Miks on pimedatel koopakaladel aju kahanenud?

Mehhiko koopakala (koodnimi: Astyanax mexicanus) pole lihtsalt pime ja silmadeta, sellel on ka aju kokkutõmbunud. Kuidas see täpselt nii jõudis, on natuke evolutsiooniline müsteerium. Sees värske artikkel ajakirjas Teaduse edusammud, teadlased soovitavad, et kalad lasksid energia säästmiseks silmad alla ja arendasid lihtsustatud aju. Kuid kas see on tõesti parim seletus?



Teisisõnu, kas silmad ja aju vajavad tõesti nii ebaproportsionaalset energiat, et piisab vaid paarist miljonist aastast koobas lebotamisest, et idurada sirutada ja need ümber programmeerida? Kas vähem rikutud mõttekäik ei eeldaks lihtsalt, nagu Darwin tegi, et need kaotasid kasutamata jätmise tõttu midagi muud? Viimane vihjab kahjuks Lamarckism , midagi sellist, mis evolutsiooni range segu mutatsioonide ja loodusliku valiku järgijatel on programmeeritud jälestama. Kui aga astume korraks üle pimedale poolele, võime eeldada, et luksuse nagu silmad ja aju püsimiseks peab nende füüsilist jälge pärilikus idus pidevalt kuidagi värskendama. Ilma selle sisendita - nimelt keskkonna pidevad stiimulid - on need näiliselt stabiilsed lisaseadmed ilmselt sama kõikuvad kui RAM.

Teadjatel on uhke sõna kriidise etiolatsiooni ja evolutsiooni vähendamise kohta, mis juhtub liiga palju koobas elades. Meie enda esivanemad, äsja avastatud vennad homo naledi , olid kahtlemata oma hädadega üsna tuttavad. Ma räägin siin troglomorfismist, täielikust morfoloogilisest kohanemisest koopapimedusega. Creationistid, peaksime ilmselt mainima, armastavad koopakalu. Tavaliselt ei tea nad täpselt, miks nad seda armastavad, ainult et selle hüljatud visuaalne süsteem tekitab nende teaduslikult meelestatud inimeste jaoks aeg-ajalt natuke probleeme.



Kui nüüd organismi tasandil tajutav toores võltsimata ‘energia’, erinevalt peenemalt jaotatud ja nüansirikkadest stiimulitest, on tõeline troglomorfne tõukejõud, võib läheneda selle jaotamisele kolmeks kohaks, kus ta saab toimida. Esimeses peaks embrüos olema piisavalt energiat silmade ja aju ehitamiseks. Teises piisab nende säilitamiseks täiskasvanus ja kolmandas energias, et nad saaksid tegelikult sisse lülituda ja neid kasutada.



Ehkki kahel viimasel on väidetavalt mõningane kattuvus, on pimedas koopas ilmselt vähe silma peal pööramiseks. Esimene nõudmine, nende kasvatamine, pole ka siin suur probleem, sest nagu autor ise teatab, arendavad kalad embrüona silmi. Alles hiljem võetakse need lahti tavalises palimpsestilises kriimustuses, mida evolutsioon kasutab kogu arengu vältel, et vananenud elundeid uuteks otstarbeks kasutada.

Asi pole nii selles, et ‘energia’ on halb seletus, vaid et see on lihtsalt ebatäpne. Energiavõrrandid, nimelt säilitussuhted, on tõenäoliselt kõige kasulikum vahend füüsikas. Kuid bioloogias on harva nii õnnelik. Autorid üritavad mõõta suhtelist energiatarbimist, registreerides hapnikutarbimist. Eelkõige mõõtsid nad selle kasutamist pimedates ja nägemispuudega kalades, samuti silma- ja nägemisnärvi tükkides nii hämaras kui pimedas. Tektoum on see ajuosa, mida kujutati üsna ammu Sebra kalas esimese kuulsana ette, et luua esimene kogu ajutegevuse kaardid . See on kala visuaalse süsteemi äriotstarve. Nagu allpool näha, leidsid autorid, et see on kalade koobavormide ja nende nähtavate pinnakohordide vahel ka kõige dimorfsem (suuruses erinev).

