Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Ngón tay tự do thì có nhiều lợi thế rõ ràng trên đất liền, chẳng hạn như trong vận động và nắm bắt. Trong khi ngón tay có màng là điển hình của động vật sống dưới nước. Nhưng cả động vật lưỡng cư và động vật không lưỡng cư – bao gồm động vật có vú, bò sát và chim có thể có các màng. Các nhà khoa học hiện nay cho thấy trong quá trình phát triển phôi, một số loài động vật phát hiện sự hiện diện của oxy trong khí quyển và chính điều này đã kích hoạt việc loại bỏ mạng lưới liên kỹ thuật.
Ngón tay tự do thì có nhiều lợi thế rõ ràng trên đất liền, chẳng hạn như trong vận động và nắm bắt. Trong khi ngón tay có màng là điển hình của động vật sống dưới nước. Nhưng cả động vật lưỡng cư và động vật không lưỡng cư – bao gồm động vật có vú, bò sát và chim có thể đều có các màng. Trong nghiên cứu mới từ Nhật Bản, lần đầu tiên các nhà khoa học cho thấy trong quá trình phát triển phôi, một số loài động vật phát hiện ra sự hiện diện của oxy trong khí quyển. Điều này kích hoạt việc loại bỏ mạng lưới liên kỹ thuật. Nghiên cứu của họ đã xuất hiện ngày 13 tháng 6 trên tạp chí Developmental Cell .
Bằng mô hình tăng trưởng khác biệt, động vật lưỡng cư như ếch, cóc, kỳ nhông và sa giông … hình thành ngón tay mà không có màng giữa các ngón hoặc các vùng liên kỹ thuật. Để so sánh, amniote dựa vào cái chết của tế bào giữa các vùng liên kỹ thuật với cái chết của các tế bào trong mạng giữa các ngón tay để đánh giá một cơ chế và góp phần vào sự thay đổi lớn hơn của hình dạng chi của chúng. Từ kết quả trên, các nhà khoa học thấy rằng việc loại bỏ màng liên kỹ thuật bằng cách chết tế bào phụ thuộc vào việc sản xuất các loại oxy phản ứng (ROS). Quá trình này chỉ xảy ra ở phôi tiếp xúc với lượng oxy đủ trong quá trình phát triển.
Vì nồng độ oxy cao có thể gây chết tế bào ở ếch, vì vậy các nhà nghiên cứu tin rằng cơ chế này có khả năng được chia sẻ bởi tất cả các tetrapod (Áp dụng cho cả động vật lưỡng cư và amniote). Nhưng động vật lưỡng cư không sử dụng cái chết tế bào để định hình các vùng liên kỹ thuật của chúng; chính sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng giữa các vùng liên kỹ thuật và giữa các vùng kỹ thuật sẽ quyết định tỷ lệ cuối cùng của chúng.
Các nhà khoa học nghĩ rằng cái chết của tế bào giữa các vùng liên kỹ thuật chỉ xuất hiện ở động vật lưỡng cư như là sản phẩm phụ của nồng độ oxy cao, đây là bước đầu tiên trong quá trình tiến hóa này. Bước mới này cuối cùng đã được tích hợp vào sự phát triển của chi và trở nên thiết yếu để định hình các chi của các amniote hiện đại.
Trong nghiên cứu của họ, nhóm của Tanaka đã kiểm tra phôi từ một số loài. Trong phôi gà, một loại nước ối có tế bào chết liên tế bào làm thay đổi nồng độ oxy ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng tế bào chết. Họ cũng lưu ý rằng việc tăng lượng oxy môi trường gây ra cái chết tế bào liên kỹ thuật ở loài ếch có móng châu Phi (một loài lưỡng cư thường thiếu nó) và việc tăng mật độ mạch máu ở các chi của những con ếch này cũng gây ra cái chết của tế bào.
Để có được viễn cảnh tiến hóa, các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu cái chết của tế bào và ROS ở hai loài lưỡng cư khác là loài hải cẩu Nhật Bản và ếch coquí. Giống như ếch châu Phi, loài hải cẩu Nhật Bản không có tế bào chết liên tế bào, nhưng ếch coquí có các tế bào chết trong khu vực liên kỹ thuật của chúng. Điều quan trọng, không giống như hai loài lưỡng cư khác, ếch coquí phát triển mà không có giai đoạn nòng nọc trong trứng trên cạn và hít thở oxy từ không khí. Bằng cách này, các nhà nghiên cứu cho thấy cả về mặt thực nghiệm và so sánh rằng cái chết của tế bào giữa các vùng liên kỹ thuật có liên quan đến một chiến lược sinh tồn và lượng oxy có sẵn trong lịch sử của tetrapods (động vật có xương sống bốn chân).
Các nhà nghiên cứu giải thích rằng khu vực liên kỹ thuật có rất nhiều mạch máu để phân phối nguồn oxy đến các mô. Trong quá trình vận chuyển, một phần của oxy có thể được chuyển đổi thành ROS. Nghịch lý thay, ROS được coi là những “nhân vật phản diện” theo truyền thống gây ra trạng thái già và vô sinh nhưng rõ ràng là có mức độ sinh lý của ROS thay đổi theo từng tế bào và điều chỉnh một số con đường truyền tín hiệu trong quá trình phát triển và trưởng thành sinh vật.
Nhóm nghiên cứu tin rằng có hai yếu tố chính làm cho khu vực giữa các vùng liên kỹ thuật nhạy cảm hơn với sự gia tăng này trong ROS là hoạt động của tín hiệu Bmp và quá trình tái tạo mạch máu.
Trong gần 20 năm, Bmps đã được mô tả là chìa khóa cho việc gây chết tế bào ở các chi ối. Tuy nhiên, con đường này cũng đóng một vai trò trong việc tạo ra số lượng ngón, khớp và hoạt động trong khu vực liên kỹ thuật của lưỡng cư một cách rất có ích. Theo cách tương tự, việc tái tạo mạch máu làm tăng khả năng cung cấp oxy cho các chi và có liên quan đến sự chết tế bào giữa các kỹ thuật trong nước ối nhưng đó là một phần của quá trình khác được gọi là hóa xương ngón tay.
Nhưng điểm thú vị là trong khi cả hai loài ối và lưỡng cư đều có thể có ngón tay tự do hoặc có màng thì chúng lại được hình thành theo những cách khác nhau trong hai nhóm này. Cơ chế phát triển mới có được từ các loài ối (cái chết của tế bào liên kỹ thuật) được cho là sự tiến hóa của một loạt các hình dạng chi, chẳng hạn như các ngón tay thùy của chim cuốc hoặc thậm chí loại bỏ một số ngón tay ở ngựa và lạc đà.
Nhìn về tương lai, nhóm nghiên cứu quan tâm đến việc hiểu chính xác con đường nào được quy định bởi ROS trong quá trình phát triển. Họ hy vọng sẽ khám phá làm thế nào cái chết của tế bào sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong sự phát triển chi của amniote ở quá trình tiến hóa. Và họ cũng hy vọng có được cái nhìn sâu sắc về cách các loại thuốc có thể dẫn đến sản xuất quá mức ROS như ethanol, phenytoin và thalidomide, có thể gây ra các khiếm khuyết về phát triển ở người.
Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học Takeda, Quỹ lịch sử tự nhiên Fujiwara, Quỹ tưởng niệm Suzuken và Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Cell Press . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :