (gill arch), που συναντάται σε ψάρια για να υποστηρίζει τα βράγχιά τους. Άλλοι επιστήμονες προτιμούν μια άλλη θεωρία (lateral fin fold hypothesis), βάσει της οποίας τα πλευρικά πτερύγια στο πάνω και το κάτω μέρος των ψαριών είναι η πηγή των ζευγών πτερυγίων.

«Είναι ένα πολύ ενεργό θέμα έρευνας επειδή αποτελεί διανοητική πρόκληση εδώ και πολύ καιρό» είπε ο Μοσιμάν.

Για τον ίδιο η έρευνα σχετικά με την προέλευση των άκρων είναι παρακλάδι άλλων ερευνών στο εργαστήριό του, όπου η ομάδα του χρησιμοποιεί ψάρια (zebrafish) ως μοντέλο για την κατανόηση της εξέλιξης από κύτταρα σε όργανα. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του εξετάζουν το πώς τα κύτταρα αποφασίζουν την πορεία τους, αναζητώντας εξηγήσεις ως προς το πώς η εξέλιξη μπορεί να ακολουθήσει λάθος πορεία, οδηγώντας σε ανωμαλίες (πχ καρδιαγγειακές παθήσεις).

Ο Μοσιμάν και οι συνεργάτες του παρατήρησαν πώς ένας περίεργος τύπος κυττάρου με χαρακτηριστικά κυττάρων συνδετικού ιστού (ινοβλάστες) «μετανάστευσε» σε συγκεκριμένα αναπτυσσόμενα πτερύγια των ψαριών. Όπως προκύπτει, αυτά τα κύτταρα μπορούν να υποστηρίξουν μια σύνδεση μεταξύ των ανταγωνιστικών θεωριών για την εξέλιξη των άκρων.

«Πάντα ξέραμε ότι αυτά τα κύτταρα ήταν περίεργα» λέει σχετικά. «Υπήρχαν αυτά τα κύτταρα που έμοιαζαν με ινοβλάστες και πήγαν στο κοιλιακό πτερύγιο…παρόμοια κύτταρα ινοβλαστών δεν πήγαν σε άλλα πτερύγια εκτός από το θωρακικό πτερύγιο, που είναι το αντίστοιχο των χεριών. Οπότε συνεχίσαμε να βλέπουμε αυτούς τους περίεργους ινοβλάστες, και δεν μπορούσαμε να βγάλουμε άκρη για το τι ήταν για πολλά χρόνια».

Το εργαλείο του Μοσιμάν ανέπτυξε τεχνικές για την παρακολούθηση της πορείας των κυττάρων κατά την ανάπτυξή τους στο πλαίσιο της κύριας έρευνας, που ήταν η καλύτερη κατανόηση του πώς το εμβρυϊκό κυτταρικό στρώμα (χαρακτηρίζεται στη συγκεκριμένη ανακοίνωση του πανεπιστημίου ως lateral plate mesoderm) συμβάλλει σε πολλά όργανα. Το συγκεκριμένο στρώμα είναι η «πηγή» (από άποψης ανάπτυξης) της καρδιάς, των αιμοφόρων αγγείων, των νεφρών, του συνδετικού ιστού, καθώς και μεγάλων τμημάτων των άκρων. Τα ζεύγη πτερυγίων που σχηματίζουν το αντίστοιχο των χεριών και των ποδιών μας προκύπτουν από κύτταρα από αυτό το στρώμα, ενώ άλλα πτερύγια όχι. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα συγκεκριμένα αυτά πτερύγια κατέληξαν να γίνουν άκρα είναι στον πυρήνα της σχετικής συζήτησης.

Η Χάνα Μοράν, διδακτορική στο πρόγραμμα κυτταρικής βιολογίας, βλαστοκυττάρων και ανάπτυξης στο εργαστήριο του Μοσιμάν, τροποποίησε μια μέθοδο παρακολούθησης κυττάρων του προαναφερθέντος στρώματος που συμβάλλουν στην ανάπτυξη της καρδιάς. «Το κύριο ερευνητικό μου αντικείμενο εστιάζει στην ανάπτυξη της καρδιάς αντί των άκρων» είπε η Μοράν, προσθέτοντας πως «υπήρχε όμως μια γενετική τεχνική την οποία είχα προσαρμόσει για τη χαρτογράφηση των πρώιμων καρδιακών κυττάρων, και έτσι ήμασταν σε θέση να την εφαρμόσουμε στη χαρτογράφηση από όπου ήρθαν τα μυστηριώδη κύτταρα του κοιλιακού πτερυγίου. Και αποδεικνύεται πως είναι επίσης από το “lateral plate mesoderm”».

Η ανακάλυψη αυτή παρέχει ένα νέο κομμάτι του «παζλ» ως προς την ευρύτερη εικόνα του τρόπου με τον οποίο αναπτύχθηκαν τα χέρια και τα πόδια μας. Όλο και περισσότερα στοιχεία υποστηρίζουν την υπόθεση της εξέλιξης ζευγών άκρων που είναι γνωστή ως θεωρία διπλής προέλευσης (dual origin theory).

«Τα δεδομένα μας ταιριάζουν καλά σε αυτή τη συνδυαστική θεωρία, μα στέκονται και μόνα τους με τη θεωρία των πλευρικών πτερυγίων» είπε ο Ρόμπερτ Λαλόντε, μεταδιδακτορικός στο εργαστήριο. «Ενώ τα ζεύγη άκρων προκύπτουν από το lateral plate mesoderm, αυτό δεν αποκλείει μια αρχαία σύνδεση με αζευγάρωτα, πλευρικά πτερύγια».

Παρατηρώντας τους μηχανισμούς της ανάπτυξης του εμβρύου και συγκρίνοντας την ανατομία των υπαρχόντων ειδών, ερευνητικές ομάδες όπως του Μοσιμάν μπορούν να αναπτύξουν θεωρίες ως προς το πώς οι εμβρυϊκές δομές μπορεί να αναπτύχθηκαν ή να άλλαξαν στο πέρασμα του χρόνου. «Το έμβρυο έχει χαρακτηριστικά που αποτελούν αρχαία απομεινάρια…και μας παρέχουν στοιχεία για το πώς έχουν εξελιχθεί τα ζώα» είπε ο Μοσιμάν. «Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το έμβρυο για να μάθουμε περισσότερα για χαρακτηριστικά που υπάρχουν και σήμερα, επιτρέποντάς μας να ταξιδέψουμε κατά κάποιον τρόπο πίσω στον χρόνο» σημείωσε.

(Πηγή: huffingtonpost.gr)