Γιατί είναι τυφλά όλα τα μεξικάνικα ψάρια σπηλαίων;

Το μεξικανικό tetra εξέλιξε την ικανότητα να ζει χωρίς όραση όταν τα ξαδέρφια του που κατοικούσαν στην επιφάνεια μεταπήδησαν στη ζωή σε σκοτεινές ασβεστολιθικές σπηλιές κατά την περίοδο του Πλειστόκαινου.

Πριν μπούμε στα επιστημονικά πράγματα πίσω από αυτό το περίεργο τυφλό ψάρι, επιτρέψτε μου να γαργαλήσω το αστείο κόκκαλό σας. Εδώ είναι ένα αστείο για εσάς.

Ένα χαζό αστείο! Συμφωνώ

Τώρα, δεν είναι ασυνήθιστο να συναντήσετε ένα τυφλό ψάρι ανάμεσα σε ένα κοπάδι ψαριών. Υπάρχουν μερικά ατυχή άτομα που γεννιούνται απλά χωρίς μάτια.

Ωστόσο, υπάρχουν είδη όπου η έλλειψη βολβών αποτελεί μέρος της φυσικής διαδικασίας εξέλιξής τους;

Επιτρέψτε μου να σας συστήσω τον Astyanax mexicanus, κοινώς γνωστό ως Mexican Blind Cavefish ή το Blind Cave Tetra. Ζουν σε μια αέναη κατάσταση σκότους για το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους. Ο εκφυλισμός των ματιών τους οφείλεται στο ότι το είδος δεν έδωσε καμία σημασία στην αρχή της εξέλιξης «χρησιμοποιήστε το ή χάσετε το».

Γιατί λοιπόν το είδος υπέστη τόσο δραστική τροποποίηση; Και είναι τυφλοί εκ γενετής;

The Mexican Blind Cavefish

The Mexican tetra (Φωτογραφία :Grand-Duc/Wikimedia commons)

Η απλή σκέψη να μπείτε σε μια σπηλιά χωρίς φακό και να περιηγηθείτε στο σκοτάδι μπορεί να είναι ενοχλητική. Ωστόσο, το μεξικάνικο tetra έχει εξελίξει την ικανότητα να ζει χωρίς όραση. Κατά την περίοδο του Πλειστόκαινου, ο οφθαλμικός, επιφανειακός (επιγειακός) Astyanax Τα ψάρια μετατοπίστηκαν στο να ζουν στις ασβεστολιθικές σπηλιές μεταξύ του κεντρικού Μεξικού και του νότιου Τέξας. Με τα χρόνια, οι απόγονοί τους εξελίχθηκαν για να χάσουν τα μάτια και τη μελάγχρωση τους και έγιναν γνωστοί ως το μεξικάνικο τετρά που κατοικεί σε σπήλαια.

Βρέθηκε περιοχές Astyanax mexicanus (Φωτογραφία :MiguelCampos /Wikimedia commons)

Επομένως, ένα μόνο είδος—Astyanax mexicanus— διακλαδίζεται σε δύο τύπους:το ψάρι που κατοικεί στην επιφάνεια και με τα δύο μάτια και το ψάρι που κατοικεί στη σπηλιά χωρίς μάτια. Το μεξικάνικο σπηλαιόψαρο είναι ένα τελεόψαρο που ανήκει στην τάξη Characiformes . Είναι τρωγλοδύτες, που σημαίνει ότι περνούν τη ζωή τους στο σκοτάδι των σπηλαίων στο Βόρειο Μεξικό.

Όπως οι περισσότεροι τρωγλοδύτες, τα χαρακτηριστικά του μεξικανικού σπηλαιόψαρου περιλαμβάνουν τύφλωση, απώλεια μελάγχρωσης, ενισχυμένες απτικές και χημικές αισθήσεις, προηγμένη ικανότητα εύρεσης τροφής, μειωμένες ενεργειακές ανάγκες, έλξη σε κραδασμούς, μικρότερη διάρκεια ζωής, μειωμένη γενετική ποικιλότητα και μικρότερα μεγέθη πληθυσμού.

