การวิเคราะห์ใหม่เผยให้เห็นถึงรากฐานทางพันธุกรรมของการที่สัตว์น้ำงอกหัวขึ้นใหม่หลังการตัดหัว โดย KATE BAGGALEY | เผยแพร่เมื่อ 8 ธ.ค. 2564 07:55 น.
ศาสตร์
สัตว์
ไฮดราพร้อมกับเวิร์มและสัตว์อื่น ๆ ทำให้เกิดการฟื้นฟูอย่างเต็มที่ David Plachetzki
แบ่งปัน
สำหรับกลุ่มสัตว์น้ำขนาดเล็กที่รู้จักกันในชื่อไฮดรา การตัดหัวจะทำให้ไม่สะดวกมากกว่าสิ่งอื่นใด ต้องขอบคุณความสามารถในการฟื้นฟูที่น่าทึ่งของเหล่าสิ่งมีชีวิต ไม่จำเป็นต้องเป็นอันตรายถึงชีวิต
กระบวนการที่ควบคุมวิธีที่ไฮดราจัดการเพื่อให้ศีรษะ
.ของพวกเขางอกใหม่ยังคงเป็นเรื่องลึกลับ ด้วยความหวังว่าจะเข้าใจรากฐานทางพันธุกรรมของความสำเร็จนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงได้พิจารณาอย่างใกล้ชิดว่ายีนใดบ้างที่ถูกเปิดและปิดในระหว่างการงอกใหม่และวิธีควบคุมยีนเหล่านี้
“เราอยากรู้ว่า…เกิดอะไรขึ้นในระดับจีโนมที่บอกให้เซลล์เหล่านี้เติบโตหรือหยุดการเจริญเติบโต และนั่นจะเปรียบเทียบกับการพัฒนาปกติอย่างไร” Aide Macias-Muñoz นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา ซึ่งทำการวิจัยในขณะที่อยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์กล่าว
เธอและเพื่อนร่วมงานพบความแตกต่างที่สำคัญในการเจริญเติบโตของหัวในระหว่างการงอกใหม่และการแตกหน่อ ซึ่งเป็นรูปแบบของการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศที่ใช้โดยไฮดราและสัตว์อื่นๆ เช่น ปะการัง ทีมงานยังตั้งข้อสังเกตอีกว่ากลไกบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการสร้างไฮดรามีความคล้ายคลึงกับกลไกที่ควบคุมการพัฒนาในสัตว์อื่น Macias-Muñoz ผู้ซึ่ง ตีพิมพ์ผลการวิจัยเมื่อวันที่ 8 ธันวาคมในวารสารGenome Biology and Evolutionกล่าวซึ่งอาจหมายความว่า “เครื่องมือพัฒนา” เหล่านี้มีประวัติศาสตร์โบราณในอาณาจักรสัตว์
ไฮดราเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังกลุ่มใหญ่ที่เรียกว่า cnidarians ซึ่งรวมถึงดอกไม้ทะเล ปะการัง และแมงกะพรุน รูปร่างที่เรียบง่ายของพวกมันมีรูปร่างคล้ายหลอดทดลองโดยมีปากและหนวดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง และมี “เท้า” ที่ยึดติดกับหินโดยรอบหรือพื้นผิวแข็งอื่นๆ ที่อีกด้านหนึ่ง
สัตว์บางชนิด เช่น กิ้งก่าและซาลาแมนเดอร์สามารถฟื้นฟูแขนขาที่หายไปได้ แต่ไฮดราพร้อมกับเวิร์มและสัตว์อื่น ๆ ทำให้เกิดการฟื้นฟูอย่างเต็มที่ ใกล้ปากของมัน ไฮดรามีกลุ่มเซลล์ 50 ถึง 300 เซลล์ที่เรียกว่าตัวจัดระเบียบส่วนหัว ตามชื่อของมัน มันชี้นำการพัฒนาของศีรษะ ถ้าไฮดราถูกตัดศีรษะ ผู้จัดงานคนใหม่สามารถสร้างและกระตุ้นให้สัตว์งอกหัวขึ้นใหม่ได้ ในขณะเดียวกัน หัวที่หลุดไปบางครั้งจะงอกขึ้นที่ส่วนล่างของร่างกาย
นักวิทยาศาสตร์ยังประสบความสำเร็จในการต่อกิ่งหัวไฮดราลงบนร่างที่ถูกตัดหัวของไฮดราอื่นๆ Macias-Muñozกล่าวว่าถ้าไฮดราถูกฉีกออกเป็นกระจุกเซลล์เล็กๆ
เธอและทีมสำรวจว่าไฮดราปฏิบัติตามคำแนะนำ
ที่คล้ายกันเพื่อสร้างศีรษะในระหว่างการงอกใหม่และการแตกหน่อหรือไม่ (ซึ่งสัตว์ดังกล่าวจะแตกหน่อเล็กๆ พวกเขาวิเคราะห์ตัวอย่างเนื้อเยื่อที่นำมาจากไฮดราที่ผ่านกระบวนการทั้งสอง และระบุยีน 298 ยีนที่แสดงออกแตกต่างกันในระหว่างการงอกใหม่และการแตกหน่อของศีรษะ สิ่งเหล่านี้รวมถึงยีนที่ก่อนหน้านี้เชื่อมโยงกับการก่อตัวของหัวหน้าออร์กาไนเซอร์ในไฮดรา เช่นเดียวกับยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการฟื้นฟูในสัตว์อื่นๆ
[ที่เกี่ยวข้อง: แมงกะพรุนเหล่านี้ดูเหมือนจะโกงความตาย ความลับของพวกเขาคืออะไร?]
