Mokslininkai įvykdė perversmą: privertė muses daryti tai, ko jos niekada nedarė ()
Visiškai naujas elgesys dar niekada nebuvo genetiškai perkeltas į kitą gyvūną.
© Sarefo (CC BY 2.5) | https://en.wikipedia.org/wiki/Drosophila_subobscura#/media/File:Drosophila.melanogaster.couple.2.jpg
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Perversmą sukėlusio tyrimo metu mokslininkai perkėlė vienos rūšies poravimosi elgesį į kitą rūšį, paskatindami gavėją atlikti šį visiškai svetimą veiksmą taip, tarsi jis būtų jo paties. Nors mokslo istorijoje genai tarp rūšių, siekiant paveikti savybes, jau buvo keičiami, visiškai naujas elgesys dar niekada nebuvo genetiškai perkeltas į kitą gyvūną.
Nagojos universiteto (Japonija) mokslininkai pasiekė šį įspūdingą rezultatą manipuliuodami vienu genu, kad sukurtų naujus neuroninius ryšius ir perkeltų elgesį tarp dviejų skirtingų vaisinių muselių rūšių – Drosophila subobscura ir Drosophila melanogaster. Nors abi rūšys priklauso Drosophilidae šeimai, jos turi skirtingus neuronines grandis, kurios lemia labai skirtingą poravimosi elgesį.
Tai yra beveik dešimties metų darbo, kurį atliko keli Japonijos komandos nariai, įskaitant bendrą pagrindinį autorių Ryoya Tanaka, kuris 2017 m. vadovavo tyrimui, kurio metu buvo sužymimos ir lyginami dviejų musių rūšių poravimosi grandinės – D. melanogaster, kuri poruojasi „dainuodama“, ir D. subobscura, kuri atryja maistą kaip romantišką gestą („dovanų davimas“). Naudodami optogenetiką, kad paskatintų D. subobscura dovanų davimą, jie patvirtino, kad genas, vadinamas „Fruitless“ (Fru), esantis abiejose rūšyse, vaidino svarbų vaidmenį poravimosi procese, tačiau kontroliavo labai skirtingą elgesį kiekvienoje iš jų.
|
Dabar japonų mokslininkai šią idėją išplėtojo iki visiškai naujo lygio, naudodami genetinę manipuliaciją, kad D. melanogaster patinai taptų dovanų teikėjais, o ne „dainininkais“.
Nors negalima to visiškai tvirtai patvirtinti, tačiau kai prieš 35 milijonus metų atsiskyrusios rūšys tęsė savo evoliucijos kelią nuo bendro protėvio, aplinkos spaudimas ir poravimosi preferencijos galėjo formuoti jų „meilės kalbą“.
Viena rūšis tobulino savo sparnų raumenis ir „dainavimo“ grandines – kad galėtų atlikti garso poravimosi ritualą – o kita stiprino regėjimo ir motorines grandines, kad galėtų atryti ir pateikti maistą patelei.
Iš esmės, D. melanogaster muselių pavertimas dovanų teikėjais nėra kažkas, ką galima „atrakinti“ – tai išnyko galbūt prieš dešimtis milijonų metų.
Mokslininkai dabar apvertė šią evoliucinę kelionę, genetiškai perprogramuodami D. melanogaster smegenis, „įjungdami“ Fru geną dainuojančių muselių insulino gaminančiuose neuronuose – kur šis genas slypi dovanų teikėjų galvose – ir manipuliuodami juo, kad susidarytų visiškai naujos neuroninės jungtys, dėl kurių elgesys perduodamas kitoms rūšims.
Tai pirmasis pavyzdys, kai manipuliuojant vienu genu šis svetimasis elgesys perkeltas į kitą rūšį.
Mokslininkai įterpė DNR į D. subobscura embrionus, kad tam tikros smegenų ląstelės gamintų šiluma aktyvuojamus baltymus. Trumpai pašildydami museles, jie galėjo įjungti šiuos tikslinius neuronus.
