Asi pred 350 miliónmi rokov boli vaši evoluční predkovia – a predkovia všetkých moderných stavovcov – len živočíchy s mäkkým telom žijúce v oceáne. Aby tieto zvieratá prežili a vyvinuli sa do dnešnej podoby, potrebovali mať určitú ochranu a výhody oproti oceánskym predátorom, ktorým vtedy dominovali kôrovce.

Úspešnou stratégiou bola evolúcia koženého brnenia, ako sú ostré ostne na obrnených sumcoch alebo kostnaté šupiny v tvare diamantu nazývané šupiny, ktoré pokrývajú jesetery. Tisíce druhov rýb používajú rôzne štýly dermálnych štítov, ktoré pozostávajú z kostí a/alebo materiálu nazývaného dentín, ktorý je dôležitou súčasťou moderných ľudských zubov. Ochranné nátery pomohli takýmto stavovcom prežiť a vyvinúť sa na nové zvieratá a nakoniec na ľudí.

Ale odkiaľ sa vzal tento štít? Ako sa naši pradávni podmorskí predkovia vyvinuli, aby si vypestovali tento ochranný plášť?

Teraz pomocou jesetera nová štúdia zistila, že za vývoj osteosarkómu u rýb je zodpovedná špecifická skupina kmeňových buniek nazývaných bunky neurálnej lišty pahýľa. Prácu viedol Jan Standel, teraz postdoktorandský výskumník Marie Sklodowska-Curie v laboratóriu Marianne Brunnerovej, profesorky biológie Edwarda B. Lewisa a riaditeľa Beckmanovho inštitútu v Caltech. V časopise sa objavuje článok popisujúci výskum Zborník Národnej akadémie vied Dňa 17. júla.

Brunnerovo laboratórium sa už dlho zaujíma o štúdium buniek neurálnej lišty. Tieto bunky sa nachádzajú u všetkých stavovcov vrátane rýb, kurčiat a nás samých a špecializujú sa podľa toho, či pochádzajú z oblastí hlavy (lebka) alebo miechy (trupu). Bunky lebečnej aj kmeňovej neurálnej lišty migrujú zo svojich východiskových bodov po celom vyvíjajúcom sa tele zvieraťa, čím vznikajú bunky, ktoré tvoria čeľuste, srdce a iné dôležité štruktúry.

Po štúdii z University of Cambridge z roku 2017, ktorá ukázala, že nervové kmeňové bunky spôsobujú vznik kožného štítu na báze slonoviny u druhu rýb nazývaných drobné korčule, Stundell a jeho kolegovia predpokladali, že rovnaký súbor buniek môže tiež viesť k vzniku kostí. – Brnenie založené na veľkých stavovcoch.

Aby to študovali, Stundl a tím sa obrátili na jesetera, konkrétne jesetera jesetera (Acipenser ruthenus). Moderný jeseter, známy výrobou najdrahšieho kaviáru na svete, má stále mnoho rovnakých vlastností ako ich predkovia pred miliónmi rokov. To z nich robí hlavných kandidátov na evolučné štúdie.

Pomocou embryí jesetera kultivovaných vo Výskumnom ústave chovu rýb a vodnej biológie v Českej republike Stundl a jeho tím pomocou fluorescenčného farbiva sledovali, ako bunky neurálnej lišty trupu ryby migrujú v jej vyvíjajúcom sa tele. Jesetery začínajú vyvíjať svoje kostice po dvoch týždňoch, takže výskumníci nechali vyvíjajúce sa ryby v tmavom laboratóriu, aby svetlom nerušili fluorescenčné farbivo.

Tím našiel fluorescenčne označené bunky kmeňových nervových hrebeňov presne na miestach, kde sa tvorili kostičky jesetera. Potom použili inú techniku ​​na zvýraznenie osteoblastov, typu bunky, ktorá tvorí kosť. Génové podpisy spojené s diferenciáciou osteoblastov sa našli vo fluorescenčných bunkách vo vývoji rybích šupín, čo poskytuje silný dôkaz, že bunky neurálnej lišty v stonke v skutočnosti vedú k vzniku osteogénnych buniek.

V kombinácii so zisteniami z roku 2017 o úlohe buniek neurálnej lišty pri tvorbe štítu na báze dentínu práca ukazuje, že dendritické bunky neurálnej lišty sú skutočne zodpovedné za vznik dermálno-kostného štítu, ktorý umožnil evolučný úspech stavovcov.

„Práca s nemodelovými organizmami je náročná; nástroje na štandardných laboratórnych organizmoch, ako je myš alebo zebrafish, buď nefungujú, alebo musia byť veľmi prispôsobené,“ hovorí Stündl. „Napriek týmto výzvam nám informácie z nemodelových organizmov, ako je jeseter, umožňujú dôsledne odpovedať na základné otázky evolučnej biológie.“

„Štúdiom mnohých zvierat na strome života môžeme odvodiť evolučné udalosti, ktoré sa odohrali,“ hovorí Bruner. „To je obzvlášť silné, ak môžeme pristupovať k evolučným otázkam z perspektívy evolučnej biológie, pretože mnohé zo zmien, ktoré vedú k rôznym typom buniek, sa vyskytli prostredníctvom malých úprav v embryonálnom vývoji.“

Názov článku je „Staroveký kožný štít stavovcov sa vyvinul z hrebeňa neurálneho kmeňa“.