Macias-Muñoz กล่าวว่า “การฟื้นฟูและการแตกหน่อ แม้ว่าคุณจะได้ผลลัพธ์แบบเดียวกัน
เธอและเพื่อนร่วมงานยังได้ตรวจสอบกลไกที่ควบคุมว่าคำสั่งในยีนเหล่านี้จะดำเนินการในระหว่างการงอกใหม่หรือไม่ พวกเขาอาศัยอยู่ที่โครมาตินของสัตว์ ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมที่แน่นแฟ้นซึ่งประกอบด้วยดีเอ็นเอและโปรตีน เมื่อโครมาตินถูก “ปิด” โปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนจะห่อหุ้มโครมาตินไว้เพื่อไม่ให้อ่านดีเอ็นเอภายใน เมื่อโครมาติน “เปิด” โปรตีนอื่นๆ สามารถจับและถ่ายทอดดีเอ็นเอได้
Macias-Muñoz กล่าวว่า “บางพื้นที่ของโครมาตินเปิดในบางช่วงเวลาของการสร้างใหม่ และบางครั้งโครมาตินจะปิด” “ดังนั้น ไม่เพียงแต่ยีนจะถูกเปิดและปิดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของโครมาตินแบบเปิดหรือแบบปิดที่ช่วยควบคุมการแสดงออกของยีนที่สำคัญเหล่านี้เพื่อการงอกใหม่”
นักวิจัยยังได้ระบุบริเวณที่อยู่ภายในโครมาตินซึ่งทราบว่าสามารถจับโปรตีนที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาในสัตว์หลายชนิด นี่แสดงให้เห็นว่ากลไกทางพันธุกรรมบางอย่างที่อยู่ภายใต้การงอกใหม่ได้วิวัฒนาการก่อนที่ cnidarians จะแยกตัวออกจากบรรพบุรุษของสัตว์ที่ “ซับซ้อน” เช่นมนุษย์ Macias-Muñozกล่าว
ผลการวิจัยทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ เธอกล่าว การสร้างเนื้อเยื่อใหม่ทำงานคล้ายกันมากในไฮดราและสัตว์อื่นๆ หรือไม่? หรือสัตว์เช่นกิ้งก่าและซาลาแมนเดอร์กำลัง “เดินสาย” ยีนพัฒนาการในลักษณะพิเศษและแตกต่างกันเพื่อให้ได้ผลที่คล้ายคลึงกันกับไฮดรา?
ในอนาคต Macias-Muñoz จะสำรวจว่ายีนและกระบวนการควบคุมที่เธอและทีมของเธอระบุว่ามีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร “ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบตามการใช้งานจริงและยืนยันว่าพวกเขากำลังทำอะไรบางอย่างในการฟื้นฟู” เธอกล่าว
การตรวจสอบว่าการงอกใหม่ทำงานอย่างไรในสิ่งมีชีวิตธรรมดาๆ เช่น ไฮดรา และความคล้ายคลึงกับกระบวนการในสัตว์อื่นๆ อาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการพัฒนาที่ผิดพลาดในมนุษย์
Macias-Muñoz กล่าวว่า “การศึกษาไฮดราช่วยให้เรามองเห็นพื้นฐานว่าเซลล์สามารถทำอะไรได้บ้างและมีกลไกอะไรบ้างในระดับยีน “ถ้าเราสามารถหาวิธีที่จะทำลายพวกมันหรือแก้ไขการหยุดชะงักในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ บางทีเราอาจเริ่มคิดว่าการหยุดชะงักเหล่านั้นที่เกิดขึ้นและทำให้เกิดโรคได้อย่างไร…ได้รับการปฏิบัติอย่างแตกต่างออกไป”