Tai atskleidė 16–18 insulino gaminančių neuronų grupę pars intercerebralis – vabzdžių smegenų neurosekretoriniame centre – kurie gamina patinams būdingą baltymą FruM. Palyginus šią sritį su D. melanogaster, paaiškėjo, kad dovanas teikiančių rūšių insulino neuronai yra prijungti prie poravimosi grandinės, o „dainuojančių“ rūšių – ne.
D. melanogaster insulino gaminančios neuronai nėra prijungti prie Fru valdomos poravimosi grandinės – o tai reiškia, kad atrijimas tiesiog nėra jų įgūdžių dalis – jų jungtys ir genetinis programavimas tai daro neįmanoma. Tačiau mokslininkai išsiaiškino, kaip įjungti fru geną šiuose neuronuose, efektyviai perjungdami grandinę, kad „dainuojančios“ muselės galėtų atlikti svetimą dovanų teikimo veiksmą.
Įdomu, kad šis elgesio pokytis įvyko be mokymosi ar socialinės patirties – jis įvyko tik perkonfigūravus neuroninę grandinę.
„Kai mes aktyvavome fru geną insulino gaminančiuose dainuojančių musių neuronuose, kad būtų gaminami FruM baltymai, ląstelės išaugino ilgas nervines ataugas ir prisijungė prie smegenų poravimosi centro, sukuriant naujas smegenų grandis, kurios pirmą kartą sukėlė D. melanogaster dovanų teikimo elgesį“, – pasakoja tyrimo bendraautorius ir Nagojos universiteto Mokslų fakulteto magistrantūros lektorius Ryoya Tanaka.
Genetiškai modifikuotas poravimosi perkėlimas parodo, kaip kai kurie gyvūnai savo nervų struktūroje gali turėti paslėptų, evoliuciškai neaktyvių elgesio modelių. Taigi, aktyvuojant tinkamą genetinį jungiklį, galima pažadinti šias senovinius programas – net jei jos yra visiškai svetimos atitinkamai rūšiai.
„Mūsų tyrimų rezultatai rodo, kad naujų elgesio modelių evoliucijai nebūtinai reikia naujų neuronų atsiradimo; vietoj to, nedidelis genetinis perjungimas keliuose jau egzistuojančiuose neuronuose gali lemti elgesio įvairovę ir galiausiai prisidėti prie rūšių diferenciacijos“, – sakė vienas iš pagrindinių tyrimo autorių, Yusuke Hara iš Nacionalinio informacinių ir ryšių technologijų instituto (NICT).
Tačiau tai yra daugiau nei keistas mokslinis eksperimentas – vaisinių muselių rūšys, nors ir skiriasi viena nuo kitos, turi apie 60 proc. bendrų genų su žmonėmis. Mokslininkai mano, kad trys iš keturių žmogaus genetinių ligų turi analogijas vaisinėse musėse. Nenuostabu, kad tyrimai su vaisinėmis musėmis – ypač su modeline rūšimi D. melanogaster – iki šiol mokslininkams atnešė šešias Nobelio premijas. 2024 m. mokslininkai sukūrė išsamiausią muselės smegenų neuronų žemėlapį.
Šis naujausias tyrimas pateikia realius įrodymus, kad nedideli genetiniai pakeitimai – šiuo atveju vieno geno – grandinėje gali pakeisti elgesį rūšies lygiu. Nors niekas neteigia, kad artimiausiu metu bus sukurti nauji žmogaus instinktai, šis darbas rodo, kad genetinio lygio smegenų grandinės pakeitimais galima suaktyvinti visiškai naujus elgesio modelius. Tai rodo, kad kai kurie elgesio modeliai gali būti paslėpti mūsų biologijoje – įgimti, bet tylūs – ir laukti tinkamo molekulinio „jungiklio“, kuris juos įjungtų.
„Mes parodėme, kaip galima atsekti sudėtingus elgesio modelius, pvz., „vestuvinių dovanų“ teikimą, iki jų genetinių šaknų, kad suprastume, kaip evoliucija sukuria visiškai naujas strategijas, padedančias rūšims išgyventi ir daugintis“, – sakė vyresnysis tyrimo autorius Daisuke Yamamoto iš NICT.
Tyrimas publikuotas žurnale „Science“.
Parengta pagal „New Atlas“.
.jpg)
