Bledý, smrštěný a slepý, somálský jeskynní život žije ve světově nejlehčích vodách na světě. Zdá se, že tyto pastovité ryby nemají strašidelnou bledost a nemají žádné oči, o kterých by se mluvilo savci, ale pro skromné jeskynní druhy je mnohem víc, než se s očima setkávají.
Vědci včera v časopise Current Biology uvedli, že jeskyně mohou vrhnout nějaké tolik potřebné světlo na záhadnou kapitolu vývoje savců: ztrátu opravy DNA poháněné sluneční energií. Většina organismů má mechanismy pro opravu svých vlastních molekul DNA aktivovaných slunečním zářením, ale savci ztratili tuto vlastnost někde na cestě - stejně jako somálští jeskyně.
Jako návod k obsluze pro život je DNA vzácnou komoditou. Trvalé poškození tohoto životně důležitého kódu přispívá jak ke stárnutí, tak ke zvýšené náchylnosti k rakovině. Bohužel, proces kopírování a čtení DNA může být protkán chybami a prostředí kolem nás je plné nebezpečí, od škodlivých chemikálií až po paprsky ultrafialového světla schopné změnit genetické sekvence.
Ale díky sadě buněčných strojů schopných opravit kompromitovanou DNA je většina těchto genetických chyb opravena bez následků. Mezi tyto zásadní opravné schopnosti patří fotoreaktivační systém, který používá solární enzym zvaný fotolyáza k opravě chyb v DNA způsobených expozicí UV záření. Tento chytrý obranný mechanismus znamená, že stejné nebezpečí, které poškozuje DNA - sluneční světlo - také vyvolává systém opravy genetického kódu.
Savci a jeskyně jsou docela odlišní, ale oba se přizpůsobili životu ve tmě. Mnoho nočních savců, jako je tato kočka, má v oku vrstvu tkáně, která zlepšuje jejich noční vidění a způsobuje, že jejich oči vypadají "lesklé". (Thomas Euler / flickr) Zatímco fotoreaktivace je rozšířena napříč celým stromem života, u savců je úplně nepřítomná. A dlouho jsme si mysleli, že jsme sami. Vědci však začali objevovat hrst druhů hub a hlíst (a některých vybraných populací korýšů vázaných na jeskyně), které také ztratily své schopnosti opravy DNA poháněné sluneční energií. Nejnovějším přírůstkem do skupiny temných obydlí, Somálských jeskyní, by mohli být první obratlovci, kteří nejsou savci savců, kteří podstoupili podobný krok evoluční historie.
„[Fotoreaktivace] je systém, který je tak konzervovaný, od bakterií až po rostliny a mnoho zvířat, “ říká Nicholas Foulkes, biolog z technologického institutu v Karlsruhe v Německu. "Když vidíte ztrátu funkce, je to hluboké."
Jak se tedy může podobat savec? Odpověď, jak se ukazuje, nás udržuje doslova ve tmě. Naši předci savců si užívali vysoce noční životní styl, říká evoluční biolog Roi Maor z University College London. Před stovkami milionů let se naši teplokrevní předchůdci zvířat během dne schovali, aby se vyhli jedení dinosaury milujícími slunce.
Tato noční povaha mohla v našem vývoji aktivovat princip „použít nebo ztratit“. Sunnierské rysy (jako fotoreaktivace na solární energii) mohly být vyřazeny kvůli asi 100 miliónům let nepoužívání, říká Maor. Tyto genetické ztráty pak přetrvávaly do moderní doby, dokonce i poté, co se savci začali pustit zpět do denního světla.
Foulkesova výzkumná skupina, včetně hlavního autora nové studie Haiyu Zhao, se rozhodla studovat opravu DNA u ostatních nočních zvířat a dozvědět se více o ztrátě fotoreaktivačních mechanismů. Somálské jeskyně ( Phreatichthys andruzzii ), se svou averzí k slunečnímu světlu, byla dokonalým tvorem, který měl prozkoumat.
