Descubra a origem dos espinhos dos peixes

no filme”Um peixe chamado WandaO vilão Otto devorou ​​sem esforço todos os passageiros do Aquário Kane. No entanto, a realidade é muito mais difícil. Pelo menos um dos infelizes fãs que reconstruíram a cena foi levado ao hospital com um peixe preso na garganta. Ao mesmo tempo , esta também foi uma lição dolorosa.Na ictiologia (o estudo científico dos peixes), ou seja, a defesa de alguns peixes consiste em espinhos pontiagudos das nadadeiras.

Dois tipos de elementos fin

Na verdade, muitas espécies de peixes têm dois tipos de elementos de nadadeiras, raios de nadadeiras moles “Normal“, que são rombos, flexíveis e servem principalmente para locomoção, e seus espinhos são afiados e profundamente fossilizados. Como os espinhos das nadadeiras servem ao propósito de tornar os peixes menos comestíveis, eles fornecem uma grande vantagem evolutiva. Com mais de 18.000 membros, os peixes espinhosos são entre os mais ricos de todas as espécies de peixes. Esses peixes evoluíram. ”barbatanas espinhosas“Os separados consistem apenas em plugues. Portanto, a evolução dos espinhos das nadadeiras é um fator importante na determinação da diversidade e do sucesso evolutivo entre os peixes.

No estudo publicado em PNAS, i Pesquisadores da Universidade de Constança em uma equipe liderada pelo Dr. Ghost Woltering, que – junto com um aluno de doutorado e primeiro autor do estudo Rebecca Hoch Ele trabalha no laboratório do professor Axel MeyerMostra como os espinhos das nadadeiras surgem durante o desenvolvimento embrionário. Eles também explicam como espinhos de raios ancestrais lisos podem evoluir independentemente para diferentes listras de peixes. O estudo se concentra em uma espécie típica de peixes radioativos, a tilápia Astatutilapia Burtoni, que contém partes de barbatanas espinhosas e raios moles bem desenvolvidos.

Diferentes genes evolutivos para coluna e raio suave

Como uma primeira etapa, a equipe identificou os perfis genéticos de raios moles e nadadeiras espinhosas durante o desenvolvimento embrionário. “O que ficou claro com esses primeiros experimentos é que um conjunto de genes que já conhecíamos da nadadeira e do desenvolvimento dos membros são ativados de maneira diferente nas espinhas e nos raios moles.Esses genes são compatíveis com os chamados genes reguladores principais e são conhecidos por determinar a morfologia no esqueleto axial e dos membros. Nas nadadeiras dos peixes, esses genes parecem fornecer um código genético que determina se os elementos emergentes da nadadeira se desenvolverão como uma espinha dorsal ou um raio suave.

Raios suaves podem se transformar em espinhos e vice-versa

Em seguida, a equipe identificou as vias genéticas que ativam esses genes regulatórios importantes e que determinam sua atividade em diferentes locais nas nadadeiras. “É importante ressaltar que fomos capazes de manipular as funções dessas vias usando ferramentas químicas, chamadas repressores e ativadores, bem como tesouras genéticas CRISPR / Cas9 e, em seguida, testar como os domínios da barbatana espinhosa e dos raios moles são criados durante o desenvolvimento.‘, ele afirma Ghost WolterrainZ, Professor Assistente do Departamento de Biologia da Universidade de Constança e autor sênior do estudo.

Em seus experimentos, os cientistas foram capazes de variar o número de espinhos moles ou raios nas nadadeiras. Este efeito foi muito surpreendente quando a chamada BMP (proteína morfogenética óssea) foi modificada. “Não apenas vimos mudanças na ativação de genes regulatórios chave, mas também observamos as chamadas transições homólogas, nas quais os raios moles se tornaram espinhos, ou vice-versa, espinhos se transformaram em raios moles”, explica Joost Woltering.

Outra observação foi que nestes peixes, não só mudou a forma dos elementos das barbatanas, mas também a cor das barbatanas que os acompanham. Os ciclídeos machos têm manchas amarelas brilhantes em suas nadadeiras, mas elas são limitadas à porção dos raios moles. O que notamos é que quando uma viga mole se transforma em espinha, a nadadeira também perde manchas amarelas nesta posição.Esta observação mostra que peixes, cardos e raios em raios espinhosos são partes integrantes de uma unidade de desenvolvimento maior que determina uma série de características de nadadeiras visíveis.

O mesmo princípio em diferentes linhas de peixes

Quando o quebra-cabeça foi montado, a equipe percebeu que um sistema de modelo profundamente preservado foi redistribuído durante a evolução da nadadeira espinhosa. “Na verdade, o código genético que especifica o domínio da nadadeira onde aparecerão os espinhos também está ativo nas nadadeiras sem espinhos, o que indica que o genótipo ancestral foi redistribuído para formar os espinhos.Averma Rebecca Hoch.

Com essa nova visão em mente, os autores começaram a estudar o padrão das nadadeiras do bagre, um grupo de peixes cujos membros desenvolveram espinhos em suas nadadeiras de forma independente. Na verdade, o código genético específico para a espinha dorsal da tilápia corresponde ao da espinha dorsal do peixe-gato. Embora existam algumas diferenças entre as diferentes espécies de peixes espinhosos, eles geralmente indicam um padrão de nadadeira profundamente conservado que é usado para criar espinhos quando a seleção evolutiva o favorece.

Próximos passos

Para suas pesquisas futuras, a equipe se concentrará nos genes que operam na coluna vertebral e nos genes que controlam os raios moles para descobrir exatamente como eles mudam a forma das nadadeiras ao controlar a ossificação e as vias de crescimento celular. “Em última análise, queremos obter um melhor entendimento de como as novas estruturas anatômicas que tornam algumas espécies mais eficientes do que outras surgem e como isso tem contribuído para a incrível diversidade evolutiva das linhagens de peixes.‘concluiu Jost Walting.