Το πιο απλό ζώο του κόσμου αποκαλύπτει την κρυμμένη ποικιλομορφία

Το πιο απλό γνωστό ζώο στον κόσμο είναι τόσο ελάχιστα κατανοητό που δεν έχει καν ένα κοινό όνομα. Επίσημα ονομάζεται Trichoplax adhaerens για τον τρόπο με τον οποίο προσκολλάται στα γυάλινα σκεύη, η άμορφη σταγόνα δεν είναι και πολύ ενδιαφέρον. Με διάμετρο μόλις λίγα χιλιοστά, το πλάσμα μοιάζει με ένα στριμωγμένο σάντουιτς στο οποίο το επάνω στρώμα προστατεύει, το κάτω στρώμα σέρνεται και η γλοιώδης γέμιση τα κολλάει όλα μαζί. Χωρίς όργανα και μόνο μια χούφτα κυτταρικούς τύπους, το πιο ενδιαφέρον πράγμα για το T. adhaerens μπορεί να είναι τόσο εκπληκτικά βαρετό.

«Ήμουν γοητευμένος όταν άκουσα για πρώτη φορά για αυτό το πράγμα επειδή δεν έχει πραγματικό καθορισμένο σώμα», είπε ο Michael Eitel, ένας εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian στη Γερμανία. "Δεν υπάρχει στόμα, δεν υπάρχει πλάτη, δεν υπάρχουν νευρικά κύτταρα, τίποτα."

Αλλά αφού πέρασε τέσσερα χρόνια επίπονα για την ανακατασκευή του γονιδιώματος της σταγόνας, ο Eitel μπορεί να ξέρει περισσότερα για τον οργανισμό από οποιονδήποτε άλλον στον πλανήτη. Συγκεκριμένα, κοίταξε αρκετά προσεκτικά τον γενετικό του κώδικα για να μάθει τι απέτυχαν να αποκαλύψουν οι οπτικές επιθεωρήσεις. Η ποικιλία του πλάσματος που οι βιολόγοι αποκαλούν εδώ και καιρό T. adhaerens είναι πραγματικά τουλάχιστον δύο, και ίσως έως και μια ντουζίνα, ανατομικά πανομοιότυπα αλλά γενετικά διακριτά «κρυπτικά είδη» ζώων. Η ανακάλυψη θέτει ένα προηγούμενο για την ταξινόμηση, την επιστήμη της ονοματοδοσίας των οργανισμών, καθώς η πρώτη φορά που ένα νέο γένος ζώων ορίζεται όχι από την εμφάνιση, αλλά από την καθαρή γενετική.

Το σύγχρονο ταξινομικό σύστημα, που έχει αλλάξει ελάχιστα από τότε που το παρουσίασε ο Carl Linnaeus τη δεκαετία του 1750, προσπαθεί να τεμαχίσει το εκτεταμένο δέντρο της ζωής σε επτά τακτοποιημένα επίπεδα που δίνουν σε κάθε είδος μια μοναδική ετικέτα. Η επιστημονική ονομασία που αποτελείται από δύο μέρη (όπως Homo sapiens ) αντιπροσωπεύει το άκρο της ουράς μιας διακλαδούμενης διαδρομής μέσα από αυτό το δέντρο, ξεκινώντας από τα πιο χοντρά άκρα, τα βασίλεια, και τελειώνοντας στα καλύτερα κλαδιά, το γένος (Homo ) και μετά το είδος (sapiens ). Το μονοπάτι σας λέει όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τη σχέση του οργανισμού με άλλες ομάδες πλασμάτων, τουλάχιστον θεωρητικά.