Γεννιούνται τα μεξικάνικα ψάρια σπηλαίων χωρίς μάτια;

Τα μεξικάνικα σπηλαιόψαρα ακολουθούν παρόμοια διαδρομή σχηματισμού ματιών με τους συγγενείς τους που ζουν στην επιφάνεια A. mexicanus . Το σπηλαιόψαρο σχηματίζει ένα μικρό υποτυπώδες μάτι για τις πρώτες 24 ώρες της εμβρυϊκής ανάπτυξης, αλλά αμέσως μετά, η ανάπτυξη των ματιών σταματά και ξεκινά τη διαδικασία οπισθοδρομικών αλλαγών, όπως ο εκφυλισμός των ματιών και η απώλεια της μελάγχρωσης.

Δύο επιφανειακά Astyanax mexicanus και ένα τυφλό μεξικάνικο tetra που κατοικεί σε σπήλαια (Φωτογραφία :Richard Borowsky /Wikimedia commons)

Το πρώτο σημάδι εκφυλισμού χαρακτηρίζεται από την απόπτωση (κυτταρικός θάνατος) του φακού, ακολουθούμενη από τον εκφυλισμό του αμφιβληστροειδούς. Τελικά, τα μάτια βυθίζονται στην τροχιά και τα λέπια χωρίς μελάγχρωση καλύπτουν το μάτι, όπως και το υπόλοιπο σώμα.

Τι προκαλεί την τύφλωση;

Η τύφλωση στο μεξικανικό tetra προκαλείται από μερικές γονιδιακές μεταλλάξεις, που αναφέρονται επίσης ως «κύριοι διακόπτες». Για το μεξικάνικο σπηλαιόψαρο, υπάρχει ένας κύριος διακόπτης που ελέγχει την ανάπτυξη των ματιών. Ο διακόπτης μπορεί να απενεργοποιήσει το γονίδιο του ματιού, καθιστώντας το άχρηστο. Και αυτός ο κύριος διακόπτης στο cavefish είναι… ςςς .

Όχι, δεν είναι μυστικό… Το «σς» αναφέρεται στο ηχητικό μόριο του σκαντζόχοιρου (Σσς). Το "Sonic Hedgehog" είναι ένα μόριο σηματοδότησης, όχι ο χαρακτήρας των κινουμένων σχεδίων.

Το λάθος είδος ηχητικού σκαντζόχοιρου (Photo Credit :Pixabay)

Σς είναι ένα ισχυρό μορφογόνο που ελέγχει τη μοίρα των κυττάρων σε έναν αναπτυσσόμενο εγκέφαλο. Είναι υπεύθυνο όχι μόνο για τροποποιήσεις στην ανάπτυξη των ματιών, αλλά και για τον πρόσθιο εγκέφαλο του ψαριού των σπηλαίων.

Κατά τη διάρκεια της πρώιμης εμβρυογένεσης, το shh σήματα από την πρόσθια μέση γραμμή της νευρικής πλάκας καθορίζουν το επίπεδο ορισμένων γονιδίων (Pax6, Pax2 και Vax1). Αυτά τα γονίδια παίζουν κρίσιμο ρόλο στο σχηματισμό ιστών και οργάνων κατά την εμβρυογένεση. Η αυξημένη σηματοδότηση shh οδηγεί σε εκφύλιση των ματιών, ενώ η έλλειψη σημάτων shh οδηγεί στο σχηματισμό ελαφρώς μεγαλύτερων ματιών.

Στην περίπτωση των σπηλαίων, παρατηρείται αύξηση των επιπέδων σηματοδότησης shh. Αυτό προκαλεί μια ανισορροπία μεταξύ των επιπέδων Pax6, Pax2 και Vax1. (Πηγή). Αυτά τα γονίδια είναι υπεύθυνα για τον προσδιορισμό του χάσματος μεταξύ των δύο ματιών και του μεγέθους των οπτικών κυπέλλων. Αυτή η ανισορροπία έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό μικρότερων οπτικών κυπέλλων και μακρύτερων οπτικών μίσχων. Η υπερβολική έκφραση των σημάτων shh προκαλεί απόπτωση του φακού και σταματά την ανάπτυξη των ματιών.

