A végtag-evolúció azon kevés dolog egyike, amitől még a legelfoglaltabb pillanataimban is képes vagyok ismét lelkes kezdő blogger lenni. Az meg persze a sokszor méltatlanul elfeledett Darwin nap. A kettő ördögi kombinációjának meg persze ki tudna ellenállni.
A poszt apropója tehát egy gyönyörű végtagevolúciós kutatás, ami – hogy ellőjem az örökzöld bölcsességet – kapásból több kérdést vet fel, mint ahányat megválaszol. A Cell-ben ugyanis egy olyan tanulmány jelent meg, ami egy kisméretű rájafaj, a Leucoraja erinacea mozgását tanulmányozva, nem kevesebbet állít, mint, hogy a négylábú gerincesek végtagjainak beidegzése egy abszolút ősi tulajdonság, aminek anatómiai alapjai még a porcos- és csontos halak szétválását is megelőzik.
A szóbanforgó rájafaj mozgását alulról videózva könnyen észrevehető (mit észrevehető, ordítóan feltűnő), hogy a mellső uszonyainak kalsszikus lebegtetése jütékonyan eltakarja, hogy a hátsó uszonypárja uganolyan mozgást végez, mint a legtöbb négylábú szárazföldi gerinces a végtagjaival. Ahogy a Science hírblogjába felkerült hosszabb videón is jól látható, ez nem egy véletlen, stochasztikus mozgás, hanem ez a kis rája bizony szisztematikusan így mozog, közlekedik a tengeraljzaton.
Ami persze rengeteg kérdést felvet, leginkább az, hogy a hasonlóság véletlen (ti. konvergens evolúció eredménye), vagy sem. Ennek megválaszolására természetesen hatalmas segítség, hogy például az egerek végtagfejlődéséről rengeteget tudunk – pontosan ismerjük, hogy a gerincvelőben található mely motorneuronok idegzik be a végtagok izmait, és milyen motorneuronok felelősek a törzsizmok összehúzódásáért (amelyek révén jön létre pl. a halak hullámzó mozgása is) – lásd (A) részét az alábbi ábrának.
Amikor egy különleges “nyomkövető” anyagot (HRP) injektáltak előbb a rája hátsó végtagjaiba, majd a hasonló magasságban futó törzsizmokba, hogy megnézzék, honnan erednek az ide érkező idegek, akkor kiderült, hogy a gerincvelőben levő sejttestek pont ugyanazokat a markereket expresszálták, mint az egérben: vagyis a végtagba futó idegek Foxp1-et fejeztek ki, a törzsbe futóak pedig Lhx3-t.
Ráadásul a hasonlóság nem állt meg itt: ismerjük (egérben), hogy az axonjaikat a végtagokba küldő Foxp1-pozitív sejtek mely alpopulációi fogják a háti (ún. dorzális) oldalon levő izmokat megcélozni és melyek az ellentétes (ventrális) izmokat, illetve azt is, hogy milyen molekulák jelölik ki az utat ezeknek a nyúlványoknak.
Szinte kísérteties, hogy szinte szóról-szóra ugyanezek a mechanizmusok fedezhetőek fel a rájában is: az Lhx1+, EphA4+ sejtek a dorzális oldalra projektálnak, míg az Isl1+, EphB1+ sejtek a ventrálisra. A dorzális hátsóuszony fejlődésében pedig ugyanaz az Lmx1b gén játszik kulcsszerepet, mint a szárazföldi négylábúaknál.
Véletlen? Aligha. De mit is látunk akkor pontosan és az mit is jelenthet? A jelenség konzervatív értelmezése az, hogy a végtagmozgatásban fontos gerincvelői hálózatok evolúciósan igencsak ősiek és már a legkorábbi gerincesekben jelen lehettek. Ugyanakkor az kevésbé valószínű, hogy már ebben a közös ősben is egy ilyen váltott-lábú mozgást irányítottak volna – ez utóbbi (a rája és a Tetrapodák esetében) inkább tűnik konvergens evolúció eredményének, amit az uszonyok mozgatására szakosodott gerincvelői hálózatak egymástól függetlenül hoztak létre a két vonalban.
Viszont ez még így, konzervatív voltában sem triviális feltételezés, hiszen a csontoshalak hullámzó/kígyózó mozgáson alapuló helyváltoztatása a törzsizmok ritmikus összehúzódásán alapul, vagyis – elfogadva a cikk által sugalltakat – ennek a kialakulásához előbb ennek az uszony-alapú helyváltoztatásnak kellett valahogy legalább is időlegesen háttérbe szorulnia. Hogy ez hogy történhetett (ha így volt), arra csak ötletelés van: a legvalószínűbbnek tűnik az ún. Hox-kód valamilyen szerepe az ügyben, hiszen például kígyókban is a Hoxc9 gén kiterjedt expressziója nyomja el a végtagok kialakulását. Hogy így volt-e, vagy sem, azt majd a jövő kísérletei dönthetik el.
Jung H, Baek M, D’Elia KP, Boisvert C, Currie PD, et al. (2018) The Ancient Origins of Neural Substrates for Land Walking. Cell 172(4): 667-682.e15. doi: 10.1016/j.cell.2018.01.013.