Σύμφωνα με νέα έρευνα, ορισμένοι τύποι sea robin, ένα ιδιόμορφο ωκεάνιο ψάρι που ζει στο βυθό, χρησιμοποιούν πόδια με γευστικούς κάλυκες για να αντιλαμβάνονται και να ξεθάβουν θηράματα κατά μήκος του βυθού.
Ο Ντέιβιντ Κίνγκσλεϊ, συν-συγγραφέας και των δύο μελετών, συνάντησε για πρώτη φορά τα ψάρια το καλοκαίρι του 2016 αφού παρέδωσε ένα σεμινάριο στο Εργαστήριο Θαλάσσιας Βιολογίας στο Woods Hole της Μασαχουσέτης. Ο Κίνγκσλεϊ είναι καθηγητής Rudy J. and Daphne Donohue Munzer στο τμήμα αναπτυξιακής βιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ.
«Τα ψάρια αυτά που ήταν εκτεθειμένα στην έκθεση μου γύρισαν τελείως το κεφάλι, επειδή είχαν το σώμα ενός ψαριού, τα φτερά ενός πουλιού και πολλαπλά πόδια όπως ένα καβούρι», δήλωσε ο Κίνγκσλεϊ σε ένα email.
Ο Κίνγκσλεϊ και οι συνάδελφοί του αποφάσισαν να μελετήσουν τα sea robins σε εργαστηριακό περιβάλλον, αποκαλύπτοντας πληθώρα εκπλήξεων, συμπεριλαμβανομένων των διαφορών μεταξύ των ειδών αυτών και της γενετικής που ευθύνεται για τα ασυνήθιστα χαρακτηριστικά τους, όπως τα πτερύγια που μοιάζουν με πόδια και έχουν εξελιχθεί έτσι ώστε να λειτουργούν σε μεγάλο βαθμό ως αισθητήρια όργανα.
Τα ευρήματα της νέας έρευνας της ομάδας μελέτης δείχνουν πώς η εξέλιξη οδηγεί σε πολύπλοκες προσαρμογές σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα, όπως η ικανότητα τους να μπορούν να «γευτούν» τη λεία τους χρησιμοποιώντας τα ταχύτατα κινούμενα και εξαιρετικά ευαίσθητα εξαρτήματά τους.
Ένα εξαιρετικά ασυνήθιστο ζώο
Τα διακριτικά άκρα των ψαριών αυτών είναι στην πραγματικότητα προεκτάσεις των θωρακικών πτερυγίων τους, δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Έιμι Χέρμπερτ, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο του Κίνγκσλεϊ στο Στάνφορντ.
«Καταλήξαμε στον όρο “πόδια” λόγω της εντυπωσιακής λειτουργίας αυτών των εξαρτημάτων για βάδισμα», δήλωσε η Χέρμπερτ σε ένα email. «Ωστόσο, δεν έχουν την ίδια δομή με τα ανθρώπινα «πόδια» ούτε βρίσκονται στην ίδια θέση».
«Τα sea robins είναι ένα παράδειγμα είδους με ένα πολύ ασυνήθιστο, πολύ νέο χαρακτηριστικό», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Κόρεϊ Άλαρντ. «Θέλαμε να τα χρησιμοποιήσουμε ως μοντέλο για να αναρωτηθούμε: «Πώς φτιάχνετε ένα νέο όργανο;»». Ο Άλαρντ είναι μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο τμήμα μοριακής και κυτταρικής βιολογίας του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ, όπου εργάζεται στο εργαστήριο του συν-συγγραφέα της μελέτης Νικ Μπελόνο, καθηγητή του Χάρβαρντ.
Οι ερευνητές έφεραν στο εργαστήριο του Μπελόνο μερικά από αυτα τα ψάρια για μελέτη και για να δουν αν θα μπορούσαν όντως να αποκαλύψουν θαμμένη λεία. Η ομάδα παρατήρησε τα ψάρια να εναλλάσσονται μεταξύ σύντομων περιόδων κολύμβησης και περπατήματος. Επίσης, τα είδαν να ξύνουν την αμμώδη επιφάνεια που κάλυπτε τον πυθμένα των δεξαμενών χωρίς οπτικές ενδείξεις που τους έδειχναν πού μπορεί να είναι θαμμένο το θήραμα.
«Προς έκπληξή μας, ήταν πολύ, πολύ καλά σε αυτό και μπορούσαν να αποκαλύψουν ακόμη και τριμμένο και φιλτραρισμένο εκχύλισμα μυδιών και μεμονωμένα αμινοξέα», δήλωσε ο Μπελόνο.
Γενετικά διακριτά ψάρια που περπατούν
Οι δύο δειγματοληπτικές ομάδες ψαριών έμοιαζαν ίδιες, αλλά τα νεογέννητα ψάρια δεν έσκαβαν ούτε έβρισκαν θαμμένη λεία.
«Αυτή τη φορά, τα νέα sea robins δεν βρήκαν τίποτα, παρά το γεγονός ότι έτρωγαν πρόθυμα θηράματα που βρίσκονταν στην επιφάνεια», δήλωσε ο Μπελόνο μέσω email. «Σκεφτήκαμε ότι ίσως κάναμε κάτι λάθος, αλλά αποδείχθηκε ότι κατά λάθος πήραμε ένα διαφορετικό είδος».
