Nervu sistemos strukturos ir nervu laidu evoliucijos svarba

Naujas tyrimas, sios savaites internetinis leidimas Nacionalines mokslu akademijos darbai rodo neitiketina biologines ivairoves lygi nenuoseklioje vietoje, t. y. viename neuroniniame rysyje, musio kuno sienoje. Nustatymas atveria nauja idomiu klausimu spektra apie nervu sistemos strukturos svarba ir nervu laidu evoliucija.
Genetikos mokslininkas Barry Ganetzky, Stebenbo universiteto Viskonsino-Madisono biologijos mokslu profesorius paskelbe:

"Mes zinome beveik nieko apie nervu sistemos evoliucija, nors mes zinome, kad tai turi ivykti: elgesio pokyciai, sudetingumo pokyciai, nauju neuronu prideti, skirtingu sinaptiniu jungciu formavimas".

Tyrimas pasirode dar labiau ispudingas, nes Ganetzky ir jo magistrantas Meganas Campbellas atrado netiketa ivairove mokslininkams labai pazistamoje vietoje, ty neuromuskulines sankryzoje 4 (NMJ4), kurioje vienas variklio neuronas kontaktuoja su konkreciu raumeniu kuno siena vairuoti savo veikla. Sinapses, kuriose neuronai jungiasi prie ju neuronu ar raumenu tikslu, turi sudetinga strukturine forma, atrodancia kaip miniatiuriniai medziai, dekoruoti mazomis svogunais, kurie yra nervu terminalai (synaptic boutons).
Ganetzky paaiskina:

"Sinapsai - tai vieta, kur vyksta svarbi informacijos perdavimo ir integrali funkcija nervu sistemoje. Tai pagrindine vieta, kur vyksta informacijos apdorojimas, ir yra pagrindas manyti, kad sinapses struktura yra pagrindine jos funkcijos supratimui."

Kiekviena raumeni tiekia kitas motorinis neuronas, kuris suformuoja NMJ forma, dydi ir geometrija, budinga tam konkreciam NMJ. Atsizvelgiant i sklandos anatomijos nuosekluma, netgi skirtingose ??rusyse mokslininkai gali nustatyti ta pacia sinapse skirtinguose atskiruose muses. NMJ4 sinapsinis vystymasis ir funkcijos buvo gerai istirtos, o Ganetzky jau daugiau nei 20 metu naudojo NMJ4, noredamas identifikuoti genus, turincius daugybe biologiniu vaidmenu nuo judejimo sutrikimu iki neurodegeneracijos.
Naujausias projektas atsirado is paprastu diskusiju apie tai, kas is tiesu yra "normalus" laboratoriniams vaisiu muses ir ju laukiniams kolegoms. Campbell'as, aptinkant NMJ4 bendru laboratoriniu vaisiu skerdykloje Drosophila melanogaster, nustate, kad synaptiska morfologija tarp labirinto ir laukiniu mesos, taip pat tarp Madison, Wis. Gaunamu stamu ir nuo Zimbabves esanciu padermiu buvo nuoseklus, su visais museliais, turinciais panasias dvelkiavas ir boutons.

