Pale, strâmt și orb, peștele somalian trăiește o viață liniștită în cele mai luminoase ape din lume. Cu paloarea lor groaznică și fără ochi de care vorbește, acești pești păstoși nu par să aibă prea multe în comun cu mamiferele, dar există mult mai mult pentru umilul peșter de peșteră decât pentru ochi.
Oamenii de știință au raportat ieri în revista Current Biology că peștele de peșteră ar putea arunca o lumină atât de necesară asupra unui capitol misterios al evoluției mamiferelor: pierderea reparației ADN-ului alimentat cu energie solară. Majoritatea organismelor au mecanisme pentru a repara propriile molecule de ADN activate de lumina soarelui, dar mamiferele au pierdut trăsăturile undeva pe parcurs - la fel și peștele somalian.
Ca manual de instrucțiuni pentru viață, ADN-ul este o marfă prețioasă. Daunele menținute la acest cod vital contribuie atât la îmbătrânirea, cât și la sensibilitatea crescută la cancer. Din păcate, procesul de copiere și citire a ADN-ului poate fi plin de erori, iar mediul din jurul nostru este plin de pericole, de la substanțe chimice nocive la raze de lumină ultravioletă capabile să modifice secvențele genetice.
Dar, mulțumită unei suită de mașini celulare capabile să repare ADN-ul compromis, majoritatea acestor greșeli genetice sunt rectificate fără consecințe. Printre aceste capacități cruciale de reparație se numără sistemul de fotoreactivare, care folosește o enzimă cu energie solară numită fotolizază pentru a remedia erorile în ADN cauzate de expunerea la radiații UV. Acest mecanism inteligent de apărare înseamnă că același pericol care dăunează ADN-ului - lumina soarelui - declanșează, de asemenea, un sistem de reparație a codului genetic.
Mamiferele și peștele de peșteră sunt destul de diferite, dar ambele s-au adaptat vieții în întuneric. Multe mamifere nocturne, precum această pisică, au un strat de țesut în ochi care le îmbunătățește vederea nocturnă și face ca ochii să pară „strălucitori”. (Thomas Euler / flickr) În timp ce fotoreactivarea este răspândită de-a lungul copacului vieții, aceasta este complet absentă la mamifere. Și de mult timp, am crezut că suntem singuri. Dar oamenii de știință au început să descopere o mână de specii de ciuperci și nematode (și unele populații selectate de crustacee legate de peșteri) care și-au pierdut capacitățile de reparare a ADN-ului alimentate de solar. Cea mai nouă adăugare la grupul cu locuințe întunecate, peștele somalian, ar putea fi primele vertebre non-mamifere care au trecut printr-un pas similar al istoriei evolutive.
„[Fotoreactivarea] este un sistem atât de conservat, de la bacterii până la plante și multe animale”, spune Nicholas Foulkes, biolog la Institutul de Tehnologie Karlsruhe din Germania. „Când vezi pierderea funcției, aceasta este profundă.”
Deci, cum ar putea un pește de peșteră să semene cu un mamifer? Răspunsul, se dovedește, ne ține literalmente în întuneric. Strămoșii noștri mamiferi s-au bucurat de un stil de viață extrem de nocturn, spune biologul evoluționist Roi Maor de la University College London. Cu sute de milioane de ani în urmă, strămoșii noștri cu sânge cald s-au putut ascunde în timpul zilei pentru a evita să fie mâncați de dinozaurii iubitori de soare.
Această natură nocturnă poate să fi activat un principiu „folosiți-l sau pierde-l” în evoluția noastră. Maor spune că trăsăturile mai însorite (cum ar fi fotoreactivarea cu energie solară) ar fi putut fi aruncate din cauza folosirii a aproximativ 100 de milioane de ani. Aceste pierderi genetice au persistat apoi în timpurile moderne, chiar și după ce mamiferele au început să se aventureze din nou în lumina zilei.
Grupul de cercetare al lui Foulkes, inclusiv autorul principal al noului studiu Haiyu Zhao, și-a propus să studieze repararea ADN-ului la alte animale nocturne, pentru a afla mai multe despre pierderea mecanismelor de fotoreactivare. Peștele de pește somalian ( Phreatichthys andruzzii ), cu aversiunea sa la lumina soarelui, a fost o creatură perfectă de examinat.
