Kako je zmija izgubila nogu?

Anonim

Zmije su izduženi, mesožderni gmazovi potkoljenice Serpentes . Njihova najosobitija značajka je njihov nedostatak dodataka. Zmije su bezgrešne pa se kreću klizanjem naprijed, vukući i povlačenjem tijela preko zemlje.

Sada, ako je rep bitna karakteristika tijela životinje, moramo se pitati gdje se zmijino tijelo završava i rep počinje? Ovo je smiješno, ali vrlo duboki filozofski problem, ako me pitate. Ali nemojmo više ostati na tome.

Umjesto toga, na daleko ozbiljniju napomenu, ono na što se trebamo usredotočiti jest pitanje zašto su zmije izgubile noge na prvom mjestu?

(Foto kredit: Pixabay)

Pitanje u osnovi pita, zašto bi priroda smatrala ovu regresiju bolju za preživljavanje nego da imaju udove poput ostalih gmazova? Spretnost bi znatno olakšala burrowing nego što bi bilo bez par prednjih leđa.

Jedan novinski članak tvrdi da prapovijesne zmije posjeduju udove, iako vrlo tanke. Postupno su ih izgubili zbog određenih energetskih ograničenja. Kasnije ćemo saznati kako su ova ograničenja nametnula ovu regresiju i uhitila rast udova u samoj fazi proizvodnje - na razini gena.

Zmije s kostima gležnja

Istraživanje sugerira da su zmije evoluirale iz guštera koje su iskopavale na kopnu ili plivale u oceanu. Ipak, noge su postale zastarjelo u oba slučaja kada se životinja razvijala tijekom vremena. Čini se da su izgubili udove jer je prisutnost udova ometala vodenu lokomotivnost. Ali što je s iskopavanjem? Ne bi li prešuvala pomoć pri uklanjanju?

Pa, zoologisti tvrde da zmije rijetko iskopaju svoje rupe. Umjesto toga, oni su se probijali i bacili u rupe koje su iskopale manje životinje, vjerojatno potencijalni plijen. U ovom scenariju, forelimbs sigurno bi ih napravio veći od rupe i spriječio ih da pristupaju njihovoj hrani.

Prisutnost udova bi bila odgovorna za zastrašujući gubitak energije. Ta ograničenja prisiljavaju regresiju da nema nogu. Regresija je također došla bez utjecaja na opstanak organizma. Istraživanje ističe da se gubitak udova može pripisati zmijama koje ih rastu izuzetno slabim stopama ili ih rastu samo u vrlo kratkom vremenu.

Samo ako ima udove.

Za studiju, Houssaye i njezine kolege iz Nacionalnog prirodoslovnog muzeja u Parizu strogo su ispitivali prapovijesnu fosilnu zmiju nazvana Eupodophis descouensi. Vjeruje se da su najstarije zmije datirane još od 94-112 milijuna godina. Ova zmija nije bila među najstarijima, ali je došla blizu, procjenjuje se na oko 90 milijuna godina.

Znanstvenici su koristili novu, visoko naprednu tehniku ​​slikanja nazvanu Synchrotron Radiation Computed Laminography (SRCL). Postupak koristi velike strojeve koji nam omogućuju povećanje i pregled mikroskopskih značajki u iznimnim detaljima. Još važnije, to ne uzrokuje oštećenja tih neprocjenjivih primjeraka.

Strojevi izlažu uzorak intenzivnom rendgenskom zračenju koje duboko prodire fosil kroz svaku rupu dok se rotira na podlozi. Postupak generira tisuće 2D slika visoke razlučivosti, koje su sastavljene tako da oblikuju sofisticirani 3D model fosila.

(Foto: Pansci.asia)

Trodimenzionalni model fosilizirane zmije ilustrirao je drevne zmijske kukove i vitke noge od 2 cm! Pokazalo je 2 mala, regresirana stražnja udova i odsutnost prednjih udova. Osjetljiva noga bila je savijena na koljenu i imala je 4 kosti gležnjeva, ali nije imala kosti nogu ni prsta. Ova morfologija vrlo nalikuje udovima suvremenoga zemaljskog guštera.

Još jedna zmija sličnog doba, Najesh rionegrina, također se predviđa da ima 2 infinitesimalno tanke stražnje noge. Zmija je pokazala žrtvu, triangularnu koščatu osobinu koja podupire zdjelicu.