Paskatinus atradima, jie nusprende toliau tirti. Ganetzky sako: "Drosofila yra labai turtinga gentis - tukstanciai rusiu, kuriu elgesys yra skirtingas, skirtingos maistines nuostatos, skirtingos aplinkos, skirtingi klimatyrai, skirtingi dydziai, kuriu skaicius yra didesnis nei 50 milijonu metu." Jis gali buti lyginamas su peliu ir zmoniu evoliuciniu atskyrimu.
Jis priduria, kad nepaisant siu skirtumu, lervu kuno planas visose zinomose Drosophila rusyse yra vienodas, neatsizvelgiant i ju dydi, buveines ar maisto saltini, teigdamas, kad:
"Lastele, kuno sienos raumenys ir inervacijos modeliai yra vienodi".
Jie pradejo tyrineti NMJ4 kitose Drosophila rusyse su UW-Madison evoliucijos biologijos Seano B. Carrollo skrynia kolekcijos pagalba. Jie tikejosi rasti keleta nuspejamu modeliu su nedideliais svyravimais, kai jie sutelke demesi i savo tiksline sinapse 21 skirtingose ??Drosophila rusyse is viso pasaulio, taciau isnagrinejusi tik kelias rusis, Campbell teige, kad atsirado kitokia ivaizdis.
Kaip ir Drosophila melanogaster, kiekviena rusis turejo budinga NMJ4 isvaizda, taciau si isvaizda labai skiriasi tarp rusiu. Nors NMJ4 kai kuriose rusyse sudare keletas papuosalu, isdestytu paprasto neisdengto pavidalo modelio, kiti turejo daugybe pintiniu, isdestytu per kelis ilgus sakos, arba daugeli pusliu, supakuotu i tankius, sandariai sujungtus drobinius.
Nors Ganetzky pasakoja: "Rezultatai buvo visiskai svelnus - variacijos toli, nei mes tikejomes", - buvo daugiau netiketumu.
Stulbinantis sudetingumo skirtumas neatitiko evoliuciniu santykiu tarp rusiu, t.y. glaudesniu giminingu rusiu NMJ, atrodo, nera labiau panasus, palyginti su labiau nutolusiais museliais.
Jie net atrado akivaizdzius skirtumus tarp rusiu, kurios buvo atskirtos maziau nei milijonu metu evoliucija, rusys, kurios kitaip atrodo taip panasios, kad net eksperimentus su lektuvais sunku atskirti juos pagal isvaizda. Pasak mokslininku, tokia sparta raida yra stulbinanti, nors jos biologine svarba lieka neaiski.
Vienas is atsakymu i klausima, kas galetu paaiskinti toki neiprasta skirtuma, gali buti genetinis dreifas, atsitiktinis genetiniu variantu kaupimas, kuris keicia NMJ isvaizda, bet kuris daro neigiama itaka organizmui. Is esmes pakaktu bet kokio NMJ, kuris tarnauja tam tikslui. Kita alternatyva gali buti ta, kad kiekvienas NMJ susidaro del naturalios atrankos del savo ypatingo dydzio ir strukturos, kad kazkaip padidintu tos rusies nariu isgyvenima arba reprodukcine sekme.
Remiantis kolegais UW-Madisono genetikais Bret Payseur ir Beth Dumont, mokslininkai naudojo kiekybini modeli, skirta skirtingoms NMJ strukturoms istyrineti, kaip evoliucinio rysio tarp 11 rusiu funkcija, kurios evoliucinis medis yra tiksliai zinomas del genomo sekvenavimo.
Ganetzky teigia, kad rezultatai rodo, kad ju pastebetas kintamumas nera atsitiktinis, nurodant:
"Tai rodo, kad yra tam tikra varomoji jega - naturali atranka - tai tam tikru budu formuoja sinapse".
Jie hipoteze, kad nervu funkcija yra akivaizdus atrankos tikslas ir ismatuotas elektrinis aktyvumas grandineje, taciau aptiktos veiklos irasai is keturiu rusiu, atspindintys strukturinio sudetingumo spektra, atskleide tuos pacius pagrindinius nervinius veiksmus, nepriklausomai nuo sinaptinio strukturos.

Pasak mokslininku, gali buti subtiliu funkciniu skirtumu tarp skirtingu NMJ strukturu, kurios isliko nepastebetos ju tyrimo metu, bet kurios gali skirtis nuo skirtingu biologiniu skirtumu. Pavyzdziui, mokymosi pajegumai ar streso atsakymai, kurie butu naturalios atrankos tikslas.
Ganetzky komentarai:
"Manome, kad yra tam tikros priezastys, kodel skirtumai yra svarbus, taciau mes dar nezinome, kokia yra ta priezastis".
Campbell ir Ganetzky siuo metu tiria, ar yra pagrindiniu genetiniu ir molekuliniu mechanizmu, ar biologines sio naturaliai pasitaikancio pokycio biologines reiksmes.
Ganetzkis daro isvada:

"Manome, kad mes padareme svarbu atradima apie gamta, kuris, musu manymu, atveria visas imanomas duris. Siuo metu mes iskeleme daug ir daug daugiau klausimu nei mes atsake ... apie nervu sistemu evoliucija, elgesio evoliucija, rysys tarp neuronu ir sinaptinio morfologijos bei funkcijos. Tikiuosi, kad tai uzfiksuoja daugelio kitu sriciu mokslininku interesus taikyti savo kompetencijos sritis. "

Parase Petra Rattue