Промяна в отделен ген накара бръмбара да загуби рога си и да бъде заменен от трето око в центъра на главата. Изследователските познания могат да се използват за разработване на функционален изкуствен орган, подходящ за трансплантация.

бръмбар

Може би изглежда като изтръгнат от научнофантастична книга или като имитация на тристранна врана от известния сериал „Игра на тронове“. Но триокият бръмбар скарабей от лабораториите на Университета в Индиана е реален и представлява важен биологичен крайъгълен камък. Благодарение на него учените ще научат повече за еволюционната биология и как отделните гени влияят върху развитието на органите.

Изследване, публикувано миналия месец в престижното научно списание PNAS, се основава на предишни експерименти, при които трето око на бръмбар е образувано случайно.

Първоначално учените са изучавали бръмбари скарабеи (торни бръмбари), които имат малък рог в центъра на главата. Ако биолозите са изключили гена, кодиращ образуването на този рог, се е случило нещо неочаквано: вместо промяна в структурата на главата (изчезване на рога), бръмбарът е развил ново око - точно там, където първоначално е бил рогът.

Като лего комплект

Явлението се е случило след промяна във функционалността на един-единствен ген, наричан на английски език като ортодонтикул (odt). Интересното е, че смяната на рога на допълнителни очи чрез модифициране на един ген е работила само за този конкретен вид бръмбари и учените не са успели да повторят ефекта при мъчител, вид бръмбар, който няма рога на главата си.

„Биологията на развитието е сложна отчасти, защото развитието на мозъка, окото или бронята на костенурките не кодира само един ген. Това е взаимодействие на хиляди индивидуални процеси на развитие, което ще позволи появата на тези характеристики “, обясни ръководителят на научните изследвания Армин Мочек в университетския доклад.

„Открихме също така, че развитието на нова телесна черта може да се сравни с изграждането на нова лего структура чрез повторно използване на стари гени и процеси на развитие в нов контекст“, казва Мочек и добавя: „По този начин можете да правите нови неща на нови места с определени кубчета. В крака обаче знаем правилата за изграждане, някои парчета си пасват, а други не. Все още не познаваме толкова добре отделните компоненти в биологията. "

Изследванията на Moczek показват, че развитието на нова телесна черта - третото око на главата на бръмбара - не изисква непременно сложни биологични механизми и е достатъчно, за да се промени функционалността на отделен ген.

Насекоми циклопи

Третото око на главата на бръмбара е създадено чрез съединяване на две допълнителни по-малки очи, които растат вместо ъгъл. Интересното е, че окото е функционално. „В нашето изследване експериментално нарушихме функцията на един ген. В отговор на това нарушение останалата част от главата на бръмбара беше реорганизирана, за да образува изключително сложна нова характеристика - сложно око в центъра на главата. Освен това това око работи “, казва Мочек.

Изследователите установили, че клетките, изграждащи окото, не се различават от клетките в нормалните очи. Това е един и същ тип клетки със същите гени, които също съдържат функционални невронни връзки. След хирургично отстраняване на първоначалните очи, третото око реагира на визуални стимули.

Това изследване е не само напредък в разпознаването на функциите на отделните гени и може да се използва и в медицината. Растежът и развитието на тъканите и тяхната генетична природа са много важни, например, при развитието на функционален изкуствен орган, подходящ за трансплантация.