Еволюція як «майстер переробки»: як дослідження очей павуків та мозку сліпих печерних риб розкривають стратегію природи

Супутнє дослідження з використанням секвенування поодиноких клітин припустило консервативну функцію Hedgehog-сигналізації в розвитку очей павуків, показуючи, що глибоко консервативний шлях розвитку бере участь у формуванні цих органів . Загалом, розвиток зорових систем тварин спирається на консервативні гени детермінації сітківки та шляхи, включаючи ортологи Pax6, генів Wnt, hh, dpp та atonal у порівняльних моделях розвитку очей .

Проілюстрований принцип: Очі павуків не виникли як абсолютно нові винаходи. Їхнє різноманіття краще розуміти як модифікацію спільних програм розвитку, де консервативні шляхи та модульна еволюція пар очей дозволяють різним зоровим системам адаптуватися до різних екологічних тисків .

Поведінкові наслідки: Дослідження розміру очей павуків пов'язує еволюцію очей з екологією, припускаючи, що відмінності між парами очей пов'язані з тим, як різні павуки покладаються на зір у своїх відповідних нішах .

Потенційне медичне застосування: Цитовані дослідження павуків не встановлюють прямих медичних застосувань. Їхня найбільш очевидна relevancia – це порівняльна біологія розвитку, особливо те, як консервативні шляхи, такі як Hedgehog-сигналізація, беруть участь у розвитку очей у різних тварин .

Мозок сліпих печерних риб: перепрофілювання дофамінового ланцюга для зворотної поведінки

Сліпі мексиканські печерні риби (Astyanax mexicanus) демонструють еволюціоновану сенсомоторну реакцію на світло, яка відрізняється від реакції їхніх зрячих поверхневих родичів . Використовуючи функціональну візуалізацію всього мозку, вирівняну за встановленим атласом мозку Astyanax, дослідники ідентифікували центральний дофаміновий ланцюг, що лежить в основі адаптації цієї реакції на світло . Хоча життя в печерах призвело до втрати функціональних очей, нова реакція, здається, передбачає модифікацію існуючої нейронної схеми, а не створення абсолютно нової мозкової системи .

Попередня робота з атласу мозку дорослих особин виявила розширення таламуса та інших ділянок мозку печерних риб, а також зменшення регіонів, пов'язаних із зоровою обробкою . Ця робота з атласу також показала, що деякі ядра гіпоталамуса збільшені у печерних риб, тоді як інші ділянки гіпоталамуса залишаються незмінними, що вказує на регіон-специфічні нейроанатомічні зміни, а не на рівномірне збільшення чи зменшення мозку .

Проілюстрований принцип: Печерні риби не еволюціонували, створивши абсолютно новий «світлочутливий» ланцюг мозку. Вони перепрофілювали існуючий дофамін-опосередкований шлях, переналаштувавши його для іншого поведінкового результату .

Поведінкові наслідки: Поведінкова зміна показує, що еволюція може змінити результат сенсорно-моторного ланцюга навіть після втрати формального зору .

Потенційне медичне застосування: Цитовані дослідження печерних риб не встановлюють прямих клінічних застосувань. Їхня найбільша relevancia – це модель хребетних для вивчення того, як мозкові ланцюги та нейроанатомія можуть еволюціонувати, бути картографованими та функціонально реконфігурованими в масштабі всього мозку .

Підсумок

Дослідження павуків показує, як еволюція перепрофільовує консервативні шляхи розвитку та модульну архітектуру очей, щоб відповідати різноманітним екологічним тискам. Дослідження печерних риб показує, як еволюція перепрофільовує існуючий дофаміновий ланцюг, щоб змінити поведінкову реакцію, викликану світлом. Обидва є сильними прикладами того, що еволюція є «майстром переробки», а не винахідником .