Řešení záhady, nad kterou biologové přemýšlejí již více než století

Injekce roztoku CRISPR do krabích embryí (Parhyale hawaiiensis). Uznání: Heather Bruce

Zní to jako „tak jednoduchý příběh“ – „jak hmyz dostal svá křídla“ – ale je to opravdu záhada, nad kterou biologové přemýšlejí už více než století. V posledních letech se objevily zajímavé a konkurenční teorie o vývoji hmyzích křídel, ale žádná z nich nebyla zcela uspokojivá. Nakonec tým z Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hall, urovnal kontroverzi pomocí vodítek z dlouhodobých vědeckých prací a sofistikovaných genomických přístupů. Studie, kterou provedla výzkumná firma MBL Heather Bruce a ředitel MBL Nipam Patel, byla zveřejněna tento týden Přírodní ekologie a evoluce.

Křídla hmyzu, potvrdila posádka, se vyvinula z potomků nebo “lalůčků” na nohách krabů předků (ano, krabů). Poté, co se toto mořské zvíře přesunulo asi před 300 miliony let, byly segmenty nohou nejblíže jeho tělu začleněny do stěny těla během vývoje plodu, snad kvůli lepší podpoře jeho váhy na souši. „Laloky se poté přesunuly na zadní stranu hmyzu a ty později vytvořily křídla,“ říká Bruce.

Vývoj křídla hmyzu z krabové boty

Hmyz začlenil do stěny těla dva segmenty nohou starověkých krabů (označené 7 červeně a 8 růžově). Lalok na nožní části 8 později vytvořil křídlo u hmyzu, zatímco tato paralelní struktura v krabech tvoří břidlicovou desku. Uznání: Heather Bruce

Bruce říká, že jedním z důvodů, proč to trvalo sto let, je to, že kolem roku 2010 nebylo doceněno, že hmyz nejvíce souvisí s rakovinou v artropodní tepně, jak ukazují genetické podobnosti.

“Předtím na základě morfologie všichni klasifikovali hmyz ve skupině myriapodů spolu s čtverci o ploše 2 000 čtverečních stop a více nohama,” říká Bruce. „A pokud prohledáte myriapody, odkud pocházejí křídla hmyzu, nic nenajdete,“ říká. „Křídla hmyzu byla tedy považována za„ nové “struktury, které se objevily u hmyzu a neměly odpovídající strukturu u předka – protože vědci hledali posvátné místo pro hmyz na špatném místě.“

„Lidé jsou velmi nadšeni myšlenkou, že něco jako křídla hmyzu mohlo být inovativní inovací evoluce,“ říká Patel. „Ale jeden z příběhů, který vychází z genomových srovnání, je, že nic není úplně nové; všechno pochází odněkud. A můžete vlastně přijít na to, kde.“


Parhyale hawaiensis, zde ukázaný při jídle, prošel svým genomem a je geneticky nejmodernějším krabem pro biologický výzkum. Uznání: Heather Bruce

Bruce zachytil vůni jejího hlášeného objevu a porovnal genetické pokyny s krájenými nohami krabů, malou plážovou násypkou Předmluva„A segmentované nohy hmyzu, včetně ovocné mušky Drosophila A brouk Tribulium. Pomocí úpravy genu CRISPR-Cas9 systematicky narušil pět běžných genových vzorů pro vzory nohou Předmluva A hmyz a zjistili, že tyto geny odpovídají šesti úsekům nohou nejdále od stěny těla. PředmluvaU boku jeho těla je však další část sedmé nohy. Kam se ten kousek dostal, uvažovala? „A tak jsem se začal zabývat literaturou a zjistil jsem, že tato stará myšlenka navržená v roce 1893, že hmyz začlenil jejich proximální část [closest to body] Oblast nohou do stěny těla, “říká.

„Ale stále jsem neměl okřídlenou část příběhu,“ říká. „Četl jsem tedy dál a četl jsem a narazil jsem na tuto teorii z 80. let, kdy nejenže hmyz začlenil svou proximální oblast nohou do stěny těla, ale malé laloky v noze později šly vzadu a vytvořily křídla. Pomyslel jsem si, wow, moje genomová a embryonální data podporují ty staré teorie.“

Tuto dlouholetou hádanku by nebylo možné vyřešit bez nástrojů, které jsou v současné době k dispozici k testování genomu velkého počtu organismů, včetně Předmluva„Která laboratoř Patel vyvinula jako nejnevážnější výzkumný organismus mezi kraby.

Odkaz: „Knockout of Cancer Leg Pattern Gardens naznačuje, že křídla hmyzu a stěny těla vyvinuté ze starověkých sekcí nohou“, autor: Heather S. Bruce a Nippam H. Patel, 1. prosince 2020, Přírodní ekologie a evoluce.
DOI: 10.1038 / s41559-020-01349-0

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.