În primul rând, însă, cercetătorii au avut nevoie de un punct de comparație. Pentru aceasta, au ales ca folie un alt pește de apă dulce: pește zebra, o capsă bine studiată în multe laboratoare biologice. La fel ca majoritatea celorlalte animale, genomii peștilor zebra codifică sistemul de fotoreactivare activat de lumina soarelui, permițându-le să supraviețuiască expunerii la doze mari de radiații UV în medii bine luminate. Dar peștele zebra cu raze UV, prins în întuneric total, este mai sensibil la repercusiunile deteriorarii ADN-ului.
Pe de altă parte, atunci când cercetătorii au efectuat aceleași experimente pe peștișoare somaleze, peștii erau hipersensibili la razele UV. În sălbăticie, specia trăiește într-o izolare completă de lumina soarelui și expunerea peștilor la condiții care imitau lumina soarelui nu i-a ajutat să supraviețuiască radiațiilor UV.
Acești pești de somalie orbi sunt de fapt destul de ușor pentru ochi ... chiar dacă nu au ei înșiși. (Luca Scapoli / Universitatea din Ferrara) Cercetând genomul peștilor, cercetătorii au descoperit că peștii zebra produc trei fotolaze restaurative care se aprind în prezența luminii solare, în timp ce peștele de pește somalian codifică doar un sistem rupt. La examinarea ulterioară, cercetătorii au fost capabili să stabilească diferențele în modul în care peștele zebra și peștele de pește controlau expresia fotolazei.
În prezența luminii, o „cheie” moleculară în celulele de pește zebra este ghidată către o „blocare” genetică, care este eliberată pentru a activa mecanismele de reparare a ADN-ului. Ciudat, destul de ciudat, părea să aibă încuietori intacte, gata să dezlănțuie expresia fotoliței - dar tastele par să se fi pierdut în timp. Echipa lui Foulkes caută în prezent cheile deteriorate sau lipsă din genomul peștilor de peșteră.
„Este ca și cum evoluția este prinsă în act”, spune Foulkes. „Puteți vedea procesul prin care sistemul de reparații este pierdut.”
Peste 200 de specii de pești de peșteră populează Pământul, dar acest exemplar somalian este primul raportat că a pierdut sistemul de fotoreactivare. Chiar și printre peștii de peșteri, P. andruzzii este un extremist, petrecând ultimii 3 milioane de ani în afara soarelui. În întunericul etern al peșterilor subacvatice, este în interesul acestui înotător să economisească energia pe lungul drum înainte - potrivit Foulkes, acești pești pot trăi în sus de cincizeci de ani - ceea ce înseamnă să scapi de orice bagaj genetic inutil.
În timp ce mamiferele nu împărtășesc stilul de viață al peștilor de peșteră, aceste pierderi genetice pot dezvălui traiectoriile evolutive întunecate pe care speciile divergente le împărtășesc. În loc să dezvolte o trăsătură utilă sub presiunea mediului, creaturi par să fi abandonat un sistem care nu mai era util, spune Silvia Fuselli, expertă în pește de pește la Universitatea din Ferrara din Italia.
„Poate că acești pești reproduc ceva ce s-a întâmplat la strămoșii noștri acum milioane de ani”, spune Foulkes.
Având în vedere că unele specii strălucitoare ale soarelui evită încă cu succes descoperirea umană în peșterile cavernoase ale Pământului și în tranșeele de adâncime, probabil că nu am găsit ultima dintre creaturi care au pierdut fotoreactivarea. "Se manifestă în acești pești, în ciuperci, în [crustacee] ... va fi ceva pe care oamenii îl găsesc în mod constant", spune David Carlini, un biolog la Universitatea Americană care studiază crustaceele din apă dulce care locuiesc în peșteri.
Și din câte știm, P. andruzzii este încă destul de unic printre majoritatea fraților săi plictisitori . Până când mai multe specii care preferă întunericul pot fi studiate, peștele somalian poate fi lumina călăuzitoare pentru a rezolva misterul în care mamiferele noastre au pierdut capacitatea noastră de a ne vindeca la soare.