Από την ανακάλυψή του στα τέλη του 1800, ο T. adhaerens έχει αναγνωριστεί ότι έχει ένα εξαιρετικά ασυνήθιστο σχέδιο σώματος και έχει επίσημα το γένος Placozoa («επίπεδα ζώα») για σχεδόν μισό αιώνα. Μόνο ένα επίπεδο πιο συγκεκριμένο από το βασίλειο, ένα φυλάκιο είναι ένας σπηλαιώδης χώρος που πρέπει να καταλαμβάνεται μόνος:Το φυλάκι μας, το Chordata, ξεχειλίζει με περισσότερα από 65.000 ζωντανά είδη που κυμαίνονται από παγώνια μέχρι φάλαινες και χέλια. Οι βιολόγοι υποψιάζονταν εδώ και καιρό ότι το Placozoa έκρυβε περισσότερη ποικιλομορφία και τα μιτοχονδριακά στοιχεία ενίσχυσαν αυτήν την υποψία το 2004, όταν οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι σύντομες αλληλουχίες από διαφορετικά άτομα έμοιαζαν τόσο διαφορετικές όσο εκείνες των οργανισμών από διαφορετικές οικογένειες (ένα επίπεδο γενικότερο από το γένος).

Αλλά αυτή η παρατήρηση για τα δύο Placozoa δεν πληρούσε τα αποδεκτά διεθνή πρότυπα για την τοποθέτησή τους σε νέες ταξινομικές κατηγορίες, οι οποίες ιστορικά βασίζονται σε μορφές ζώων. «Την εποχή που μόλις είχαμε ανακαλύψει τις γενετικές διαφορές», είπε ο Allen G. Collins, συν-συγγραφέας της εργασίας του 2004 και ζωολόγος στο Εθνικό Εργαστήριο Συστηματικής της Εθνικής Υπηρεσίας Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA). "Κοιτάζοντας τα ζώα που είχαμε συλλέξει, δεν ήταν ευδιάκριτο πώς μπορούσαν να διαφέρουν μορφολογικά."

Για να ολοκληρώσουν αυτό που ξεκίνησε ο Collins, ο Eitel και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να εγκαταλείψουν την οπτική προσέγγιση και να αναζητήσουν καθοριστικά χαρακτηριστικά στο ίδιο το γονιδίωμα των πλακοζωαρίων.

Ξεκίνησαν χαρτογραφώντας τη γενετική περιοχή του γένους με το ίδιο εύκολο στην αλληλουχία μιτοχονδριακό DNA που είχε χρησιμοποιήσει ο Collins. Συγκρίνοντας δεδομένα από αυτό το μόριο, γνωστό ως 16S, ο Eitel κατέληξε στο συμπέρασμα ότι μια συγκεκριμένη ποικιλία Placozoa από το Χονγκ Κονγκ ήταν ο πιο μακρινός συγγενής του τυπικού στελέχους, το γονιδίωμα του οποίου είχε ήδη αναλυθεί πλήρως η αλληλουχία το 2008. Εάν κάποια ομάδα πληροί τις προϋποθέσεις ένα διαφορετικό είδος, αυτό ήταν το ένα.

Στη συνέχεια χρειάστηκε να διαβάσει, να παραγγείλει και να ερμηνεύσει τις 80-περίεργες βάσεις νουκλεοτιδίων A, G, C και T που συνθέτουν το γονιδίωμα της παραλλαγής του Χονγκ Κονγκ. Η καλλιέργεια μερικών χιλιάδων πλακοζωαρίων, η ανάμειξή τους για την εξαγωγή του πυρηνικού τους DNA και η μετατροπή των αποσπασμάτων του γονιδιώματός τους σε ψηφιακή μορφή χρειάστηκαν μερικές εβδομάδες, αλλά η σκληρή δουλειά να ανακατέψουμε αυτά τα κομμάτια στη σωστή σειρά και να καταλάβουμε τι κάνει κάθε τμήμα χρειάστηκε τέσσερις χρόνια ταλαιπωρίας με προγράμματα υπολογιστών. Όταν τελικά η ομάδα είχε ένα πλήρες γονιδίωμα έτοιμο για σύγκριση, η ανταμοιβή αποδείχθηκε ότι άξιζε την αναμονή. "Περιμέναμε να βρούμε διαφορές, αλλά όταν είδα για πρώτη φορά τα αποτελέσματα των αναλύσεών μας, ήμουν πραγματικά συγκλονισμένος", είπε ο Eitel.

