Evolutie als een knutselaar: hoe spinnenogen en blinde grotvissen de natuur laten zien als meester in hergebruik

Een begeleidende single-cell sequencing studie suggereerde een geconserveerde functie voor Hedgehog-signalering in de oogontwikkeling van spinnen, wat laat zien dat een diep geconserveerde ontwikkelingsroute betrokken is bij het bouwen van spinnenogen . In bredere zin blijkt de ontwikkeling van het visuele systeem bij dieren gebaseerd te zijn op geconserveerde genen en routes voor de bepaling van het netvlies, waaronder orthologen van Pax6, Wnt-genen, hh, dpp en atonal in vergelijkende modellen voor oogontwikkeling .

Geïllustreerd principe: Spinnenogen zijn niet geëvolueerd als compleet nieuwe uitvindingen. Hun diversiteit wordt beter begrepen als modificatie van gedeelde ontwikkelingsprogramma's, waarbij geconserveerde oogontwikkelingsroutes en modulaire evolutie van oogparen het mogelijk maken dat verschillende visuele systemen zich aanpassen aan verschillende ecologische druk .

Gedragsimplicaties: De studie naar ooggrootte bij spinnen koppelt de evolutie van oogomvang aan ecologie en suggereert dat verschillen tussen oogparen verband houden met hoe verschillende spinnen vertrouwen op hun zicht in hun respectievelijke niches .

Potentiële medische toepassingen: De geciteerde spinnenstudies leggen geen directe medische toepassingen bloot. Hun belangrijkste relevantie ligt in de vergelijkende ontwikkelingsbiologie, met name hoe geconserveerde routes zoals Hedgehog-signalering deelnemen aan oogontwikkeling bij diverse diersoorten .

Hersenen van blinde grotvissen: omschakeling van een dopaminecircuit voor omgekeerd gedrag

Blinde Mexicaanse grotvissen (Astyanax mexicanus) vertonen een geëvolueerde, door licht opgewekte sensorimotorische reactie die verschilt van die van hun ziende verwanten aan de oppervlakte . Met behulp van whole-brain functionele beeldvorming, afgestemd op een gevestigde Astyanax-hersenatlas, identificeerden onderzoekers een centraal dopaminecircuit dat ten grondslag ligt aan de aanpassing van deze lichtgevoelige reactie . Hoewel het leven in grotten de functionele ogen van grotvissen heeft verwijderd, blijkt de nieuwe reactie een modificatie van bestaande neurale circuits te zijn, niet de uitvinding van een compleet nieuw hersensysteem .

Eerder werk aan een hersenatlas van volwassen dieren toonde een uitbreiding van de thalamus en andere hersengebieden bij grotvissen, samen met een vermindering van gebieden die geassocieerd worden met visuele verwerking . Dat atlaswerk liet ook zien dat sommige hypothalamische kernen vergroot zijn bij grotvissen, terwijl andere hypothalamusgebieden onveranderd blijven. Dit duidt op regiospecifieke neuroanatomische verandering, niet op uniforme hersengroei of -krimp .

Geïllustreerd principe: Groetvissen hebben geen gloednieuw 'lichtgevoelig' hersencircuit geëvolueerd. Ze hebben een bestaande dopamine-gemedieerde route, geassocieerd met door licht opgewekt sensorimotorisch gedrag, een andere functie gegeven en afgesteld om een andere gedragsoutput te produceren .

Gedragsimplicaties: De gedragsverandering laat zien dat evolutie de output van een sensorisch-reactiecircuit kan veranderen, zelfs nadat het beeldvormende zicht verloren is gegaan .

Potentiële medische toepassingen: De geciteerde grotvisstudies vestigen geen directe klinische toepassingen. Hun sterkste bredere relevantie is als een gewerveld model voor het bestuderen hoe hersencircuits en neuroanatomie kunnen evolueren, in kaart gebracht en functioneel geherconfigureerd kunnen worden op whole-brain schaal .

Samenvatting

De spinnenstudie laat zien dat evolutie geconserveerde ontwikkelingsroutes en modulaire oogarchitectuur hergebruikt om te passen bij diverse ecologische druk. De grotvisstudie laat zien dat evolutie een bestaand dopaminecircuit een nieuwe functie geeft om een door licht opgewekte gedragsrespons te veranderen. Beide zijn sterke voorbeelden van evolutie als knutselaar, niet als uitvinder .