Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà sinh học tiến hóa và phát triển báo cáo rằng họ đã xác định được một cơ chế phân tử cho phép một sinh vật thay đổi diện mạo tùy thuộc vào môi trường mà nó tiếp xúc, một quá trình được gọi là dẻo kiểu hình.
Nhà sinh vật học tiến hóa và phát triển Craig Albertson và các đồng nghiệp tại Đại học Massachusetts Amherst báo cáo rằng họ đã xác định được một cơ chế phân tử cho phép một sinh vật thay đổi cách nhìn tùy thuộc vào môi trường mà nó tiếp xúc, một quá trình được gọi là dẻo kiểu hình.
Ngoài các nhà điều tra chính là Albertson và Rolf Karlstrom, nhóm nghiên cứu bao gồm các sinh viên tiến sĩ mới tốt nghiệp Dina Navon và Ira Male, tiến sĩ hiện tại, ứng cử viên Emily Tetrault và đại học Benjamin Aaronson. Bài báo của họ xuất hiện trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences) .
Albertson giải thích rằng dự án bắt nguồn từ mong muốn hiểu rõ hơn về cách gen và môi trường tương tác với hình dạng giải phẫu trực tiếp. “Chúng tôi biết rằng các tính năng của chúng tôi được xác định bởi các gen, nhưng chúng tôi cũng biết rằng nhiều đặc điểm vật lý cũng được hình thành bởi môi trường. Ví dụ, trong một cặp song sinh giống hệt nhau, nếu một người trở thành một vận động viên chạy đường dài và một người xây dựng cơ thể khác, họ sẽ sẽ kết thúc với những đặc điểm rất khác nhau. Bộ xương đặc biệt nhạy cảm với những yếu tố môi trường như vậy. “
Albertson làm việc với một hệ thống – cá cichlid – được biết đến trên toàn thế giới khoa học với tư cách là nhà vô địch về độ dẻo kiểu hình có thể thay đổi, trong một mùa, độ cứng hoặc hình dạng xương hàm để phù hợp với điều kiện nuôi dưỡng. Chúng cũng nổi tiếng với sự tiến hóa nhanh chóng và đa dạng về hình dạng hàm, điều này đã cho phép cichlids thích nghi với nhiều nguồn thức ăn khác nhau, bao gồm tảo, sinh vật phù du, cá, ốc sên và thậm chí cả vảy của các loài cá khác.
Albertson đã dành phần lớn trong hai thập kỷ qua để cố gắng tiết lộ sự khác biệt di truyền làm nền tảng cho sự khác biệt về hình dạng hàm giữa các loài. Bây giờ, ông và các đồng nghiệp xác định hệ thống hóa học / phân tử được nghiên cứu kỹ lưỡng được gọi là con đường báo hiệu Hedgehog (Hh) là một “người chơi” quan trọng. Gần đây, ông đã khám phá liệu cùng một con đường cũng có thể góp phần vào sự khác biệt về hình dạng hàm phát sinh trong các loài thông qua tính dẻo kiểu hình.
Một manh mối quan trọng đã được đưa ra khi Albertson tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của con đường phân tử này. Ông giải thích: “Có một cảm biến cơ điện tử nổi tiếng trên hầu hết các tế bào, bao gồm cả những tế bào tạo ra bộ xương, được gọi là cilium chính. Các tế bào thiếu cơ quan này không thể cảm nhận hoặc phản ứng với đầu vào môi trường, bao gồm cả tải cơ học. Phát hiện ra rằng một số thành phần protein quan trọng của con đường Hedgehog có liên quan về mặt vật lý với cấu trúc này, khiến nó trở thành một ứng cử viên rõ ràng cho tín hiệu nhạy cảm với môi trường. “
Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm nghiên cứu trước tiên đã chỉ ra rằng độ dẻo trong tốc độ lắng đọng xương trong cichlids buộc phải cho ăn bằng các chế độ thức ăn khác nhau có liên quan đến các mức Hh khác nhau. Mức tín hiệu cao hơn được phát hiện ở cá từ môi trường nơi có nhiều xương được đặt xuống và ngược lại. Để thực sự đặt ra câu hỏi, Albertson đã hợp tác với Karlstrom, người trước đây đã phát triển các công cụ tinh vi để nghiên cứu tín hiệu Hh ở cá ngựa vằn.
Rolf có một loạt các hệ thống chuyển gen thực sự khéo léo để điều khiển tín hiệu phân tử đó trong thời gian thực. Nó giống như một nút âm lượng trên âm thanh nổi của bạn – chúng ta có thể bật hoặc tắt nó, sau đó xem cách nó ảnh hưởng đến đặc điểm quan tâm của chuáng ta. Trong trường hợp này, họ muốn xem liệu mức độ Hh có ảnh hưởng đến độ dẻo trong tốc độ lắng đọng xương hay không.
Họ phát hiện ra rằng cá ngựa vằn không được điều khiển lắng đọng một lượng xương khác nhau trong các môi trường tìm kiếm thức ăn khác nhau. Khi mức Hh giảm, những khác biệt này biến mất, nhưng khi mức Hh tăng lên, sự khác biệt về tốc độ lắng đọng xương đã tăng lên đáng kể.
Albertson giải thích: “Các tế bào xương trong những con cá này rất nhạy cảm với các môi trường cơ học khác nhau. Nhưng chúng tôi có thể chơi với hệ thống này bằng một công tắc phân tử duy nhất – bạn bật tín hiệu Hh và các tế bào trở nên nhạy cảm hơn với môi trường, hoặc bạn tắt cảm biến phân tử xuống và các tế bào gần như bị điếc với môi trường. “
Đó là cùng một bộ máy phân tử làm cơ sở cho cả sự phân kỳ tiến hóa và độ dẻo của hàm là đáng chú ý. Điều này phù hợp với lý thuyết đã có từ lâu cho thấy tính dẻo ngắn hạn có thể làm sai lệch hướng tiến hóa dài hạn, điều này giải thích tại sao sự tiến hóa có thể dự đoán được trong các dòng dõi đã liên tục tiến hóa đến môi trường sống tương tự. Tín hiệu Hh cũng đã được chứng minh là điều chỉnh độ dẻo trong sừng bọ cánh cứng, vì vậy có thể có một điều đặc biệt đặt nó là cảm biến môi trường trên các mô và động vật.
Các câu hỏi hấp dẫn như vậy sẽ là chủ đề cho các cuộc điều tra trong tương lai.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Massachusetts Amherst . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :