Kako se pojavio prvi mozak u evoluciji?

Ktenoforama je za lov potreban složeni živčani sustav, koji biolozi nazivaju elementarnim mozgom. Fotografija: Melanie El

Ktenoforama je za lov potreban složeni živčani sustav, koji biolozi nazivaju elementarnim mozgom. Fotografija: Melanie El

Znanstvenici su dešifrirali genom ktenofora, organizama koji imaju najstariji mozak na Zemlji.

Dešifriranjem genoma ktenofora (koji se još zovu i rebronoše) ruski biolozi i njihove kolege iz inozemstva saznali su da se živčani sustav pojavio dvaput tijekom evolucije. Došli su i do novih saznanja o tome kako živčani sustav može funkcionirati, i ta saznanja moći će se koristiti u medicini, između ostalog, u borbi protiv starenja.

Međunarodni tim znanstvenika dešifrirao je genom morskih beskralježnjaka Pleurobrachia bachei, predstavnika velike grupe ktenofora (Ctenophora). Analiza gena ovih organizama, objavljena u časopisu Nature, opovrgava fundamentalne predodžbe o evoluciji živih organizama.

Ruski „know-how“ u liječenju živaca
U glavnom gradu Tatarstana počeli su raditi operacije po novim jedinstvenim metodama. Pacijentima s ishemijom donjih ekstremiteta, s povrijeđenim perifernim živcima u krvnim žilama više nije potrebno prolaziti dugotrajno liječenje.

Prije svega, dobiveni podaci govore o tome da su ktenofore možda najstarije životinje na planetu.

Dosada su se najstarijima smatrale spužve, koji su primitivniji organizmi i nemaju živčani sustav. Osim toga, geni ktenofora navode biologe na pomisao da se živčani sustav pojavio možda i dvaput tijekom evolucije i da su obje pojave bile neovisne jedna o drugoj.

Ktenofore koje su proučavali znanstvenici imaju poluprozirno želatinoznu tijelo i trepetljike. Na prvi pogled ova životinja podsjeća na meduzu, ali je sličnost varljiva, jer su ktenofore daleko složeniji organizmi i pripadaju potpuno drugom tipu životinja. One su grabljivice, hrane se zooplanktonom, sitnim račićima, a love i riblju mlađ. Ktenoforama je za lov potreban složeni živčani sustav. Biolozi ga nazivaju elementarnim mozgom, jer on, naime, omogućuje orijentaciju u prostoru, koordinira pokrete mišića i može se regenerirati u slučaju oštećenja. Poznato je ukupno 150 vrsta ktenofora.

Odavno sam želio radi istraživanja gena pronaći životinjsku vrstu kod koje se najprije pojavila struktura živčanog sustava koja se može tretirati kao mozak.

Evgenij Rogajev, RAN

U Rusiji je tema ktenofora postala aktualna u vrijeme ekološke katastrofe u Crnom moru, kada su se tamo početkom 1980-ih naselile ktenofore mnemiopsis (Mnemiopsis leidyi) i počele proždirati zooplankton, tj. uništavati najvažniju riblju hranu, što je bio velik udarac za komercijalni ribolov.

Srećom, protiv proždrljivih doseljenika pronađen je odgovor u obliku drugih ktenofora (Beroe ovata), koje se hrane mnemiopsisom.

Ove zanimljive životinje skupljala je i proučavala grupa istraživača pod vodstvom profesora Leonida Moroza na sveučilištima u Floridi i Washingtonu. Radi proučavanja genoma biolozi su se ujedinili s grupom profesora Evgenija Rogaeva, specijalista za neurogenetiku i šefa laboratorija na Institutu za opću genetiku Ruske akademije znanosti (RAN) i na Medicinskom učilištu Sveučilišta u Massachusettsu.

Kako je Rogajev izjavio portalu Gazeta.Ru, on je odavno želio „radi istraživanja gena pronaći životinjsku vrstu kod koje se najprije pojavila struktura živčanog sustava koja se može tretirati kao mozak“.

Pronađen eliksir mladosti
Pravi eliksir mladosti razvili su znanstvenici iz Novosibirska. Oni su napravili jedinstveni preparat koji navodi ljudski mozak da proizvodi matične stanice. A one su u stanju obnavljati bolesne organe. Čudotvorno sredstvo omogućava da se ostane mlad

„Čudno zvuči, ali stručnjaci nisu imali nedvosmislen odgovor na pitanje kod koga se najprije pojavila takva struktura. Zbog toga mi se činilo da je vrlo zanimljivo otkriće koncentracije živčanih stanica minijaturnog mozga kod drevne grupe ktenofora.“

Rogaev i kolege sekvencirali su DNA ktenofora koristeći najnovije tehnologije u dešifriranju genoma. U daljnjoj analizi sudjelovali su stručnjaci iz SAD-a, Rusije, Španjolske, Nizozemske i Engleske. Ruski znanstvenici predstavljaju Institut za opću genetiku Ruske akademije znanosti, Fakultet za bioinženjering i bioinformatiku Moskovskog državnog sveučilišta Lomonosov (MGU) i Institut za citologiju i genetiku Ruske akademije znanosti u Novosibirsku.

Prvi zaključak do kojeg su znanstvenici došli usporedbom genoma ktenofora s genomom drugih životinja sastoji se u tome da se skupina ktenofora odvojila od ostalih višestaničnih životinja u ranim fazama evolucije, prije oko 600 milijuna godina.

Pokazalo se da su ktenofore vrlo korisne za razumijevanje fundamentalnih osnova biologije. Njima je za lov potreban složeni živčani sustav. Biolozi ga nazivaju elementarnim mozgom, jer on omogućuje orijentaciju u prostoru, koordinira pokrete mišića i može se regenerirati u slučaju oštećenja.

Zbog toga nije ni čudno što one ne nalikuju ostalim životinjskim vrstama.

Prema riječima profesora Rogaeva, analiza je pokazala da više od 19500 gena ktenofora sudjeluje u kodiranju bjelančevina. Neki geni su jedinstveni, tj. postoje samo kod ktenofora i ne postoje kod drugih životinja. Kod ktenofora su pronađene i neke vrlo neobične specifičnosti, koje se tiču ​​regulacije funkcioniranja gena. Naime, one nemaju mikro RNA. Dosada je mikro RNA pronađena kod svih vrsta životinja. Ona ima vrlo važnu ulogu u razvoju i funkcioniranju organizma. Ktenofore, međutim, nekako žive i bez nje.

U laboratoriju profesora Leonida Moroza dokazali su da se živčani sustav ktenofora razlikuje od živčanog sustava drugih životinja po sastavu neuromedijatora, tj. kemijskih transmitera živčanog impulsa u sinapsama. Od svih poznatih neuromedijatora kod ktenofora je pronađen samo glutamat, a nisu pronađeni ni serotonin, ni dopamin, ni ostali.

U genomu ktenofora također nedostaje niz gena bjelančevina koje imaju ulogu receptora, tj. sudjeluju u prenošenju kemijskih impulsa među neuronima.

Ljepota koja neće spasiti svijet
Rusija promišlja o izgradnji ogromne solarne centrale koja bi iz svemira prenosila energiju na Zemlju. Takvu inicijativu dala je glavna znanstvena ustanova Roskosmosa – Centralni znanstveno-istraživački institut za konstruiranje uređaja.

Takve jedinstvene osobine navele su znanstvenike na pretpostavku da su se kod ktenofora živčani sustav i mišići pojavili neovisno od drugih životinja.

Iz toga proizlazi da se živčani sustav tijekom evolucije pojavio dvaput, ili, kako se opreznije izražava Evgenij Rogaev, „bar se može reći da je odavno počela neovisna evolucija dvaju živčanih sustava“.

Ispostavilo se da su ktenofore vrlo korisne za razumijevanje fundamentalnih osnova biologije. No to nije sve. Kako naglašava Rogaev, „evolucijske sheme mogu se odrediti i preispitivati, ili se interpretirati na različite načine, ali dobiveni podaci ne samo da pomažu razumijevanju zakonitosti evolucije životinja, nego se mogu primijeniti i u praksi, primjerice u novim pristupima izradi lijekova“.

„Postojanje drugačijih molekula i mehanizama koji realiziraju prijenos impulsa u živčanom sustavu može biti važan i za područje neurodegenerativnih ili psihičkih bolesti. Tu spada, primjerice, otkriće neuropeptida koji se mogu koristiti umjesto običnih neuromedijatora ili molekula koji pružaju jedinstvene regenerativne sposobnosti tih životinja.“

Evgenij Rogaev kaže da je taj posao započeo prije tri godine, a podržao ga je Aleksandar Čikunov, osnivač grupe kompanija Rostok koja se bavila promoviranjem projekata usmjerenih na produljenje ljudskog vijeka i borbu protiv starenja. „To je za ruske prilike rijedak primjer pružanja sponzorske pomoći fundamentalnim istraživanjima“, naglasio je Rogaev.

U ovom trenutku grupa profesora Rogaeva ima neke završene genomske projekte koji još uvijek nisu objavljeni, primjerice projekte o genima Alzheimerove bolesti i dugovječnosti.