Sebuah studi baru dari University of Vienna mengungkapkan bahwa anemon laut menggunakan mekanisme molekuler yang diketahui dari hewan Bilaterian untuk membentuk sumbu tubuhnya yang belakang. Mekanisme ini (“BMP Shuttling”) memungkinkan sel untuk mengatur diri mereka sendiri selama pengembangan dengan menafsirkan gradien pensinyalan. Temuan, yang diterbitkan dalam kemajuan sainsmenyarankan bahwa sistem ini berevolusi jauh lebih awal dari yang diasumsikan sebelumnya dan sudah hadir pada leluhur bersama Cnidarians dan Bilaterian.
Sebagian besar hewan menunjukkan simetri bilateral-rencana tubuh dengan kepala dan ekor, punggung dan perut, dan sisi kiri dan kanan. Organisasi tubuh ini mencirikan kelompok luas yang dikenal sebagai Bilateria, yang mencakup hewan beragam seperti vertebrata, serangga, moluska dan cacing. Sebaliknya, orang Cnidarian, seperti ubur -ubur dan anemon laut, secara tradisional digambarkan sebagai simetris secara radial, dan memang ubur -ubur. Namun, situasinya berbeda adalah anemon laut: meskipun radialitas superfisial, mereka simetris bilateral – pertama pada tingkat ekspresi gen dalam embrio dan kemudian juga secara anatomis sebagai orang dewasa. Ini menimbulkan pertanyaan evolusi mendasar: apakah simetri bilateral muncul pada leluhur bersama Bilateria dan Cnidaria, atau apakah itu berevolusi secara independen dalam berbagai garis keturunan hewan? Para peneliti di University of Vienna telah menjawab pertanyaan ini dengan menyelidiki apakah mekanisme perkembangan utama yang disebut BMP Shuttling sudah ada di Cnidarians.
Shuttling untuk pengembangan
Pada hewan Bilaterian, sumbu back-to-blelly dipola oleh sistem pensinyalan yang melibatkan protein morfogenetik tulang (BMP) dan chordin inhibitornya. BMPS bertindak sebagai utusan molekuler, memberi tahu sel -sel embrionik di mana mereka berada dan jaringan seperti apa mereka seharusnya menjadi. Dalam embrio Bilaterian, Chordin mengikat BMP dan memblokir aktivitas mereka dalam proses yang disebut “penghambatan lokal”. Pada saat yang sama, dalam beberapa tetapi tidak semua model embrionik Bilaterian, Chordin juga dapat mengangkut BMP terikat ke daerah lain di embrio, di mana mereka dilepaskan lagi – sebuah mekanisme yang dikenal sebagai “BMP Shuttling”. Hewan -hewan yang jauh seperti landak laut, lalat, dan katak menggunakan bmp shuttling, namun, sampai sekarang tidak jelas apakah mereka semua berpendapat secara mandiri atau mewarisinya dari leluhur bersama terakhir mereka sekitar 600 juta tahun yang lalu. Keduanya, penghambatan lokal dan bolak -balik BMP, membuat gradien aktivitas BMP di seluruh embrio. Sel pada embrio awal mendeteksi gradien ini dan mengadopsi nasib yang berbeda tergantung pada kadar BMP. Sebagai contoh, pada vertebrata, sistem saraf pusat membentuk di mana pensinyalan BMP terendah, ginjal akan berkembang pada tingkat pensinyalan BMP menengah, dan kulit perut akan terbentuk di area pensinyalan BMP maksimum. Dengan cara ini, tata letak tubuh dari belakang ke perut terbentuk. Untuk mengetahui apakah BMP Shuttling oleh Chordin mewakili mekanisme leluhur untuk memetik punggung ke poros perut, para peneliti harus melihat hewan simetris bilateral di luar Bilateria – anemon laut.