Nejprve však vědci potřebovali srovnání. Proto si jako fólii vybrali jinou sladkovodní rybu: zebrafish, dobře prozkoumaná svorka v mnoha biologických laboratořích. Stejně jako většina ostatních zvířat kódují genomové zebrafish fotoreaktivní systém umožňující sluneční světlo, což jim umožňuje přežít vystavení vysokým dávkám UV záření v dobře osvětleném prostředí. Ale zebrafishi zachycení UV záchyty uvězněni v úplné tmě jsou citlivější na následky poškození DNA.
Na druhé straně, když vědci provedli stejné experimenty na somálských jeskyních, ryby byly přecitlivělé na UV záření. Ve volné přírodě žije tento druh v naprosté izolaci od slunečního světla a vystavení ryb podmínkám, které napodobují sluneční světlo, jim nepomohlo přežít UV záření.
Tyto slepé somálské jeskyně jsou ve skutečnosti docela snadné na očích ... i když nemají žádné samy. (Luca Scapoli / University of Ferrara) Tím, že se ponořili do genomů ryb, vědci zjistili, že zebrafish vyrábí tři restorativní fotolyázy, které se zapínají v přítomnosti slunečního světla, zatímco somálské jeskyně kódují pouze zlomený systém. Po dalším zkoumání byli vědci schopni určit rozdíly v tom, jak zebrafish a cavefish kontrolovali expresi fotolyázy.
V přítomnosti světla je molekulární „klíč“ v buňkách zebrafish veden ke genetickému „zámku“, který je uvolněn k aktivaci opravných mechanismů DNA. Zdálo se, že jeskynní dost podivné zámky, připravené uvolnit fotolytický výraz - ale zdá se, že klíče byly časem ztraceny. Foulkesův tým v současné době hledá poškozené nebo chybějící klíče v genomu jeskyně.
"Je to, jako by se při činu objevila evoluce, " říká Foulkes. "Můžete vidět proces, kterým se opravný systém ztrácí."
Na Zemi žije více než 200 druhů jeskynních živočichů, ale tento somálský exemplář je prvním údajně ztraceným fotoreaktivačním systémem. Dokonce i mezi jeskynními druhy je P. andruzzii extrémista, který strávil asi 3 miliony let mimo Slunce. Ve věčné temnotě podmořských jeskyní je v nejlepším zájmu tohoto plavce zachovat energii pro dlouhou cestu vpřed - podle Foulkes mohou tyto ryby žít nahoru padesát let - což znamená zbavit se zbytečných genetických zavazadel.
Zatímco savci nesdílejí životní styl jeskynních živočichů, tyto genetické ztráty mohou odhalit temné evoluční trajektorie, které sdílejí odlišné druhy. Zdá se, že stvoření opustili systém, který již nebyl užitečný, než aby vyvinuli užitečnou vlastnost pod tlakem životního prostředí, říká Silvia Fuselli, expertka na jeskynní studia na University of Ferrara v Itálii.
"Možná tyto ryby reprodukují něco, co se stalo u našich předků před miliony let, " říká Foulkes.
Vzhledem k tomu, že některé druhy, které se vyhýbají slunci, pravděpodobně stále úspěšně unikají lidskému objevu v jeskyních Země a hlubinných zákopech, pravděpodobně jsme nenašli poslední bytosti, které zbavily fotoreaktivace. "Ukazuje se u těchto ryb, hub, u korýšů ... bude to něco, co lidé neustále najdou, " říká David Carlini, biolog na Americké univerzitě, který studuje jeskynní sladkovodní korýše.
A pokud víme, P. andruzzii je mezi většinou svých lehkých bratří nesnášenlivých stále docela jedinečný. Dokud nebude možné studovat více druhů, které upřednostňují temnotu, může být somálské jeskyně vodítkem pro vyřešení záhady, jak my savci ztratili schopnost léčit se na slunci.