F1.suur



Teadlased koostasid oma andmete põhjal mudeli, mis ennustas, et kogu aju energiakulu 1 g pinnakala jaoks moodustab 15% tema puhkeolekust. Asjaomase tarbimise määra kohta ettekujutuse saamiseks kasutasid silmad valguses umbes 0,507mg O2 tundi −1 g märga massi − 1. Pimedas leiti, et nad kasutasid tegelikult veidi rohkem hapnikku, ehkki võib mööda saada fotoretseptori anomaalsest pöördvõimalusest vastused võrkkestas . Tore oleks selle tarbimistaseme intuitiivsem tundmine, kuid ii on äri olemuselt selline, et üksused vajavad üldiselt võrdlemiseks mingit masseerimist. Näiteks hõljuva kolibri puhul, kelle lihas võib väidetavalt põleda eliitsportlasest inimese omast kümnekordse kiirusega, on registreeritud 68–85 ml O2 / g / h.

Lihtsatest energiaargumentidest loobudes pole kõik kadunud. Geneetika ja eriti epigeneetika on juba paar kohta pakkunud, et hakata otsima kiireid, keskkonnast lähtuvaid muutusi. Varasemad uuringud on välja toonud mõned geenid, mis on otseselt seotud selliste asjade kontrollimisega nagu silma ja aju suurus. Samuti on leitud, et loote de-evolutsioon ehk pigem silma dekonstruktsioon järgib prognoositavaid programme või rakusurma või apoptoosi.

Tülikad siirdamiskatsed on näidanud, et just lääts ise on kogu silma võtmekorraldaja. Kui pime embrüo arenev lääts siirdatakse arenenud nägemiskalasse, võib see silma kahjustada. Teisest küljest võib nägeva kalaläätse siirdamine pimedasse kalasilma päästa paljusid silmaarengu aspekte ja võib-olla isegi aju.



Muude kiiresti muutuvate struktuuride suhtes, mis reageerivad keskkonnale ja raku osad ümber programmeerivad, otseselt pärilikud või muul viisil, on üldlevinud stressile reageerivad valgud nagu HSP-90. Need hästi uuritud valgud muudavad kergesti oma voltimisstruktuuri, kui asjad muutuvad organismi iga raku ümber, võrreldes sellega palju kiiremini kui tegeliku kodeeriva järjestuse kohandamine. Kui energiakadu keskkond nõuab tõepoolest vähem ajuvõimsust, võime pakkuda, et parem viis selle eesmärgi saavutamiseks on lihtsalt protsessori kiiruse valimine. Teisisõnu, reguleerimata arv täiendavaid ioonikanaleid - valgud, mis on evolutsiooni varjatud emissaaridele täiesti nähtavad - reguleerivad, kui kiiresti neuronid suudavad tulekahju tekitada. Neuronid, mille tulekiirus on kõrge tühikäigul ja ületab palju suurema osa, põletavad ülemäära palju energiat.

See, kuidas see neuroni „tulekahju” energia on võrreldav kasvuks ja hoolduseks kasutatava energiaga, on huvitav punkt, mida oleme pideva laiendamise kontekstis varem kohanud ja neuriitide tagasitõmbumine kiiretel neuronitel. Veelgi teoreetilisemal tasandil on teised isegi hinnanud bakterite paljunemiseks vajalikku energiat kordavad ennast või et eukarüootsed rakud eristuksid ja migreeruksid sulguvasse haavasse. Neile, kes lihtsalt peavad teadma, ütlevad nad, et üks bakter võib kahekordistumiseks või midagi sellist saada umbes kahekordistada oma käimasoleva põhimetaboolse kiiruse.

Viimane kiire lahendus, mida energiasäästlikud troglodüüdid võiksid proovida, on lihtsalt nende kaasneva DNA hulga vähendamine. Vähem DNA-d väljendub rakkude jagunemise ja arengutsüklitena veidi kiiremini, kuid sellega kaasneb ka energeetiline boonus. Nimelt ei pea kõigi nende lisade paljundamiseks nii palju ATP-d põletama geenide koopiad ja sellised. Samuti vähendate valkude tahtmatut ekspressiooni, mida te tegelikult ei vaja. Kogu varukoopia DNA heitmine võib olla raske tablett, mida alla neelata, kuid koopakala veeremise kohta parema ülevaate saamiseks võib olla hea pilk peale visata.

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com