Cetak biru kuno
Untuk menguji apakah anemon laut menggunakan Chordin sebagai inhibitor lokal atau sebagai pesawat ulang -alik, para peneliti pertama kali memblokir produksi Chordin di embrio model Sea Anemone Nematostella vectensis. Di Nematostella, tidak seperti di Bilateria, pensinyalan BMP membutuhkan keberadaan chordin, jadi, tanpa chordin, pensinyalan BMP berhenti dan pembentukan sumbu tubuh kedua gagal. Chordin kemudian diperkenalkan kembali ke sebagian kecil embrio untuk melihat apakah dapat mengembalikan pembentukan sumbu. Pensinyalan BMP dilanjutkan-tetapi tidak jelas apakah ini karena Chordin hanya memblokir BMP secara lokal, memungkinkan gradien terbentuk dari sumber BMP yang ada, atau karena secara aktif mengangkut BMP ke bagian yang jauh dari embrio, membentuk gradien lebih langsung. Untuk menjawab ini, dua versi Chordin diuji-satu membran dan tidak bergerak, yang lainnya difus. Jika Chordin bertindak sebagai inhibitor lokal, keduanya, chordin yang tidak bergerak dan difus yang akan mengembalikan pensinyalan BMP di sisi embrio yang berlawanan dengan sel penghasil Chordin. Namun, hanya Chordin yang dapat bertindak sebagai pesawat ulang -alik BMP. Hasilnya jelas: hanya bentuk difus yang dapat mengembalikan pensinyalan BMP pada jarak dari sumbernya, yang menunjukkan bahwa Chordin bertindak sebagai pesawat ulang-alik BMP di anemon laut-hanya seperti halnya pada lalat dan katak.
Strategi bersama di lebih dari 600 juta tahun evolusi?
Kehadiran BMP Shuttling di Cnidarian dan Bilaterians menunjukkan bahwa mekanisme molekuler ini mendahului perbedaan evolusi mereka sekitar 600-700 juta tahun yang lalu. “Tidak semua Bilateria menggunakan bolak-balik BMP yang dimediasi chordin, misalnya, katak melakukannya, tetapi ikan tidak, bagaimanapun, bolak-balik muncul berulang kali pada hewan yang sangat terkait menjadikannya kandidat yang baik untuk mekanisme pola leluhur, mengatakan bahwa fakta bahwa tidak hanya mekanisme yang menggunakan mekanisme, hal itu adalah mekanisme yang dibentuk oleh mekanisme,” Fakta bahwa Incrable, Bilaterians, tetapi juga, Fakta bahwa Incrable, Fakta bahwa Incrable, Fakta bahwa Mekanisme Bulatians, tetapi juga Mekanisme yang mengatakan bahwa Mekanisme Bulatians, Bilaterians, tetapi juga, Fakta bahwa Mekanisme Bulatians, Bilaterians, Fakta bahwa Incal Bilaterians, tetapi juga, Fakta bahwa Incrable, Fakta bahwa Incrable, Fakta bahwa Incrable, Fakta bahwa Mekanisme Body Bulatians, Fakta bahwa tidak hanya dengan mekanisme yang dibentuk oleh mekanisme. Mörsdorf, penulis pertama penelitian dan peneliti postdoctoral di Departemen Saraf dan Biologi Perkembangan di Universitas Wina. “Ini membuka kemungkinan menarik untuk memikirkan kembali bagaimana rencana tubuh berevolusi pada hewan awal.”
Grigory Genikhovich, senior author and group leader at the same department, adds: “We might never be able to exclude the possibility that bilaterians and bilaterally symmetric cnidarians evolved their bilateral body plans independently. However, if the last common ancestor of Cnidaria and Bilateria was a bilaterally symmetric animal, chances are that it used Chordin to shuttle BMPs to make its Sumbu Back-to-Belly.
David Mörsdorf, Maria Mandela Prünster, Paul Knabl, Grigory Genikhovich. Pola bolak-balik BMP yang dimediasi chordin, sumbu tubuh sekunder dalam cnidarian. Dalam kemajuan sains (2025).