Το τυφλό σπηλαιόψαρο (Photo Credit :Flickr)

Ωστόσο, η έκταση των κυτταρικών και μοριακών μηχανισμών που εμπλέκονται σε αυτή τη μετάλλαξη δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή.

Γιατί συμβαίνει αυτή η μετάλλαξη;

Όλοι οι οργανισμοί έχουν υποστεί και εξακολουθούν να υφίστανται την εξελικτική διαδικασία. Μερικοί χάνουν ένα προγονικό χαρακτηριστικό για να προσαρμοστούν στο μεταβαλλόμενο περιβάλλον τους. Η απώλεια της ανθρώπινης ουράς είναι ένα τέτοιο κλασικό παράδειγμα. Ομοίως, το σπηλαιόψαρο έχασε τα μάτια και τη μελάγχρωση του λόγω της εξέλιξης του είδους. Αν και η μόνη αληθινή εξήγηση πίσω από αυτήν τη μετάλλαξη δεν έχει ακόμη καθοριστεί, υπάρχουν επί του παρόντος τρεις θεωρίες για παλινδρομικές αλλαγές στα ψάρια των σπηλαίων.

1. Άμεση φυσική επιλογή: Αυτή η θεωρία παρέχει μια απλή εξήγηση για την απώλεια του ματιού στο μεξικανικό tetra. Δεδομένου ότι ο βιότοπος του ψαριού είναι μια σκοτεινή σπηλιά, το μάτι δεν παρέχει οπτικό πλεονέκτημα στο είδος. Αντίθετα, η απουσία ματιών τους βοηθά να διατηρούν την ενέργειά τους, καθώς η πηγή τροφής είναι σπάνια στις σπηλιές. Η διατήρηση των οφθαλμικών ιστών και των οπτικών νεύρων απαιτεί υψηλές ποσότητες μεταβολικής ενέργειας.
2. Έμμεση επιλογή: Αυτό χρησιμοποιεί το φαινόμενο της πλειοτροπίας, όπου μια μόνο γονιδιακή μετάλλαξη επηρεάζει περισσότερα από ένα χαρακτηριστικά. Η σηματοδότηση Shh στα ψάρια των σπηλαίων επηρεάζει αρνητικά το μάτι, αλλά έχει επίσης θετικά αποτελέσματα στην ανάπτυξη των γευστικών βλαστών. Η αύξηση του αριθμού των γευστικών κάλυκων επιτρέπει στα ψάρια να βρίσκουν τροφή πιο αποτελεσματικά. Έτσι, το είδος έπρεπε να ανταλλάξει το όραμα με περισσότερους γευστικούς κάλυκες!
3. Γενετική μετατόπιση: Αυτή η υπόθεση υποδηλώνει ότι η φυσική επιλογή δεν είχε κανένα ρόλο στη μετάλλαξη που παρατηρήθηκε στο μεξικανικό τετρα. Μάλλον, η γενετική μετάλλαξη συνέβη λόγω τυχαίων γεγονότων.

Ωστόσο, καμία από αυτές τις θεωρίες δεν έχει ακόμη αποδειχθεί οριστικά.

Συμπέρασμα

Σε μια συμφωνία με την εξέλιξη, φαίνεται ότι τα ψάρια των σπηλαίων αντάλλαξαν τα μάτια τους για άλλες αισθήσεις που τους δίνουν καλύτερες πιθανότητες επιβίωσης στις σκοτεινές σπηλιές του Μεξικού. Απέκτησαν επιπλέον γευστικούς κάλυκες που τους βοηθούν να βρίσκουν τροφή πιο γρήγορα στο σκοτάδι των σπηλαίων. Επιπλέον, έχουν εξελίξει ένα καλύτερο μηχανοαισθητηριακό σύστημα, που τους επιτρέπει να αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους ανιχνεύοντας δονήσεις.

Συνολικά, το να είσαι τυφλός αποδείχτηκε σημαντικό πλεονέκτημα για το είδος του Astyanax Mexicanus που κατοικεί σε σπήλαια!