Puha karok

Tintahalakról és polipokról – félretéve a gasztronómiai megfontolásokat – különleges intelligenciájuk és/vagy fantasztikus mimikrijük apropóján szoktunk leggyakrabban beszélni. Épp ezért is különleges Martin Cohn csoportjának az eLife-ban megjelent cikke, ahol a végtagfejlődést vették górcső alá és haosnlították össze más állatcsoportokéval.

Ránézésre oylan kevés anatómiai hasonlóság van egy tintahal és egy ember (meg mondjuk egy ecetmuslica) között, hogy nehéz lenne azt gondolni, bármi közös is van a fejlődésükben. Ennek megfelelően a 20. század közepén erősen tartotta is magát a nézet, hogy minden valószínűség szerint teljesen más gének lesznek felelősek a puhatestűek, a rovarok és a gerincesek fejlődéséért. Aztán azonban közbeszólt a valóság és a molekuláris fejlődésbiológia egyik legérdekesebb felismerése az ezredforduló táján pont az lett, hogy minden különbözőség ellenére, a fejlődési alapmechanizmusok, nagyon is hasonlóak.

Ugyanaz a molekuláris mechanizmus (Bmp jelátvitel) felel mondjuk egy laposféreg és egy hal hát-hasi tengelyének a kialakulásért, vagy ugyanaz a mechanizmus (Nodal jelátvitel) mondjuk egy csiga és egy egér bal-jobb tengelyének a kifejlődéséért. Hasonló gének (ún. Hox gének) határozzák meg a test elejét és a test végét szinte minden létező állatban, rokon gének (tinman és nkx2.5) fogják a szívcsövet és a szívet létrehozni ízeltlábúakban és gerinchúrosokban, illetve a legkülöbözőbb struktúrájú szemeket, a legkülönbözőbb állatcsoportokban is egy közös ősi génből evolválódott faktorok fogják kialakítani.

Ezért is alakult ki az ún. Urbilateria fogalma, ami a kétoldali szimmetriájú állatok közös ősét jelenti, ahol ezek, az összes csoport által közösen használt mechanizmusok már jelen kellett, hogy legyenek.

Nem világos, hogy az Urbilateria már rendelkezett-e felismerhető végtagokkal, de az, hogy a testfal különböző kitüremkedéseit mind a rovarok, mind a gerincesek esetében szintén egymással rokon, ún. Distal-less (Dll) gének kódolta homeobox transzkripciós faktorok szabályozzák, erre utal.

Puhatestűekben nem teljesen triviális embriológiai kutatásokat végezni, így igazából keveset tudunk a különböző szervek kialakulásáról. Épp ezért is hiánypótló a Cohn labor cikke, ahol tintahalakat használva modellül azt tanulmányozták, hogy ezeknek az állatoknak a karjai (arm), illetve csápjai (tentacle) miként alakulnak ki.   

A munka egy fontos része, hogy jó minőségű 3D-s szkennelt modelleket hoztak létre a fejlődés kiülönböző stádiumairól, illetve rengeteg génnek a kifejeződését figyelték meg a fejlődés korai szakasza során. Az ilyen leíró munkák nagyon fontosak ahhoz, hogy később új kísérleteket tervezzünk, ugyanakkor sajnos ma egyre kevesebben becsülik meg őket, ezért is jó látni, hogy az eLife helyet adott ennek a tanulmánynak (nyilván segített, hogy a sztori alapvetően jól eladaható azért a populáris média felé is).

A fent leírtak fényében, az alap felismerés nem falrengető: nagyon sok génnek hasonló kifejeződési mintázata van, mint mondjuk a rovarokban, vagy a gerincesekben a végtagok fejlődése során. Pl. egy Dll típusú gén ugyanúgy megjelenik a fejlődő végtagbimbó csúcsában itt is és más géneknek, pl. Wnt5 is hasonló expressziója van. (Alább látható egy összehasonlító táblázat, ahol a hasonlóságok mellett a kisebb-nagyobb különbségek is jól láthatóak.)

Nagyon érdekes az a megfigyelés is, hogy az emberi végtag hát-hasi polaritásáért felelős Bmp és elülső-hátsó polaritását kialakító Shh/Hh gének is asszimetrikusan fejeződnek ki a fejlődő tintahal karokban, és ezúttal ezeknek a géneknek a szerepét még viszonylag egyszerű kísérletekkel igazolni is tudták.

A tintahal kar esetében a Bmp2/4 gén a háti (dorzális) oldan fejeződik ki, a tapadó korongokat is tartalmazó hasi (ventrális) oldalról pedig hiányzik. Annak tesztelésére, hogy van-e itt valami ok-okozati összefüggés, egy Bmp-antagonistával (Nogginnal) átitatott golyócskát ültettek a fejlődő tintahal-kar dorzális részére és figyelték, mi történik. Ahogy az alábbi ábra is mutatja a Bmp-jelátvitel dorzális gátlása extra tapadókorongok megjelenését okozta, akárcsak az, ha a normálisan csak a végtagbimbó hátsó részén jelen levő Hh expresszióját terjesztették ki.  

Magyarán még ha nagyon-nagyon másképp is néz ki egy emberi és egy tintahal kar, a fejlődésük elején azt, hogy miképp is kell majd 3D-ben megszerveződjenek, borzasztóan hasonló mechanizmusok határozzák meg.

(A fedőkép a Wikimedia-ról származik.)

Tarazona OA, Lopez DH, Slota LA, Cohn MJ. (2019) Evolution of limb development in cephalopod mollusks. eLife pii: e43828. doi: 10.7554/eLife.43828.