Bezsenność w jaskini

Od paru milionów lat żyją w jaskiniach. Nie potrzebują oczu ani snu.

Od dawna ten „klasyczny” przykład szybko działającej ewolucji kierunkowej wzbudzał poznawczy niepokój ewolucjonistów. Bo przecie co szkodzi rybom posiadanie oczu, nawet jeśli nic nie widać? Dobra, będą się kumulować w populacji najróżniejsze wady, które na powierzchni byłyby szkodliwe. Tyle że ta kumulacja będzie bardzo powolna. Ale żeby zaraz znikać całe oko? Rzecz jasna, sprawdzono wpierw czy hodowla ryb jaskiniowych w dobrze oświetlonych akwariach nie przywraca im błogosławieństwa wzroku. Otóż nie. Przynajmniej dzięki temu meksykańska tetra, forma jaskiniowa, stała się rybą akwariową dostępną w dobrych sklepach zoologicznych.

Sytuacja skomplikowała się jeszcze, gdy zaczęto badać geny tych ryb i porównywać je z gatunkami bliźniaczymi, nie zamieszkującymi jaskiń. Okazało się, że tym sposobem nie można odróżnić pojedynczych osobników żyjących w jaskiniach od tych ze słonecznych miejsc, choć statystyczne porównania między jedną i drugą formą pozwalają znaleźć takie różnice* oraz domniemywać, że rybki skolonizowały jaskinie parę milionów lat temu.

Powszechnie też uważa się, że kolonizacja jaskiń nastąpiła niezależnie w kilku wydarzeniach i miejscach. Co najciekawsze, same rybki nie zważają na różnice, rozmnażając się, gdy tylko mają ku temu sposobność. Mieszańce ujawniają szerokie spektrum rozwojowe oczu, od kompletnego ich braku aż po dobrze wykształcone i w pełni funkcjonalne. Oznacza to, że brak oczu nie jest skutkiem definitywnego braku bądź degeneracji genów odpowiedzialnych za te organy. Oczy nie rozwijają się u ryb jaskiniowych z powodu dziedzicznego poprzestawiania sygnałów zawiadujących różnicowaniem się komórek w procesie embriogenezy. Zbadano to dosyć dokładnie. Z początku oczy ryb jaskiniowych rozwijają się normalnie by na dosyć wczesnym etapie zatrzymać się i zostać zresorbowane na drodze tkankowego recyklingu, jak nasze płodowe ogony czy błony między palcami. Oczywiście za te zmiany odpowiedzialna jest informacja zakodowana na chromosomach, ale te konkretne różnice są jak dotąd nieuchwytne dla narzędzi badaczy.

 Nicolas Rohner of the Stowers Institute for Medical Research

Rzecz jasna, brak oczu nie jest jedyną cechą odróżniającą ryby jaskiniowe od ich słonecznych braci i sióstr. Kolorystyka jest nie mniej oczywista niż kwestia oczu, natomiast rybki jaskiniowe są beneficjentami w dziedzinie zmysłów powonienia i drgań, jak również mają więcej zębów. Te ostatnie cechy są związane ze zmienioną aktywnością tych samych genów zarządzających rozwojem embrionalnym, które wpływają na rozwój oka – ale nie wiadomo co nimi kieruje.

Podobne pytania zadawano sobie na temat rytmu snu i czuwania, bo prawdopodobnie wszystkie zwierzęta na Ziemi, a już absolutnie wszystkie kręgowce, maja w ciągu doby okresy wzmożonej aktywności przeplatające się z okresami bezruchu i ograniczonej wrażliwości na bodźce. W warunkach dnia i nocy mechanizm sprowadza się do zmiany poziomu „hormonu snu”, jakim jest melatonina wydzielana przez szyszynkę. Nie było zaskakujące, ze poziom melatoniny u ryb jaskiniowych jest bardziej wyrównany, choć ulega łagodnym fluktuacjom. Zaobserwowano też, że w ciągu doby zapadają one w liczne, najwyżej kilkuminutowe drzemki. Poszukiwaniem genetycznych mechanizmów utraty snu u tetry zajął się zespół amerykańskich naukowców, którzy wykorzystując krzyżówki między widzącymi i niewidzącymi odmianami wyselekcjonowali odmienności genetyczne, które powiązano jednocześnie z utratą snu oraz ze zwiększoną wrażliwością linii nabocznej na wibracje wody. Uszkodzenie nerwów przenoszących impulsy z linii nabocznej do mózgu skutkowało znacząco większą sennością ryb. Rzecz jasna, każdy z epizodów skolonizowania jaskiń poszedł swoim własnym genetycznym szlakiem, różniącym się detalami od pozostałych, jednak ten mechanizm (zapewne jeden tylko z wielu skutkujących utratą cyklu dobowego u tych ryb) występuje u nich konsekwentnie.

Cóż za fortunna okoliczność, że istnieją ryby o tak odmiennych przystosowaniach a zarazem na tyle blisko spokrewnione, by dawało się bez trudu je krzyżować i rozwiązywać takie zagadki.

 

* Chodzi o to, że określona acz drobna odmienność genetyczna występuje u jednej z form z częstością np. 3% a u drugiej np. 25%. Badając dwie ryby nie wiemy niczego, porównując choćby po 50 z każdej formy widzimy wyraźne różnice.

Tomasz Kijewski

 

Źródełka:

Yoshizawa M. i inni: Distinct genetic architecture underlies the emergence of sleep loss and prey-seeking behavior in the Mexican cavefish; BMC Biology 2015

Duboué E.R. i inni: Evolutionary Convergence on Sleep Loss in Cavefish Populations; Current Biology 2016

McGaugh S.E. i inni: The cavefish genome reveals candidate genes for eye loss; Nature Communications 2014

Jaggard J. i inni: The lateral line confers evolutionarily derived sleep loss in the Mexican cavefish; Journal of experimental biology 2017

Wilkens H., Strecker u.: Evolution in the Dark: Darwin’s Loss Without Selection; Springer 2017 (books google)