Επιστήμονες μεταφέρουν για πρώτη φορά «συμπεριφορά» από ένα είδος σε άλλο

Για πρώτη φορά στην ιστορία της βιολογίας, ερευνητές κατάφεραν να μεταφέρουν μια συμπεριφορά από ένα είδος σε ένα άλλο, προκαλώντας τα να εκτελέσουν μια πράξη εντελώς άγνωστη γι’ αυτούς, σαν να ήταν δική τους. Αν και η ανταλλαγή γονιδίων μεταξύ ειδών για την αλλαγή χαρακτηριστικών δεν είναι καινούργιο φαινόμενο, η μεταφορά μιας ολοκληρωτικά ξένης συμπεριφοράς μέσω γενετικής παρέμβασης είναι πρωτοφανής.

Η μελέτη, που διεξήχθη από επιστήμονες του Nagoya University, πέτυχε αυτό το εντυπωσιακό αποτέλεσμα με τη χρήση ενός μόνο γονιδίου για τη δημιουργία νέων νευρικών συνδέσεων μεταξύ δύο διαφορετικών ειδών μύγας, της Drosophila subobscura και της D. melanogaster. Παρά το ότι ανήκουν στην ίδια οικογένεια Drosophilidae, τα νευρικά τους δίκτυα είναι πολύ διαφορετικά και καθορίζουν αντίστοιχα διαφορετικές σεξουαλικές συμπεριφορές.

Η δουλειά αυτή είναι η κορύφωση σχεδόν μιας δεκαετίας έρευνας από την ιαπωνική ομάδα, συμπεριλαμβανομένου του Ryoya Tanaka, ο οποίος το 2017 ηγήθηκε μιας μελέτης χαρτογράφησης των κυκλωμάτων ζευγαρώματος των δύο ειδών. Η D. melanogaster ελκύει τα θηλυκά μέσω τραγουδιού, ενώ η D. subobscura χρησιμοποιεί την «δωροδοκία», καθώς οι αρσενικές μύγες αναβλύζουν τροφή και τη δίνουν στα θηλυκά ως μέρος του ερωτικού τους παιχνιδιού. Μέσω οπτογενετικής, οι επιστήμονες ενεργοποίησαν αυτή τη συμπεριφορά στη D. subobscura και επιβεβαίωσαν ότι το γονίδιο Fruitless (Fru), κοινό και στα δύο είδη, παίζει καθοριστικό ρόλο, ελέγχοντας όμως πολύ διαφορετικές συμπεριφορές.

Τώρα, οι ερευνητές του Nagoya University έχουν προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα, μετατρέποντας αρσενικές D. melanogaster (που χωρίστηκαν από την D. subobscura πριν από περίπου 35 εκατομμύρια χρόνια) σε «δωροδότες» αντί για «τραγουδιστές». Καθώς τα είδη εξελίσσονταν ανεξάρτητα, οι πιέσεις του περιβάλλοντος και οι σεξουαλικές προτιμήσεις διαμόρφωσαν τη «γλώσσα του έρωτα»: η D. melanogaster ανέπτυξε μυς φτερών και κυκλώματα τραγουδιού, ενώ η D. subobscura ενίσχυσε τα οπτικά και κινητικά κυκλώματα για την προσφορά τροφής. Με την παρέμβαση των ερευνητών, αυτή η αρχαία συμπεριφορά επανενεργοποιήθηκε στη D. melanogaster, κάτι που θεωρείται ότι είχε εξαφανιστεί εδώ και δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.

Η μετατροπή επιτεύχθηκε με την ενεργοποίηση του γονιδίου Fru στα νευρικά κύτταρα που παράγουν ινσουλίνη στη D. melanogaster, επιτρέποντας τη δημιουργία νέων νευρικών συνδέσεων και τη μεταφορά της συμπεριφοράς «προσφοράς δώρου». Οι επιστήμονες εισήγαγαν DNA σε έμβρυα της D. subobscura ώστε ορισμένα κύτταρα του εγκεφάλου να παράγουν πρωτεΐνες ενεργοποιούμενες με θερμότητα. Με σύντομη θέρμανση, μπορούσαν να ενεργοποιήσουν αυτούς τους νευρώνες, αποκαλύπτοντας 16–18 κύτταρα παραγωγής ινσουλίνης στο νευροεκκριτικό κέντρο του εγκεφάλου, που παράγουν την αρσενική μορφή FruM. Η σύγκριση με τη D. melanogaster έδειξε ότι στα είδη που προσφέρουν δώρα οι νευρώνες αυτοί συνδέονται με το κύκλωμα ζευγαρώματος, ενώ στους τραγουδιστές όχι.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές ενεργοποίησαν το Fru στα συγκεκριμένα κύτταρα της D. melanogaster, ανακατευθύνοντας τα κυκλώματα ώστε οι «τραγουδιστές» να μπορούν να προσφέρουν δώρα, χωρίς μάθηση ή κοινωνική έκθεση.

Όταν ενεργοποιήσαμε το Fru, τα κύτταρα αναπτύχθηκαν και δημιούργησαν νέες συνδέσεις με το κέντρο ζευγαρώματος, επιτρέποντας στους αρσενικούς D. melanogaster να εκτελέσουν τη συμπεριφορά προσφοράς δώρου για πρώτη φορά.

Η ανακάλυψη αυτή υποδηλώνει ότι ορισμένες συμπεριφορές μπορεί να βρίσκονται «κρυφές» στα νευρικά δίκτυα των ζώων και να μπορούν να ενεργοποιηθούν με τη σωστή γενετική παρέμβαση. Σύμφωνα με τον Yusuke Hara, η εξέλιξη νέων συμπεριφορών δεν απαιτεί αναγκαστικά τη δημιουργία νέων νευρώνων, αλλά μικρές γενετικές τροποποιήσεις σε υπάρχοντα κύτταρα μπορούν να οδηγήσουν σε διαφοροποίηση συμπεριφοράς και τελικά στη διαφοροποίηση ειδών.

Η σημασία αυτής της έρευνας υπερβαίνει τις μύγες: περίπου το 60% του γονιδιώματος των εντόμων αυτών συμπίπτει με αυτό του ανθρώπου, και πολλές ανθρώπινες γενετικές ασθένειες έχουν αντίστοιχα στις μύγες. Η μελέτη αποδεικνύει ότι μικρές γενετικές αλλαγές μπορούν να αναμορφώσουν τη συμπεριφορά σε επίπεδο είδους, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση της εξέλιξης και της νευροβιολογίας.

«Έχουμε δείξει πώς μπορούμε να εντοπίσουμε πολύπλοκες συμπεριφορές όπως η προσφορά δώρου στις γενετικές τους ρίζες και να κατανοήσουμε πώς η εξέλιξη δημιουργεί εντελώς νέες στρατηγικές για την επιβίωση και την αναπαραγωγή των ειδών», σημείωσε ο Daisuke Yamamoto.

[via]