Studija timova iz Max Planck i Lawrence Berkeley laboratorije pokazuje da ptice i sisari koriste iste osnovne razvojne programe za formiranje lica, ali se ključne razlike javljaju u regulatornim elementima DNK i u odgovoru mezenhimalnih ćelija na signale. Istraživanje je koristilo single-cell transcriptomics na embrionima pilića i miševa, a rezultati su objavljeni u Science Advances. Mnogi regulatorni regioni preklapaju se sa genomskim lokusima povezanima za ljudske facijalne osobine, što objašnjava varijabilnost unutar naše vrste.
Isti Genetski Plan, Drugačije Lice: Kako Regulacija I Ćelijska Komunikacija Stvaraju Raznovrsnost
How Does Nature Create a Wide Variety of Faces?Gary Yeowell - Getty Images
Iako pilići i miševi izgledaju potpuno različito, novo istraživanje pokazuje da koriste iste osnovne razvojne programe za formiranje lica. Ključ razlike nije u samim genima, već u regulatornim elementima DNK i u načinu na koji ćelije primaju i tumače signale tokom embrionalnog razvoja.
Tim iz Max Planck Institute for Evolutionary Biology u Plönu i Lawrence Berkeley National Laboratory primenio je single-cell transcriptomic profiling na embrionima pilića i miševa kako bi precizno mapirao ćelijske tipove i njihove signalne interakcije tokom formiranja lica.
Tokom razvoja, takozvani razvojni organizatori (developmental organizers) deluju kao nadzornici na gradilištu: iz ektoderma šalju morfogene — molekule koje usmeravaju rast i formiranje tkiva. Ti morfogeni su u velikoj meri konzervirani među vrstama, pa se pitanje "zašto drugačije lice" svodi na to kako i kada se ti signali aktiviraju i kako se na njih odgovara.
Odgovor leži u regulatornim (nekodirajućim) elementima DNK koji funkcionišu kao prekidači i određuju gde i kada će određeni geni biti uključeni. Kao što je istakla Markéta Kaucká, rukovodilac istraživanja, menjanje samog gena nosi rizik da se naruše mnogi procesi odjednom; zato evolucija češće menja regulatore kako bi oblikovala pojedinačne osobine bez ugrožavanja celog organizma.
Markéta Kaucká: "Ako promenite gen, rizikujete da poremetite više procesa istovremeno. Menjanjem regulatornih elemenata možete ciljano preoblikovati osobine, poput lica, bez ugrožavanja organizma."
Pored samih organizatora signala, važno je i kako mezenhimalne ćelije — multipotentne matične ćelije koje daju kost, hrskavicu, masno i mišićno tkivo — primaju i procesuiraju te signale. Studija pokazuje da se upravo u različitim odgovorima ovih ćelija krije veliki deo međuvrštske razlike.
Interesantno, mnogi identifikovani regulatorni regioni u pticama i glodarima preklapaju se sa genomskim lokusima koji su povezani sa ljudskim facijalnim osobinama. To objašnjava i veliku varijabilnost unutar vrste Homo sapiens: isti alati evolucije koji prave razlike među vrstama doprinose i promenama unutar ljudske populacije.
Rezultati su objavljeni u časopisu Science Advances, a prva autorka studije, doktorantkinja Stella Kyomen, naglašava da je facijalna raznolikost proizvod i promena u proizvodnji signala i promena u njihovom percipiranju.
Ukratko: evolucija "radi pametnije, ne više" — umesto da menja bazične gene s rizikom širokih posledica, oblikuje lice preko regulatornih elemenata i ćelijske komunikacije, čime omogućava veliku raznolikost oblika lica bez narušavanja osnovne biologije organizma.
Pomozite nam da budemo bolji.