Το μπέρδεμα επέτρεψε κάποιες τυχαίες ανακαλύψεις για τους ερευνητές. Το εξαιρετικά ευαίσθητο ψάρι που μελέτησαν αρχικά ανήκε στο είδος που είναι γνωστό ως Prionotus carolinus. Και τα ψάρια που δεν διέθεταν αισθητηριακές ικανότητες και χρησιμοποιούσαν τα πόδια τους κυρίως για περπάτημα ήταν τα Prionotus evolans.
Τα sea robins που σκάβουν είχαν πόδια σε σχήμα φτυαριού που καλύπτονταν από προεξοχές που ονομάζονται θηλές, οι οποίες είναι παρόμοιες με τους γευστικούς κάλυκες στη γλώσσα μας. Εν τω μεταξύ, τα sea robins που δεν σκάβουν είχαν πόδια σε σχήμα ράβδου χωρίς θηλές.
Καθώς οι επιστήμονες μελετούσαν τα ψάρια σε γενετικό επίπεδο και συνέκριναν πώς εξελίχθηκαν τα πόδια τους με την πάροδο του χρόνου, συνειδητοποίησαν ότι τα είδη που σκάβουν βρίσκονται μόνο σε λίγες τοποθεσίες, όπως τα αμμώδη ρηχά νερά της Νέας Αγγλίας και της ανώτερης ανατολικής ακτής του Ατλαντικού, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ψάρια ανέπτυξαν αυτό το χαρακτηριστικό πολύ πρόσφατα.
Ενώ όλα τα είδη των sea robins έχουν εξαρτήματα που μοιάζουν με πόδια, μόνο μερικά έχουν τα μακροσκοπικά αισθητήρια όργανα που τους επιτρέπουν να γεύονται το περιβάλλον, δήλωσε ο Κίνγκσλεϊ.
Η έρευνα των συγγραφέων της μελέτης αποκάλυψε ότι τα ψάρια που σκαβουν εξαρτώνται από ένα ρυθμιστικό γονίδιο που ονομάζεται tbx3a όχι μόνο για να αναπτύξουν τις εξειδικευμένες προσαρμογές των πτερυγίων τους αλλά και για να σχηματίσουν τις θηλές που τους αναγκάζουν να σκάβουν. Το tbx3 παίζει επίσης ρόλο στην ανάπτυξη των άκρων στους ανθρώπους, τα ποντίκια, τα κοτόπουλα και άλλα είδη ψαριών, σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης.
«Πρόκειται για ένα ψάρι που ανέπτυξε πόδια χρησιμοποιώντας τα ίδια γονίδια που συμβάλλουν στην ανάπτυξη των άκρων μας και στη συνέχεια επαναπροσάρμοσε αυτά τα πόδια για να βρει θηράματα χρησιμοποιώντας τα ίδια γονίδια που χρησιμοποιεί η γλώσσα μας για να δοκιμάσει την τροφή – αρκετά τρελό», δήλωσε ο Μπελόνο.
Γιατί όμως μόνο ορισμένα από τα sea robins ανέπτυξαν αυτή την αισθητήρια ικανότητα; Οι ερευνητές έχουν μερικές υποθέσεις.
«Η μία είναι ότι η χρήση των ποδιών για την αποκάλυψη θαμμένης λείας» τους επιτρέπει έναν νέο τρόπο αναζήτησης τροφής από ό,τι μπορούσαν πριν, δήλωσε η Χέρμπερτ. «Μια άλλη είναι ότι το περπάτημα αντί για κολύμπι σε ορισμένα περιβάλλοντα μπορεί να είναι πιο αποδοτικό ενεργειακά για τα ψάρια αυτά».
Τα sea robins ξεχωρίζουν ανάμεσα στα άλλα ψάρια που περπατούν επειδή τα θωρακικά τους πτερύγια, που ονομάζονται επίσης ακτίνες πτερυγίων περπατήματος, είναι ιδιαίτερα αρθρωτά και η σκελετική και μυϊκή τους ανατομία παρουσιάζει μοναδικές τροποποιήσεις που επιτρέπουν σε αυτά να περπατούν, δήλωσε ο Τζέισον Ράμσεϊ, επίκουρος καθηγητής στο τμήμα βιολογίας του Rhode Island College. Αλλά τα ψάρια έχουν επίσης προσαρμογές στο νευρικό τους σύστημα που σχετίζονται με τα πόδια τους, γεγονός που υποδηλώνει την αισθητηριακή τους λειτουργία, δήλωσε ο Ράμσεϊ. Ο ίδιος δεν συμμετείχε στις νέες μελέτες.
«Μια συνήθης ερώτηση είναι, εξελίχθηκαν αυτές οι ακτίνες που περπατούν λόγω επιλεκτικών πιέσεων (προσαρμογής) που υποστηρίζουν μια λειτουργία περπατήματος, λόγω μιας αισθητηριακής λειτουργίας ή κάποιο συνδυασμό και των δύο», δήλωσε ο Ράμσεϊ μέσω email. «Αυτές οι νέες μελέτες παρέχουν περισσότερα στοιχεία που υποδηλώνουν ότι πιθανότατα ήταν το τελευταίο-πιο πιθανό σενάριο».
Ο Άλαρντ ξεκινά το δικό του εργαστήριο στο Χάρβαρντ, ενώ η Χέρμπερτ ξεκινά ένα εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Και οι δύο ερευνητές δήλωσαν ότι επιθυμούν να αποκαλύψουν τους ακριβείς μηχανισμούς που κρύβονται πίσω από την εξέλιξη των αισθητήριων εξαρτημάτων των ψαριών αυτών.