Ove se značajke možda suptilno udaljile dok se životinja razvijala.

Jedini genetički štip koji je izazvao zmiju da izgubi udove

Vrlo elegantna studija otkrila je da genom zmija posjeduje gene za genezu i rast ekstremiteta, ali malene mutacije u DNK koji se nalaze u blizini gena koji je ključan za arhitekturu i rast raka, spriječili su da se gen ikada aktivira na prvom mjestu i time promijenio njihov izgled zauvijek.

(Foto Credit: pxhere.com)

Ovo ilustrira efekt scintilacijskog leptira u kojem malena varijacija prevodi do posljedičnih razlika. Studija ističe spektakularne poremećaje koje jedna genetska mutacija može potaknuti. Zoologisti tvrde da je ova regresija mogla potaknuti djelovanje prije nekih 150 milijuna godina.

Prve tragove o tim genetskim promjenama tražio je Martin Cohn, biolog evolucijskog razvoja na Sveučilištu u Floridi 1999. godine. Otkrio je da neki geni u zmijskom embriju sudjeluju u različitom uzorku aktivnosti od ostalih gmazova u istoj državi. Shvatio je da uvođenje faktora rasta može omogućiti tim embrijima da počnu rastuće udove. Međutim, budući da je tehnologija za uređivanje gena bila samo u početnim fazama, Cohn nije imao odgovarajuće alate za dublje pregledavanje.

Četiri godine kasnije, Hanken i njegovi kolege otkrili su da je aktivnost gena zvanog Sonic hedgehog (Shh) odigrala značajnu ulogu u oblikovanju udova i veličini guštera, što sugerira da bi to moglo biti značajno za zmije.

Kao što je tehnologija za genetsku obradu zabilježena, znanstvenici su pratili embrionalnu aktivnost pitona kako bi ispitali zašto njihove noge rastu, ali nikada ne završavaju potpuno razvijene. Rezultati su otkrili 3 brisanja u genetskoj sklopnici koja kontrolira aktivnost istog Sonic hedgehog (SHH) gena!

Gen je dobio ime po popularnom liku iz crtića Sonic the Hedgehog. (Fotografija: Flickr)

Prekidač se formalno naziva pojačivačem. Pojačivač postiže vez, gdje se isporučuju svi proteini koji kontroliraju aktivnost ovog gena. Brisanja otežavaju da se proteini pristaju, čime im pružaju uski prozor genske aktivnosti tijekom razvoja python embrija koji je ključan za bilo koji rast grla.

Alex Visel, genomicar u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley u Berkeley, Kalifornija, uspoređivao je genetske sekvence drevnih zmija, kao što su pitoni i boas, novonastalim zmijama poput kobre i pitona. Otkrio je da potonji nisu imali nikakvih nogu koji su bili prisutni u prvom. Njihova pojačivača bila su popunjena delecijama i regresivnim mutacijama.

Istraživači su zatim pokušali testirati utjecaj tog pojačivača na udove miša, kako bi se predvidjeli njezini učinci na rast njihovih udova. U istraživanom eksperimentu istraživači su koristili CRISPR-Cas9 tehniku ​​za uređivanje gena kako bi zamijenili vlastiti pojačivač glodavaca s pojačivačima drugih životinja i potom pojačivačem zmije.

Kada sazrijevaju s pojačivačem drugih vrsta, mišje noge rasle su konvencionalno. Međutim, kada je zamijenjen uz pojačivač zmija, rast udova bio je ograničen na male nubs! Štoviše, kada je istraživač učinio neophodne dodatke DNA i stavio modificirani pojačivač natrag u miševe, rast nogu nastavio se do njegovog normalnog rasta!

Na taj način, mikroskopski ugađanje koji je promijenio stabla zmija DNK ograničilo je sve izbočine na neprimjetan pupoljak, ili u slučaju novih iteracija zmija vrsta, izazvao regresija da nema dodatka na sve.

(Foto kredit: Pixabay)

Ipak, znanstvenici su još uvijek neizvjesni može li se ovo ugađanje smatrati jedinstvenom, monumentalnom mutacijom koja je uvela trend prigušenja u gušteri i olakšala njihovu evoluciju u zmije. Oni vjeruju da ta mutacija možda nije jedini počinitelj, ali zasigurno je glavni glumac u toj dramatičnoj drami.

Za sada, zajednički predak svih zmija još uvijek lurks u sjenama, nedostižan i nerado identificirati.