Showing posts with label Ribe. Show all posts
Showing posts with label Ribe. Show all posts

Knjiga: Tvoja unutrašnja riba - Razmatranje paleontološke i genetske istorije ljudskog tela

U svojoj knjizi "Tvoja unutrašnja riba", paleontolog i evolucioni biolog Neil Shubin rasčlanjuje milijardama godina staru genetsku istoriju i oblik ljudskog tela i način kako je do njega došlo. Kako geni kontrolišu razvoj udova i organa ? Zašto su geni za izradu naših udova skoro identični onima za pravljenje ribljih peraja?Kako i na koji način je ljudsko stablo povezano sa hijerarhijom riba, jednom od glavnih grupa životinja na planeti ? Da li smo i u kakvoj vezi sa ajkulama ? Zašto i dalje obolevamo od gojaznosti, srčanih bolesti i hemoroida ? Zašto su bubrezi jedni od prvih organa koji nam propadaju ? Kako su grudi, znojne žlezde i krzno povezani ? Da li odredjena istraživanja na bakterijama mogu baciti svetlo na razne bolesti metabolizma povezanih sa mitohondrijama ?

Ova i mnoga druga neobična ali praktična pitanja i odgovori koji zalaze u duboku evolucionu istoriju, spakovana su u ovu laganu knjigicu i veoma edukativnu knjigicu od 240 strana.  Neil Shubin pravi fascinantan izveštaj o tome kako smo došli da tačke gde smo danas, povezivanjem i traženjem smisla u onim stvarima koje na prvi pogled deluju nepovezujuće.

Preuzmi knjigu 240 strana, 5MB

Veliki koraci u evoluciji tokom Kambrijskog perioda doveli su do razvoja prvih riba. Taj period se procenjuje na pre nekih 550 miliona godina. I dan danas su ribe široko rasprostranjene planetom, nalažene su na najvišim planinskim potocima pa sve do najdubljih okeana. Prema dosadašnjim podacima  ima ih oko 28800 vrsta (svake godine otkrije se novih 200 vrsta), što mu dodje polovina svih vrsta kičmenjaka (ako se uzme u obzir da ih ukupno ima oko  58000). I ne čudi što postoji posebna oblast zoologije hordata koja se bavi samo ribama - ihtiologija. Prelaz života iz vode (sa ribe) na kopno pokrenuo je temeljnu reorganizaciju svakog aspekta života, od disanja do razmnožavanja -  bila je to velika selidba kroz biološki prostor. Ako vas zanima, detaljniji pregled prelaska sa ribe na vodozemce je opisan ovde

Autor knjige, Neil Shubin je paleontolog, evolucioni biolog i pisac naučnih tesktova. Ph.D. iz evolucione biologije je stekao na Harvardu još 1987. Iako je šef odeljenja za biologiju i anatomiju, kaže da i dalje sebe smatra paleontologom (i rado odlazi na kopanje). Ono po čemu je Neil još poznat je to što je otkrio fosil Tiktalik star 375 miliona godina.

Tiktalik, je specifičan rod izumrle Sarkopterigije a koji se smatra prelaznim oblikom izmedju riba i vodozemaca. Naziv Tiktalik mu potiče od inuitske reči za veliku slatkovodnu ribu. Sarkopterigije, ako niste znali, su grupa riba koja imaju unutrašnje nosne otvore, koji spajaju nosne duplje sa ždrelom, a time i sa plućima koja povremeno funkcionišu kao disajni organi. Ta osobina nije svojstvena ni jednoj drugoj grupi riba, već je imaju samo kopneni kičmenjaci što ih čini bitno različitim od svih ostalih riba. U iste sarkopterigije spadaju čuvene šakoperke i ribe dvodihalice (koje su vam možda spominjali još u osnovnoj školi) a koje osim disanja na škrge udišu i atmosferski vazduh pomoću ribljeg mehura koji im funkcioniše kao pluća.


Fosil Tiktalika, specifičan rod izumrle Sarkopterigije, smatran prelaznim oblikom izmedju riba i vodozemaca.
Starost mu je procenjena na 375 miliona godina

Medjutim, kada biste se našli oči u oči sa pravim, živim Tiktalikom, možda biste krenuli da se povlačite kao pred krokodilom, jer Tiktalik je licem podsećao na njega. Imao je glavu krokodila na trupu daždevnjaka i zadnji riblji deo koji se završavao repom. Za razliku od riba, Tiktalik je imao i vrat. Mogao je da okreće glavu. Po bezmalo svim karakteristikama, Tiktalik je savršena karika koja nedostaje kreacionistima, Savršena, jer gotovo sasvim precizno daje razliku izmedju ribe i vodozemca. Dakle, takav fosil postoji, možete ga videti, dodirnuti i proceniti njegovu starost.