Το ένα τέταρτο των γονιδίων ήταν σε λάθος σημείο ή ήταν γραμμένα προς τα πίσω. Οι οδηγίες για παρόμοιες πρωτεΐνες ήταν γραμμένες σχεδόν κατά 30 τοις εκατό διαφορετικά κατά μέσο όρο, και σε ορισμένες περιπτώσεις έως και 80 τοις εκατό. Στην ποικιλία του Χονγκ Κονγκ έλειπαν το 4 τοις εκατό των γονιδίων του μακρινού ξαδέλφου της και είχε το δικό της μερίδιο γονιδίων που ήταν μοναδικά για τον εαυτό της. Συνολικά, το γονιδίωμα του πλακόζωου του Χονγκ Κονγκ ήταν περίπου το ίδιο διαφορετικό από αυτό του T. adhaerens καθώς το ανθρώπινο DNA είναι από DNA ποντικού. «Ήταν πραγματικά εντυπωσιακό», είπε ο Eitel. "Φαίνονται ίδια και εμείς φαινόμαστε εντελώς διαφορετικοί από τα ποντίκια."

Πού εκδηλώνονται λοιπόν όλες αυτές οι γενετικές αλλαγές, αν όχι στην πλαδαρή εμφάνιση των ζώων;

«Αν και το ίδιο το πλακόζωο μοιάζει με μια μικρή μπάλα κόλλας, πιθανότατα έχει κύτταρα που κάνουν αρκετά περίπλοκα πράγματα», είπε η Χόλι Μπικ, θαλάσσιος βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ρίβερσαϊντ, που μελετά μικροσκοπικούς θαλάσσιους στρογγυλούς σκώληκες γνωστούς ως νηματώδεις. , το οποίο μπορεί επίσης να είναι κρυπτικό. Το Placozoa του Χονγκ Κονγκ προήλθε από ένα υφάλμυρο ρεύμα μαγγρόβιων φυτών όπου οι μεγάλες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της αλατότητας απαιτούν ευέλικτη χημεία του σώματος. «Φυσιολογικά, για τους οργανισμούς, αυτό είναι ένα αρκετά μεγάλο πράγμα που πρέπει να αντιμετωπίσουμε. Σε μοριακό επίπεδο χρειάζεστε συγκεκριμένες προσαρμογές», είπε ο Bik, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Συγκρίνοντας την παραλλαγή Placozoa με τις μέσες γενετικές διαφορές μεταξύ των ομάδων σε άλλες φυλές, η γερμανική ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η Placozoa του Χονγκ Κονγκ χαρακτηρίστηκε όχι μόνο ως νέο είδος, αλλά και ως νέο γένος. Μπορεί ακόμη και να έχει χαρακτηριστεί ως νέα οικογένεια ή τάξη σε άλλες περιοχές του ζωικού δέντρου, αλλά για να κάνει λάθος από τη συντηρητική πλευρά, η ομάδα στήριξε το πρότυπο της παραλλαγής του γένους στις μέδουσες, μια γενετικά διαφορετική ομάδα με σχετικά τακτοποιημένες διαιρέσεις μεταξύ των επιπέδων.

Το μόνο που έμεινε ήταν η ονομασία. Οι ταξινομικοί κώδικες απαιτούν χαρακτηριστικά αναγνώρισης, αλλά δεν διευκρινίζουν αν θα πρέπει να είναι οπτικά ή γενετικά, έτσι η ομάδα επέλεξε τέσσερα γενετικά γράμματα στο μιτοχονδριακό γονιδίωμα 16S που θα μπορούσαν να διαφοροποιήσουν μοναδικά τις δύο γενεές. Στη συνέχεια, εγκρίθηκε από την αξιολόγηση από ομοτίμους και την PLOS Biology στα τέλη Ιουλίου, το έργο τους τοποθέτησε έναν νέο οργανισμό στον χάρτη της ζωής μας.

