Czy ewolucja mózgu przyspieszyła dzięki wirusom? Nowe badanie wskazuje, że tak

W tym artykule:

1. Od wirusów do kręgowców: wędrujące geny
2. Ewolucja mózgu a wirusy
3. Mielina chroni i odżywia komórki nerwowe
4. Komórki produkujące mielinę powstały dzięki wirusom
5. Wirusy odegrały role w ewolucji mózgu niemal wszystkich kręgowców

W prestiżowym czasopiśmie naukowym „Cell” opublikowano pracę, która może wywrócić do góry nogami naszą wiedzę o tym, jak przebiegała ewolucja mózgu. Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że jeden z genów występujący zarówno u kręgowców, jak i niektórych bezkręgowców pochodzi najprawdopodobniej od wirusów.

Od wirusów do kręgowców: wędrujące geny

Gen ten, zwany retrotranspozonem, jest niezbędny do produkcji mieliny m.in. u ssaków, płazów i ryb. Transpozony są nazywane „wędrującymi genami”. To sekwencje DNA zdolne do przemieszczania się w genomie tej samej komórki w procesie transpozycji. Za odkrycie tego procesu Barbara McClintock otrzymała nagrodę Nobla w 1983 r. Biolodzy od lat podejrzewali, że transpozony to dawne wirusy, wbudowane w genom współczesnych, bardziej skomplikowanych organizmów.

Ciekawostki o mózgu. Neurony babci, prawdziwa liczba szarych komórek i mit wykorzystywania tylko 10% mózgu

Czy wiecie, czym jest glej, co robią neurony egocentryczne i gdzie mamy drugi mózg? Przedstawiamy ciekawostki o mózgu, które was zaskoczą.

Ewolucja mózgu a wirusy

Sekwencja genu, którą nazwali „retromieliną”, jest prawdopodobnie wynikiem dawnej, prehistorycznej infekcji wirusowej. Porównania genomów ssaków, płazów i ryb sugerują, że infekcje retrowirusowe i inwazje genów wirusów występowały oddzielnie w każdej z tych grup zwierząt. To oznaczałoby, że zjawisko takie było w toku ewolucji dość częste. Robin Franklin z Altos Labs-Cambridge Institute of Science, neurobiolog i jeden z autorów pracy mówi: – Do rozpoczęcia ewolucji kręgowców potrzebne były retrowirusy. Gdybyśmy nie mieli retrowirusów wstawiających swoje sekwencje do genomu kręgowców, mielinizacja nie miałaby miejsca. A bez niej cała różnorodność kręgowców, jaką znamy, nigdy by nie zaistniała.

Mielina chroni i odżywia komórki nerwowe

Mielina to złożona tkanka tłuszczowa, która osłania aksony komórek nerwowych kręgowców. Akson to długie włókno, część komórki odpowiedzialna za przekazywanie impulsów nerwowych do kolejnych komórek. Mielina umożliwia szybkie przewodzenie impulsów bez konieczności zwiększania średnicy aksonów. Dzięki temu ​​neurony mogą być „upakowane” bliżej siebie. Osłonka z mieliny zapewnia też nerwom mechaniczną ochronę. Oznacza to, że ​​włókna nerwowe mogą być po prostu dłuższe.

Mielina pojawiła się po raz pierwszy w historii ewolucji mniej więcej w tym samym czasie, co szczęki. Jej znaczenie w ewolucji kręgowców było od dawna uważane za kluczowe. Jednak do tej pory nie było jasności, jak się pojawiła.

Komórki produkujące mielinę powstały dzięki wirusom

Naukowcy odkryli rolę retromieliny, badając geny oligodendrocytów. To komórki glejowe wytwarzające mielinę w ośrodkowym układzie nerwowym. Ich rola nie jest jeszcze do końca poznana. Wiadomo, że oprócz produkcji mieliny odegrały ważną rolę w odżywianiu neuronów. Współtworzą też barierę krew-mózg oraz syntetyzują enzymy kluczowe w produkcji neuroprzekaźników, takich jak serotonina, dopamina czy noradrenalina.

Zespół badał genom oligodendrocytów, skupiając się właśnie na transpozonach, których nie badano wcześniej. – Retrotranspozony stanowią około 40% naszych genomów. Jednak niewiele wiadomo na temat tego, w jaki sposób mogły pomóc zwierzętom w nabyciu określonych cech w trakcie ewolucji – mówi biolożka i jedna z autorek pracy, Tanay Ghosh z Altos Labs-Cambridge Institute of Science.

Odkrycia roli retromieliny naukowcy dokonali, badając gryzonie. Kiedy eksperymentalnie hamowali jej aktywność w oligodendrocytach, komórki te nie były już w stanie wytwarzać mieliny. Aby sprawdzić, czy retromielina występuje u innych gatunków kręgowców, zespół poszukiwał podobnych sekwencji w genomach zarówno kręgowców, jak i bezkręgowców. Okazało się, że mają ją też wszystkie inne gromady szczękowców, czyli:

• ptaki,
• gady
• płazy,
• ryby.

Nie było ich jednak u kręgowców i bezkręgowców bezszczękowych. Robin Franklin tłumaczy to tak: – Istniało ewolucyjne dążenie do przyspieszenia przewodzenia impulsów nerwowych. Szybsze przewodzenie oznacza, że ​​można szybciej łapać i szybciej uciekać.

Wirusy odegrały role w ewolucji mózgu niemal wszystkich kręgowców

Badacze chcieli też sprawdzić, czy retromielina została raz włączona do genomu szczękowców, czy może miało miejsce kilka oddzielnych inwazji retrowirusów w różnych grupach zwierząt. Porównali odpowiednie sekwencje w genomach 22 gatunków kręgowców szczękowych. Analiza wykazała, że były bardziej podobne w obrębie jednego gatunku niż między gatunkami. To sugeruje, że retromielina została nabyta wielokrotnie w procesie zbieżnej ewolucji.

Naukowcy wykazali też, że odgrywa ona ważną rolę w mielinizacji u ryb i płazów. Przerwali syntezę retromieliny w zapłodnionych jajach danio pręgowanego oraz żab. Rozwijające się z nich ryby i kijanki wytwarzały znacznie mniej mieliny niż zwykle.

Odkrycie retromieliny otwiera nowy kierunek badań. Wyjaśni on, w jaki sposób retrowirusy były i są zaangażowane w kierowanie ewolucją.

Źródła: Eurekalert, Cell.

Nasz ekspert

Magdalena Rudzka

Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.