Shubin, inače ima opušten stil pisanja, Iako naučna, knjiga je lagana za čitanje. Ona počinje sa nekoliko poglavlja o arheološkim ekspedicijama i avanturama sa pronalaženja i iskopavanja fosila. Nakon uzbudjenja i frustracija na tom putu sledi donošenje otkrića nazad u laboratoriju i otpočinjanje njihovog povezivanja (na osnovu razvoja ekstremiteta), a kasnije analiza gena i DNK. Zanimljiv uvod u to kako izgleda jedna takva ekspedicija.

Danas možemo pratiti razvoj kostiju ljudske ruke - od ribe do čoveka

Naredna poglavlja se bave zubima, žlezdama i perajima, i načinom kako je glava evoluirala (nek ne čudi simboličan naziv poglavlja “Getting Ahead”), dalje se obradjuje simetrija tela i planovi njegove izgradnje - tkzv. "više" životinje imaju prednji i zadnji deo (za razliku od meduza sa kojima takodje delimo nešto manje gena),  kičmenu moždinu i creva u trbušnom delu (ispod). Usta i glava su napred, u pravcu u kom životinja pliva ili hoda, i anusa na suprotnom kraju. Anus na prednjem delu ne bi bio funkcionalan u mnogim slučajevima (kao što možemo da zamislimo, pogotovo u tečnim okruženjima).


Jedinstven plan za sve udove, jedna koska, praćena sa dve koske
nakon čega dolazi proširenje sa prstima

Naravno, niko ne počinje život sa glavom. Spermatozoid i jajna ćelija prvo grade zajedno jednu ćeliju. Izmedju trenutka začeća i treće nedelje, mu prelazimo iz te jedne ćelije na nešto nalik "lopti" od ćelija, ćelije se nastavljaju kopirati i polako taj oblik dobija počinje ličiti na cev koja obuhvata različite vrste tkiva.

Izmedju dvadeset trećeg i dvadeset osmog dana nakon začeća, prednji deo cevi se počinje zadebljavati i embrion počinje da izgleda tako kao da je već uvijen u fetalnom položaju. Glava u ovoj fazi počinje da se nazire. Četiri mala ispupčenja pojavljuju se oko oblasti koja će postati grlo. Na oko tri nedelje vidimo prve dve, druga dva pojavljuju oko četiri dana kasnije. Prvi se izdužuje i od njega će postati Eustahijeva tuba i još neke strukuture našeg uha. Drugi će formirati udubljenje koje će držati naše krajnike. A treći i četvrti će formirati važne žlezde, uključujući paraštitnu (parathyroid) i štitnu (thyroid) žlezdu.


Pet nedelja star embrion čovek

Počinje se razvijati i nervni sistem, organi čula. Ćelije se i dalje kopiraju i od njih se razvijaju malena pluća, creva, želudac, jetra, koštano tkivo, mišići, urinarni trakt, krvni sistem, i naravno polni organi. Onog momenta kada ovi organi počnu dobijati prvu formu mi smo dugi svega oko dva milimetra i u proseku svakoga dana nastavljamo da udvostručujemo svoj obim.

Poglavlje 7 se bavi izgradnjom tela upotrebom različitih vrsta ćelija i podelom njihovog rada. Povezuje ih sa ranijim eksperimentima H.P.Wilson-a na sundjerima i njihovom ponovnom sklapanju nakon što su ćelije potpuno razdvojene (u bukvalnom smislu - prošle kroz sito). Postavlja se i pitanje zašto uopšte postoje tela, zašto su ćelije težile višećelijskim "konfederacijama"?  Ističući ovde da je prvih 3,5 milijardi godina evolucije bilo samo na nivou mikroba - a onda se iznenada pojavilo telo - da li je glavni razlog tome bio ne biti pojeden ? On nas takodje podseća da sinteza kolagena zahteva kiseonik, ali da su nivoi kiseonika prastare Zemlji bili veoma niski i time izgradnja tela dodatno teža.


Na prvi pogled naši kranijalni nervi se čine drugačijima od ajkulinih. Ali ako pogledate pažljivije
videćete ogromne sličnosti. Skoro svi naši nervi se nalaze i u ajkulama. Paralele odlaze još dublje,
ekvivalentni nervi imaju iste strukture i čak izlaze iz mozga po istom rasporedu.

