אבולוציה כמשפצת: עיני עכביש ומוח דגי מערות מדגימים כיצד הטבע ממחזר ולא ממציא

מחקר מלווה של ריצוף תא בודד הצביע על תפקיד שמור לאיתות Hedgehog בהתפתחות עין העכביש, והראה שמסלול התפתחותי שמור עמוקות מעורב בבניית עיני עכביש . באופן רחב יותר, התפתחות מערכת הראייה בבעלי-חיים מסתמכת על גנים שמורים לקביעת רשתית ומסלולים התפתחותיים, כולל אורתולוגים של Pax6, גני Wnt, hh, dpp ו-atonal במודלים השוואתיים של התפתחות עין .

עיקרון מודגם: עיני עכביש לא התפתחו כהמצאות חדשות לגמרי. המגוון שלהן מובן טוב יותר כשינוי של תוכניות התפתחותיות משותפות, עם מסלולי התפתחות עיניים שמורים ואבולוציה מודולרית של זוגות עיניים המאפשרת למערכות ראייה שונות להסתגל ללחצים אקולוגיים שונים .

השלכות התנהגותיות: מחקר גודל עין העכביש מקשר בין אבולוציית גודל העין לאקולוגיה, ומראה ששינויים בין זוגות העיניים קשורים לאופן שבו עכבישים שונים מסתמכים על ראייה בנישותיהם .

יישומים רפואיים פוטנציאליים: מחקרי העכביש המצוטטים אינם קובעים יישומים רפואיים ישירים. הרלוונטיות הברורה ביותר שלהם היא לביולוגיה התפתחותית השוואתית, במיוחד כיצד מסלולים שמורים כמו איתות Hedgehog משתתפים בהתפתחות העין במגוון בעלי חיים .

מוח דגי מערות עיוורים: חיווט מחדש של מעגל דופמין להתנהגות הפוכה

דגי מערות מקסיקניים עיוורים (Astyanax mexicanus) מפגינים תגובה חיישנית-מוטורית מעוררת אור שהתפתחה בצורה שונה מזו של קרוביהם רואי-העין מעל הקרקע . באמצעות הדמיית מוח שלם תפקודי המיושרת לאטלס מוח מבוסס של Astyanax, חוקרים זיהו מעגל דופמין מרכזי העומד בבסיס ההסתגלות של תגובה זו . למרות שחיי המערות הסירו עיניים תפקודיות בדגי המערות, התגובה החדשה כרוכה בשינוי של מעגלים עצביים קיימים ולא בהמצאת מערכת מוחית חדשה לגמרי .

עבודת אטלס מוח בוגר מוקדמת יותר מצאה התרחבות של אזורים תלמיים ואחרים במוח דגי המערות, יחד עם הקטנה של אזורים הקשורים לעיבוד חזותי . עבודת אטלס זו גם מצאה שגרעינים היפותלמיים מסוימים מוגדלים בדגי מערות בעוד שאזורים היפותלמיים אחרים נותרו ללא שינוי, מה שמצביע על שינוי נוירואנטומי ספציפי לאזור ולא על התרחבות או הקטנה אחידה של המוח .

עיקרון מודגם: דגי המערות לא פיתחו מעגל מוחי חדש לגמרי ל"חישת אור". הם עשו שימוש חוזר במסלול קיים בתיווך דופמין הקשור להתנהגות חיישנית-מוטורית מעוררת אור, תוך כוונון מחדש להפקת פלט התנהגותי שונה .

השלכות התנהגותיות: השינוי ההתנהגותי מראה שהאבולוציה יכולה לשנות את הפלט של מעגל תגובה חושי גם לאחר אובדן ראייה יוצרת-תמונה .

יישומים רפואיים פוטנציאליים: מחקרי דגי המערות המצוטטים אינם קובעים יישומים קליניים ישירים. הרלוונטיות הרחבה ביותר שלהם היא כמודל חולייתנים לחקר כיצד מעגלים מוחיים ונוירואנטומיה יכולים להתפתח, להיות ממופים, ולהיות מוגדרים מחדש תפקודית בקנה מידה של מוח שלם .

סיכום

מחקר העכבישים מראה אבולוציה שעושה שימוש חוזר במסלולים התפתחותיים שמורים ובארכיטקטורת עיניים מודולרית כדי להתאים ללחצים אקולוגיים מגוונים. מחקר דגי המערות מראה אבולוציה שעושה שימוש חוזר במעגל דופמין קיים כדי לשנות תגובה התנהגותית מעוררת אור. שניהם דוגמאות חזקות לאבולוציה כמשפצת, לא כממציאה .