Cablajul pentru mers s-a dezvoltat cu mult înainte ca peștii să părăsească marea

Vizualizați videoclipul

Aceste înotătoare au fost făcute pentru a se plimba și asta este exact ceea ce fac acești pești – datorită cablurilor care au evoluat cu mult înainte ca vertebratele să pună piciorul pe uscat.

Patinele mici folosesc două aripioare asemănătoare picioarelor pe partea inferioară pentru a se deplasa de-a lungul fundului oceanului. Cu un pas alternant stânga-dreapta alimentat de mușchii care se îndoaie și se extind, mișcarea acestor pești seamănă mult cu cea a multor animale de pe uscat.

Acum, testele genetice arată de ce: patinele mici și vertebratele de uscat împărtășesc același model genetic pentru dezvoltarea celulelor nervoase necesare pentru mișcarea membrelor, raportează cercetătorii online pe 8 februarie în Celulă. Această lucrare este prima care analizează originile circuitelor neuronale necesare pentru mers, spun autorii.

„Aceasta este o istorie naturală fantastic de interesantă”, spune Ted Daeschler, un paleontolog de vertebrate la Academia de Științe Naturale din Philadelphia.

„Neuronii esențiali pentru ca noi să ne plimbăm își au originea în specii antice de pești”, spune Jeremy Dasen, neuroștiință la Universitatea din New York. Pe baza înregistrărilor fosile, echipa lui Dasen estimează că strămoșul comun al tuturor vertebratelor terestre și patinelor a trăit în urmă cu aproximativ 420 de milioane de ani – poate cu zeci de milioane de ani înainte ca vertebratele să se mute pe uscat (SN: 14.01.12, str. 12).

patine mici (Leucoraja erinacea) aparțin unui grup evolutiv primitiv. Patinele nu s-au schimbat prea mult de când strămoșii lor s-au despărțit de peștii care au evoluat în land-rover, așa că găsirea aceluiași circuit neuronal la patine și la vertebratele terestre a fost surprinzătoare.

Calea către descoperire a început când Dasen și coautorul Heekyung Jung, acum la Universitatea Stanford, au văzut videoclipuri pe YouTube cu patinele mici mergând.

„Am fost complet uluit”, spune Dasen. „Știam că unele specii de pești pot merge, dar nu știam despre acestea.”

Majoritatea peștilor înoată ondulandu-și corpul și coada, dar patinele mici au o coloană vertebrală care rămâne relativ dreaptă. În schimb, patinele mici se mișcă batând aripioarele pectorale în formă de clătită și mergând pe „picioare”, două aripioare înfipte de-a lungul pelvisului.

Măsurătorile mișcărilor patinelor mici au descoperit că acestea erau „surprinzător de asemănătoare” cu mersul biped, spune Jung, care a făcut munca în timp ce era la NYU. Pentru a investiga modul în care a apărut această similitudine, cercetătorii s-au uitat la celulele nervoase motorii, care sunt responsabile de controlul mușchilor. Fiecare tip de mișcare necesită diferite tipuri de celule nervoase motorii, spune Dasen.

Construirea acelor circuite neuronale este controlată parțial de Hox genele, care ajută la stabilirea planului corpului, unde ar trebui să meargă membrele, mușchii și nervii. De exemplu, șerpi și alte animale care au pierdut unele Hox genele au corpuri care se mișcă în ondulațiile alunecoase, pe care mulți pești le folosesc pentru a înota sub apă.

Comparând Hox genele în L. erinacea și șoareci, cercetătorii au descoperit că ambele au Hox6/7 și Hox10 gene și că aceste gene au roluri similare în ambele. Hox6/7 este important pentru dezvoltarea circuitelor neuronale utilizate pentru deplasarea aripioarelor pectorale ale patinelor și picioarelor din față ale șoarecilor; Hox10 joacă același rol pentru înotătoarele asemănătoare picioarelor la patine mici și membrele posterioare la șoareci. Alte gene și circuite neuronale pentru controlul motorului au fost, de asemenea, conservate, sau neschimbate, între patine mici și șoareci. Descoperirile sugerează că atât patinele, cât și șoarecii au un strămoș comun cu genetică similară pentru locomoție.

Rezultatul este că „vertebratele sunt toate foarte asemănătoare între ele”, spune Daeschler. „Evoluția funcționează prin reparații. Cu toții folosim ceea ce am moștenit – o versiune modificată a circuitelor care a început acum peste 400 de milioane de ani.”