Ventuzele caracatițelor și ale sepiilor ar fi putut apărea prin refolosirea unor gene străvechi
Caracatițele, sepii, calamarul și nautilusul au trăsături distinctive, printre care brațele lungi și prehensile, prevăzute cu ventuze pentru prinderea prăzii. Faptul că împart un strămoș comun cu gasteropode precum melcii poate părea surprinzător, dat fiind că primele sunt renumite pentru inteligența și comportamentul lor complex. De aici pornește o întrebare: cum au evoluat brațele complexe ale cefalopodelor, cu ventuze funcționale, din piciorul simplu al unui strămoș molusc?
Cercetătorii de la Universitatea din Tokyo au comparat activitatea genelor în timpul dezvoltării embrionare a unor părți ale corpului la sepie, caracatiță și melc. Rezultatele, publicate în revista iScience, sugerează că cefalopodele au dezvoltat ventuzele refolosind gene existente în moduri noi.
Brațele și ventuzele urmează căi de dezvoltare diferite
Studiul a arătat că mai multe gene asociate cu modelarea apendicelor se exprimă de-a lungul brațelor în dezvoltare ale cefalopodelor, dar fără tipare comparabile în ventuzele în formare. În schimb, ventuzele în dezvoltare exprimă Ets1, o genă asociată cu dezvoltarea embrionară timpurie la moluște.
„Constatările noastre sugerează că dezvoltarea brațelor la cefalopode implică gene de modelare conservate, folosite și în dezvoltarea apendicelor la alte animale, cum ar fi insectele și mamiferele. Însă ventuzele de pe brațe au un mecanism de dezvoltare unic, în care o genă folosită în embriogeneza timpurie, Ets1, este refolosită”, a declarat Ryosuke Kimbara, cercetător postdoctoral.
El a explicat că ipoteza inițială a echipei era că genele de modelare a apendicelor ar fi implicate atât în formarea brațelor, cât și a ventuzelor. Identificarea genelor exprimate în ventuze s-a dovedit însă dificilă, astfel că cercetătorii au trecut la o metodă mai cuprinzătoare și au continuat screeningul până au găsit o genă cu un tipar de exprimare distinctiv în ventuzele în dezvoltare.
O genă embrionară reapare în ventuze
Analizând posibile explicații genetice pentru formarea ventuzelor, cercetătorii au observat activitatea genei Ets1 în regiunea în care se formează ventuzele la sepie și caracatiță. Au remarcat de asemenea schimbări ale formei și mișcării celulelor pe măsură ce ventuzele se dezvoltă, procese similare celor din tranziția epitelio-mezenchimală (EMT).
Aceste observații sugerează că gene implicate în dezvoltarea embrionară timpurie ar fi putut fi refolosite mai târziu în dezvoltare pentru a construi structura specializată a ventuzei. Cercetătorii subliniază însă că rolul precis al genei Ets1 și măsura în care EMT este implicată trebuie încă testate experimental.
„În ventuze, activități celulare precum schimbările de formă, mișcarea și proliferarea celulară vor fi implicate în transformările morfologice care creează structura adezivă”, a spus Kimbara. „Întrucât aceste procese sunt similare celor observate în dezvoltarea embrionară timpurie, se presupune că mecanismul comun ar fi recrutat pentru producerea ventuzelor chiar și în stadii de dezvoltare mai târzii.”
El a adăugat că, deși procesul de dezvoltare și tiparul de exprimare genetică din primele stadii sunt foarte asemănătoare la cefalopode precum calamarul și sepia, pe de o parte, și caracatița, pe de altă parte, morfologia ventuzelor mature și mecanismul adeziv diferă. Prin urmare, mecanismul molecular din spatele lor ar fi putut evolua independent în fiecare linie.
Refolosirea genelor necesită confirmare experimentală
Constatările sunt importante pentru că arată cum evoluția poate produce structuri noi fără a fi nevoie de gene complet noi. În schimb, gene care au deja roluri importante în alte părți ale corpului pot fi cooptate pentru scopuri noi. Cercetătorii spun că mecanisme similare de refolosire genetică ar putea explica în cele din urmă și alte structuri neobișnuite ale cefalopodelor, inclusiv cromatoforii (celulele pigmentare), sacul cu cerneală și ciocul dur, deși sunt necesare mai multe studii.
Ei subliniază totodată că studiul actual identifică în principal tipare de activitate genetică, fără a testa direct ce face fiecare genă. Experimente care activează sau dezactivează gene individuale, împreună cu comparații între mai multe specii de moluște, vor fi necesare pentru a afla cum contribuie aceste gene la formarea ventuzelor și cum a evoluat această structură distinctivă.