Poglavlje 8 je zaista fascinantno , sa dosta zanimljivih stvari o našim čulima. Pod nazivom "Izrada mirisa", govori o velikom broju gena koje mi kičmenjaci koristimo za percipiranja mirisa, počevši od onih koje imaju ribe. Čini se da je oko 3% genoma kičmenjaka sastojano od gena posvećenih otkrivanju i prepoznavanju različitih mirisa. Medjutim, kod ljudi (u poredjenju sa psima) 300 od svega 1000 naših gena za mirise su ostali nefunkcionalni usled mutacija. To može biti povezano sa činjenicom da smo mi ljudi prosto "trgovali" miris za bolji vid. Nakon razvoja boljeg vizelnog parata, geni za miris su postali manje korisni.

Odličan 3D vid uz boje omogućio je (nama primatima) da se daleko brže krećemo kroz krošnje drveća, biramo plodove različith boja, prepoznajemo njihovu zrelost. Možda iznenadjujuć podatak, iako različite grupe životinja imaju upadljivo različite strukture oka, svi oni koriste proteine zvane opsins, koji su veoma usko vezani za delove molekula koji se nalaze i u bakterijama. Poglavlje se takodje bavi i našim ušima i kako su se naši polukružni kanali razvili od kanala koje su posedovale ribe (opet naša unutrašnja riba).

Poslednje poglavlje, pod nazivom "The meaning of it all  ističe značaj taksonomije - ne samo sa anatomske tačke gledišta, već i sa stanovišta DNK organizama. Autor kaže da neki "opšti zakon" je to da svako živo biće ima roditelje koji na potomstvo prenose neke svoje genetske informacije, a koje usput bivaju i modifikovane.

Sve u svemu, jako lagana i veoma edukativna knjigica za pred spavanje :-)

Reference



Oblasti: , , , , , , ,

Konvergentna evolucija: tetrodotoksin i evoluciono iznalaženje istih rešenja za slične probleme

Otrov Tetrodotoksin (u daljem tekstu TTX) nam otkriva fascinantnu priču o konvergentnoj evoluciji. Priča o njemu počinje prvo od naizgled smešne ribe balon (pufferfish). Ova loptasta riba pripada porodici tetraodontidae (po kojoj je otrov i dobio svoje ime 1909. godine kada je otkriven).  Tetraodontidae su ribe iz porodice četvorozupki (tj. četiri spojena zuba kojima lomi školjke) i imaju sposobnost da naduvaju svoje telo, gutajući vodu, kako bi zbunile napadača i spasile sebe sigurne smrti. Medjitim, čak i izgled bodljikave lopte često neće odvratiti morske pse od njihove prvobitne namere.

Veruje se da su ove ribe najotrovniji kičmenjaci nakon zlatne otrovne žabe (Phyllobates terribilis). TTX im  je pronadjen u jajnicima i jetri, mada se manje količine mogu naći i u crevima i koži, dok je u mišićima prisutan u tragovima. Predatori koji ne odreaguju na prvu odbranu bodljikave lopte i uspeju da je progutaju uginuće bolnom smrću, jer tetrodotoksin dovodi do paralize disajnih organa.

Riba Balon - najotrovniji kičmenjak nakon zlatne otrovne žabe

Tetrodotoksin  je čak 1200 puta otrovniji za ljude nego cijanid. Jedan je od otrova za kojeg još uvek nije poznat protivotrov.  Zanimljivo je da je i pored tolike otrovnosti, ova riba i dalje specijalitet u Japanu, gde se od nje posebnim procesom spravlja delikatesno jelo "fugu". Iako ga spremaju posebno licencirani kuvari, u Japanu godišnje umre oko 200 ljudi usled trovanja.

Na koji način tetrodotoksin ubija žrtvu ?

Sve što ovaj jednostavni alkaloid radi je da parališe nervne ćelije žrtve. Kako ih to parališe? Tako što blokira natrijumske kanale na membranama nervnih ćelija vezujući se za peptidnu grupu. Ovi natrijumski kanali su veoma osteljivi na promenu voltaže. Posledica njihove blokade dalje vodi do toga da joni natrijuma (koji su potrebni nervnoj ćeliji) ne mogu ući u nju usled čega ćelija nije u stanju da "okine" signal i dalje ga prosledi. Stoga ona ostaje bukvalno paralizovana. Time se blokira provodjenje nervnog impulsa duž aksona ćelije, što dalje dovodi do paralize respiratornih mišića i konačno prekida disanja i smrti žrtve.

