Эволюция как «мастер на все руки»: как исследования глаз пауков и мозга слепых пещерных рыб раскрывают стратегию природы по перестройке

Сопутствующее исследование секвенирования отдельных клеток показало консервативную функцию передачи сигналов Hedgehog в развитии глаз пауков, демонстрируя, что глубоко консервативный путь развития участвует в построении глаз пауков . В более широком смысле, развитие зрительной системы животных, по-видимому, опирается на консервативные гены определения сетчатки и пути, включая ортологи Pax6, генов Wnt, hh, dpp и atonal в сравнительных моделях развития глаз .

Иллюстрируемый принцип: Глаза пауков не возникли как совершенно новые изобретения. Их разнообразие лучше понимать как модификацию общих программ развития, причем консервативные пути развития глаз и модульная эволюция пар глаз позволяют различным зрительным системам адаптироваться к разным экологическим условиям .

Поведенческие последствия: Исследование размера глаз пауков связывает эволюцию размера глаз с экологией, предполагая, что различия между парами глаз связаны с тем, как разные пауки полагаются на зрение в своих экологических нишах .

Потенциальные медицинские применения: Цитируемые исследования пауков не устанавливают прямых медицинских применений. Их наиболее очевидная значимость — в сравнительной биологии развития, особенно в понимании того, как консервативные пути, такие как передача сигналов Hedgehog, участвуют в развитии глаз у различных животных .

Мозг слепых пещерных рыб: перестройка дофаминовой цепи для обратного поведения

Слепая мексиканская пещерная рыба (Astyanax mexicanus) демонстрирует эволюционировавшую вызванную светом сенсомоторную реакцию, которая отличается от реакции зрячих поверхностных родственников . Используя функциональную визуализацию всего мозга, совмещенную с установленным атласом мозга Astyanax, исследователи выявили центральную дофаминовую цепь, лежащую в основе адаптации этой вызванной светом реакции . Хотя жизнь в пещерах лишила пещерных рыб функциональных глаз, новая реакция, по-видимому, включает модификацию существующих нейронных цепей, а не изобретение совершенно новой мозговой системы .

Более ранняя работа по атласу мозга взрослых особей выявила расширение таламических и других областей мозга у пещерных рыб наряду с сокращением областей, связанных с обработкой зрительной информации . Эта работа также показала, что некоторые ядра гипоталамуса увеличены у пещерных рыб, в то время как другие области гипоталамуса остаются неизменными, что указывает на регион-специфические нейроанатомические изменения, а не на равномерное расширение или сокращение мозга .

Иллюстрируемый принцип: Пещерные рыбы не развили совершенно новую «светочувствительную» мозговую цепь. Они перепрофилировали существующий дофамин-опосредованный путь, связанный с вызванным светом сенсомоторным поведением, перенастроив его для получения другого поведенческого результата .

Поведенческие последствия: Поведенческое изменение показывает, что эволюция может изменить результат сенсорно-моторной цепи даже после потери предметного зрения .

Потенциальные медицинские применения: Цитируемые исследования пещерных рыб не устанавливают прямых клинических применений. Их наиболее сильная общая значимость — в качестве модели позвоночных для изучения того, как мозговые цепи и нейроанатомия могут эволюционировать, картироваться и функционально перенастраиваться в масштабе всего мозга .

Резюме

Исследование пауков показывает, как эволюция перепрофилирует консервативные пути развития и модульную архитектуру глаз для соответствия различным экологическим условиям. Исследование пещерных рыб показывает, как эволюция перепрофилирует существующую дофаминовую цепь, чтобы изменить вызванную светом поведенческую реакцию. Оба являются яркими примерами эволюции как «мастера на все руки», а не изобретателя .