Η ομάδα έδωσε στο δείγμα της το όνομα του γένους Hoilungia , για έναν βασιλιά δράκο που αλλάζει σχήμα από την κινεζική μυθολογία, και ονόμασαν το είδος hongkongensis, για το πού συγκεντρώθηκε. Παρόμοιες ταξινομήσεις με βάση το γονιδίωμα είναι κοινές στον κόσμο των πρωτιστών και των βακτηρίων, και μια σχετική χούφτα κρυπτικών ζωικών ειδών έχουν ονομαστεί με βάση τη γενετική. Οι ονομασίες (και οι μετονομασίες) που συνδυάζουν μορφολογικούς χαρακτήρες με γενετικούς, οι οποίοι πρόσφατα επαναταξινόμησαν ένα κοινό φυτό εσωτερικού χώρου, γίνονται επίσης πιο κοινές. Αλλά αυτή ήταν η πρώτη φορά που μόνο γενετικοί χαρακτήρες, που δεν υποστηρίζονταν από χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος του ράμφους ή ο αριθμός πτερυγίων, χρησιμοποιήθηκαν για να ορίσουν ένα γένος ζώων. «Αυτοί οι άνθρωποι έκαναν τα πάντα, από τη σέξι μοριακή βιολογία μέχρι τη σωστή ονομασία», είπε η Susanne Renner, βοτανολόγος στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian. "Είναι απλά υπέροχο."

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η εργασία τους θα διευκολύνει τη μελλοντική ονομασία βάσει γενετικού χαρακτήρα, η οποία υπόκειται λιγότερο σε προκαταλήψεις από οπτικά χαρακτηριστικά που τραβούν την προσοχή, όπως τα κέρατα και τα πτερύγια που μπορεί να μην αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια την εξελικτική απόσταση μεταξύ των ομάδων. "Κάποιος έπρεπε να είναι ο πρώτος που θα παλέψει για το δικαίωμα να ορίσει νέα γενικά είδη με βάση τη γονιδιωματική, και ευτυχώς το δημοσιεύσαμε", είπε ο Eitel.

Ο Renner λέει ότι αυτή η εργασία είναι το τελευταίο βήμα σε μια συνεχή στροφή προς τη γενετική ταξινόμηση. «Χρειάστηκε πολύς χρόνος για να απογειωθεί και τώρα απογειώνεται», είπε. Επισημαίνει ότι σε αντίθεση με τις σελίδες κειμένου που μπορούν να μπουν σε μια επίσημη περιγραφή ενός είδους, ο προσδιορισμός ενός οργανισμού με μόλις τέσσερα γράμματα, όπως έκανε η γερμανική ομάδα, προσφέρεται για γρήγορη αποτελεσματικότητα. «Ο Linnaeus θα χαρεί να το κάνει. Οραματιζόταν πολύ σύντομες και αιχμηρές διαγνώσεις.»

Ωστόσο, όσο ακριβής μπορεί να είναι η γενετική ταξινόμηση, πιθανότατα θα συμπληρώσει τους παραδοσιακούς τρόπους διαχωρισμού των ζώων, όχι θα τους αντικαταστήσει. Η παρατήρηση οπτικών χαρακτηριστικών δεν απαιτεί χρόνια εργαστηρίου. Ακόμη και για άλλα κρυπτικά ζώα όπως τα νηματώδη, τα οποία δεν μπορούν να εκτραφούν σε αιχμαλωσία, οι γενετικές τεχνικές μπορεί να βρουν περιορισμένη χρήση. "Για μένα, όταν δουλεύω με ένα μόνο νηματώδη σκουλήκι, δεν πρόκειται ποτέ να απομονωθεί αρκετό DNA από ένα άτομο για να χρησιμοποιήσει ορισμένες από αυτές τις τεχνολογίες", είπε ο Bik.

Αλλά για τα κρυπτικά ζώα που μπορούν να καλλιεργήσουν οι ερευνητές, η γενετική αλληλουχία μπορεί να είναι το τέλειο προσκήνιο για να φωτιστούν τα σκιασμένα μέρη του εξελικτικού τους δέντρου. Ο Eitel είπε ότι έμαθε πολλά από τη διαδικασία ανάλυσης του H. hongkongensis γονιδίωμα και προβλέπει ότι η αλληλούχιση της επόμενης παραλλαγής - ένα έργο που ήδη βρίσκεται σε εξέλιξη - θα διαρκέσει μήνες, όχι χρόνια. «Πιθανότατα θα εμφανιστούν δεκάδες νέα είδη στο μέλλον», είπε. "Και περισσότερα επόμενα, γιατί κάνουμε συνεχώς δειγματοληψίες."