Tetrodotoksin blokira natrijumske kanale na membranama nervnih ćelija

Zašto onda otrov ne blokira i nervne ćelije životinje koja ga ima u sebi?  Sva tajna imunosti na sopstveni otrov leži u tome što riba poseduje mutaciju vezanu za jednu jedinu amino grupu, koja modifikuje hemijski sastav na natrijumskim kanalima nervnih ćelija .To za posledicu ima da tetrodotoksin ne može da se veže i blokira te kanale, pa joni natrijuma normalno prolaze omogućavajući ćeliji da normalno funkcioniše uprkos otrovu.

Evolucioni razvoj otpornosti na tetrodotoksin

Dugo vremena se za TTX verovalo da ga ima samo kod ribe balon. Medjutim, otrov je u medjuvremenu pronadjen na širokom spektru životinja i bakterija. 1963. godine Brown i Mosher izolovali su isti otrov iz jaja kalifornijskog daždevnjaka. Kasnije je ustanovljeno da se tetrodotoksin nalazi i u nekim drugim životinjama iz redova hapalochlaena (plavo-prstenasti oktopod) i naticidae (vrsta puževa), kao i da je produkt nekih vrsta bakterija iz roda pseudomonas.

Pošto mnoge od ovih vrsta nisu srodne, postavlja se pitanje - kako je onda isti otrov mogao da postane prisutan u svakoj od njih ? Da bi smo razumeli odgovor na to pitanje moramo prvo da zagrebemo malo dublje u poreklo ovog otrova.

Kod mnogih vrsta koje imaju TTX utvrdjeno je da ga zapravo proizvode endosibmbiotske bakterije sa kojima životinja dolazi u susret tokom ishrane. Ove bakterije dakle žive u ribi, tj. pod endosimbiozom se podrazumeva organizam koji živi unutar drugog organizma formirajući tako endosimbiotski odnos  (endo - "unutra"). Endosimbioza je čest slučaj u prirodi, a ovih bakterija ima kako na kopnu tako i u okeanu. Neke od njih koje su u stanju da proizvode TTX - uglavnom su iz roda vibrio i roda pseudomonas.

Da ste životinja koja je tokom evolucije stekla ovu mutaciju na natrijumskim kanalima bili biste u stanju da normalno živite sa ovim bakterijama i koristite prednosti otrova koja one u vama nagomilavaju (za odbranu od predatora i drugih prirodnih neprijatelja). Takodje, druge vrste koje žive pored vas a koje nisu otporne na TTX ne mogu jesti hranu u kojoj ima TTX-a što vam dodatno daje prednost jer ostaje više hrane za vas.

Takodje, endosimbiotsku priču sa bakterijama potvrdjuju i istraživanja gde su ribe balon uzgajane u izolovanim uslovima bez pristupa hrani koja može sadržati TTX, tada nisu ni malo otrovne. Ali, ukoliko im se omogući hrana koja ima TTX, one ubrzo postanu otrovne. Takodje, toksičnost samih riba varira od jedinke do jedinke, ali i od regiona u kom žive, što je verovatno uzrokovano time da TTX nije baš prisutan na svim staništima i u istoj meri.

Primer sa krilima na udaljenim vrstama

Šta nam ova cela priča sa TTX do sada govori? Pored ostalog, govori da su životinje različitog srodstva razvile gotovo isti mehanizam odbrane ovim snažnim otrovom, zahvaljujući endosimbiozi sa bakterijama koje generišu TTX. Upravo taj proces putem kojeg priroda na različitim vrstama pronalazi ista rešenja za isti problem nazivamo konvergentnom evolucijom (ili paralelizmom).

Tačnije, konvergentna evolucija podrazumeva razvoj sličnih osobina i sličnih organa sa istim funkcijama kod vrsta koje nisu medjusobno srodne. Pored tetrodotoksina imamo i dosta drugih primera.

Klasičan primer su krila ptice, reptila, šišmiša i recimo vilinog konjica (kojeg bi se moglo dodati na donju sliku). Njihov zajednički predak nije imao krila, što ipak nije sprečilo svaku od njih da iskoristi mogućnost letenja. Rešenje sa jednim parom krila se pokazalo kao evoluciono uspešno.

Krila ovih životinja imaju različite anatomske osnove 3 porekla: ptica, reptil, sisar

Slično je i sa prednjim ekstremitetima krtice i jedne vrste cvrčka koji su kod obe vrste prilagodjeni kopanju pod zemljom. Zbog toga su se kod njih razvili slični oblici, iako medjusobno zaista nisu srodni. Krtica je sisar, a cvrčak je insekt, što je više nego očigledno već na temelju njihovog osnovnog plana gradje (egzoskelet kod insekta, unutrašnji skelet kod krtice). Razlog ovom konvergentnom razvoju su jednaki faktori prirodne selekcije koji su doveli do sličnih adaptacija.

Konvergentna evolucija je bitna i još iz jednog razloga - zahteva da povećamo oprez. To jest, ako na različitim vrstama živih bića pronadjemo iste funkcionalnosti (rešenja) to ne mora obavezno značiti da su vrste srodne, već da ih mogu povezivati samo isti uslovi sredine i selektivni pritisci pod kojima žive.

Reference:

  • http://www.mapoflife.org/topics/topic_396_Tetrodotoxin/
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Tetrodotoxin
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Pufferfish
  • Y. Zasshi, „Historical review on chemical and medical studies of globefish toxin before World War II“, Japanese Society for History of Pharmacy, 1994, 29, 428-434.
  • M. S. Brown, H. S. Mosher, „Tarichatoxin: Isolation and Purification“, Science, 1963, 140, 295-296.
  • H. D. Buchwald, L. Durham, H. G. Fischer, R. Harada, H. S. Mosher, C. Y. Kao, F. A. Fuhrman, „Identity of Tarichatoxin and Tetrodotoxin“, Science, 1964, 143, 474-475.
  • Y. Kishi, T. Fukuyama, M. Aratani, F. Nakatsubo, T. Goto, S. Inoue, H. Tanino, S. Sugiura, H. Kakoi, „Synthetic studies on tetrodotoxin and related compounds. IV. Stereospecific total syntheses of DL-tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 1972, 94, 9219-9221.
  • N. Ohyabu, T. Nishikawa, M. Isobe, „First Asymmetric Total Synthesis of Tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 2003, 125, 8798-8805.
  • A. Hinman, J. D. Bois, „A Stereoselective Synthesis of (−)-Tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 2003, 125, 11510-11511.
  • P. Wexler, Encyclopedia of Toxicology, Second edition, Elsevier, 2005, 161-162.


Oblasti: , , , , ,

Tetraodontidae i misterija neobičnih podvodnih struktura

Podvodne fotografije neobičnih peščanih struktura, koje je uslikao japanac Yoji Ookata, postale su hit nakon objavljivanja na Discovery kanalu. Geometrijski pravilne strukture, veoma precizno uradjene su postale misterija, neki su ih čak počeli povezivati sa posetama vanzemaljaca.


Medjutim, pravi kreator ovih gradjevina je snimljen tek pre nekoliko dana. U pitanju je riba Balon (Tetraodontidae), poznata kao skupocen specijalitet u Japanu, a čiji smo otrov Tetrodotoksin spominjali pre neki dan.

Biolozi su primetili da ova riba koristeći samo svoja peraja uspeva da napravi ovako precizne figure od peska. Tetraodontidae inače spada u familiju morskih i priobalnih riba. Naučni naziv (Tetraodontidae), potiče od četiri velika zuba spojena u dve „ploče“ koje ova riba koristi kako bi razorila svoj plen; školjke rakova i mekušce. Takođe ima sposobnost da se „naduva“, uvećavajući svoje telo i izbacujući pritom bodlje (skrivene u nenaduvenom stanju). Smatraju se za jedne od najotrovnijih kičmenjaka na svetu, odmah posle zlatne otrovne žabe.


Zašto ove ribe prave ovako fascinantne oblike u pesku ?

Biološka istraživanja su pokazala da na ovaj način mužjaci Tetraodontidae privlače ženke koje biraju one krugove koji su što preciznije i bolje uradjeni. Ulaskom u "gradjevinu" doći će do centralnog dela gde će se pariti i konačno položiti jaja u sredinu kruga. Primećeno je i to da mužjaci posvećuju silno vreme uredjujući svoju gradjevinu. Nekad su u stanju iskrckati manje školjke kako i sa njima dodatno ukrasili ivice pešćanih oblika :-)

Istraživači su takodje sproveli eksperimente unutar laboratorijskih uslova i ustanovili da ovakvi peščani oblici imaju i druge važne uloge. Ivice i oblici uspevaju da neutralizuju horizontalno kretanje vode na dnu, štiteći na ovaj način jaja i sprečavajući ih da budu odnesena unaokolo. Što daje dodatno objašnjenje zašto baš ovakav oblik strukture riba gradi.

Kao zaključak neka ostane rečenica koju su ostavili autori članka :-)

"It was a true story of love, craftsmanship and the desire to pass on descendants."

Link:
http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2012/09/21/a-marine-mystery-solved/

Riba Balon (Tetraodontidae)
http://en.wikipedia.org/wiki/Tetraodontidae


Oblasti: , ,
Subscribe to: Posts (Atom)