דג המערות הסומאלי, חיוור, מכווץ ועיוור, חי חיים שקטים במים המורעבים ביותר בעולם. עם החיוורון הנורא שלהם ובלי עיניים לדבר עליהם, נראה כי הדגים המשופשקים האלה אינם הרבה במשותף עם יונקים, אך יש הרבה יותר דגי המערה הצנועים ממה שפוגש את העין.
מדענים דיווחו אתמול בכתב העת הנוכחי ביולוגיה כי דגי המערות יכולים לשפוך מעט אור נחוץ על פרק מסתורי של האבולוציה של יונקים: אובדן תיקון ה- DNA המונע על ידי השמש. לרוב האורגניזמים יש מנגנונים לתיקון מולקולות ה- DNA שלהם שהופעלו על ידי אור השמש, אך יונקים איבדו את התכונה איפשהו לאורך הדרך - וכך גם מערת המערות הסומלית.
כמדריך ההוראות לחיים, ה- DNA הוא מצרך יקר. נזק מתמשך לקוד חיוני זה תורם הן להזדקנות והן לרגישות מוגברת לסרטן. לרוע המזל, ניתן להעתיק בשגיאות בתהליך ההעתקה וקריאת ה- DNA, והסביבה סביבנו רצופה סכנות, החל מכימיקלים מזיקים ועד קרניים של אור אולטרה סגול המסוגלים לשנות רצפים גנטיים.
אך בזכות חבילת מכונות סלולריות המסוגלות לתקן DNA נפגע, מרבית התקלות הגנטיות הללו מתוקנות ללא תוצאה. בין יכולות התיקון החשובות הללו היא מערכת ההפעלה מחדש, המשתמשת באנזים המונע על ידי השמש הנקרא פוטוליאז כדי לתקן שגיאות ב- DNA הנגרמות כתוצאה מחשיפה לקרינת UV. מנגנון ההגנה החכם הזה אומר שאותו מפגע הפוגע ב- DNA - אור השמש - מפעיל גם מערכת תיקון של הקוד הגנטי.
יונקים ודגי מערות הם די שונים, אך שניהם הסתגלו לחיים בחושך. ליונקים רבים ליליים, כמו חתול זה, יש שכבה של רקמה בעין המשפרת את ראיית הלילה שלהם וגורמת לעיניהם להראות "נוצצות". (תומאס אוילר / פליקר) בעוד שההפעלה הצילונית נפוצה ברחבי עץ החיים, היא נעדרת לחלוטין אצל יונקים. ובמשך זמן רב חשבנו שאנחנו לבד. אולם מדענים החלו לגלות קומץ מינים פטרייתיים ונמטודים (וכמה אוכלוסיות נבחרות של סרטנים קשורים במערות) שאיבדו גם הם את יכולות התיקון שלהם באמצעות DNA המופעלות באמצעות השמש. התוספת החדשה לקבוצת המגורים החשוכים, דגי המערות הסומליות, עשויה להיות החולייתנים הראשונים שאינם יונקים שעברו צעד דומה בהיסטוריה האבולוציונית.
"[הפעלה מחדש לצילום] היא מערכת כל כך שמורה, מחיידקים עד לצמחים ובעלי חיים רבים", אומר ניקולאס פולקס, ביולוג במכון הטכנולוגי בקרלסרוה בגרמניה. "כשאתה רואה אובדן הפונקציה, זה עמוק."
אז איך ייתכן שמערת מערה דומה ליונק? התשובה, מסתבר, שומרת אותנו ממש בחושך. אבות אבות היונקים שלנו נהנו מאורח חיים לילי מאוד, אומר הביולוג האבולוציוני רועי מאור מאוניברסיטת קולג 'בלונדון. לפני מאות מיליוני שנים עשויים עובדי הלב החם בדם החם שלנו להסתתר בשעות היום כדי להימנע מאכילת דינוזאורים אוהבי שמש.
יכול להיות שהטבע הלילי הזה הפעיל עקרון "השתמש בו או איבד אותו" בהתפתחותנו. מאור טוענת שמאפייני השמש (כמו הפעלה פוטור-פעולת שמש) היו מושלכים. ההפסדים הגנטיים הללו נמשכו אז לתקופה המודרנית, גם לאחר שהיונקים החלו להסתכן בחזרה לאור היום.
קבוצת המחקר של פולקס, כולל סופרת ראשית במחקר החדש Haiyu Zhao, יצאה ללמוד תיקון DNA אצל בעלי חיים ליליים אחרים כדי ללמוד עוד על אובדן מנגנוני ההפעלה. דג המערות הסומאלי ( Phreatichthys andruzzii ), עם סלידתו מאור השמש, היה יצור מושלם לבחינתו .
אולם ראשית, החוקרים היו זקוקים לנקודת השוואה. לשם כך הם בחרו בדגי מים מתוקים אחרים כסכל: דג הזברה, מצרך נחקר היטב במעבדות ביולוגיות רבות. כמו רוב בעלי החיים האחרים, הגנום של דג הזברה מקודד את מערכת ההפעלה המאפשרת אור השמש ומאפשר להם לשרוד חשיפה למינונים גבוהים של קרינת UV בסביבות מוארות היטב. אבל דג זברה עם חוטם UV שנלכד באפלה מוחלטת רגישים יותר להשלכות של נזק ל- DNA.
לעומת זאת, כאשר החוקרים ערכו את אותם ניסויים על דגי המערות הסומליות, הדגים היו רגישים לרגישות לקרני UV. בטבע, המין חי בבידוד מוחלט מאור השמש, וחשיפת הדגים לתנאים שהחיקו אור שמש לא עזרה להם לשרוד את קרינת ה- UV.
דגי המערות הסומלים העיוורים האלה די קלים לעיניים ... אפילו אם אין להם את עצמם. (לוקה סקאפולי / אוניברסיטת פרארה) על ידי התעמקות בגנום של הדגים, החוקרים גילו כי דג הזברה מייצר שלושה פוטוליאזים משקמים המתעוררים בנוכחות אור שמש, ואילו דג המערות הסומלי מקודד רק מערכת שבורה. לאחר בדיקה נוספת החוקרים הצליחו לקבוע הבדלים באופן שבו שליטת דג הזברה ושל מערות הביטוי פוטוליאז.
בנוכחות אור, "מפתח" מולקולרי בתאי דג הזברה מונחה ל"מנעול "גנטי, שמשוחרר להפעלת מנגנוני תיקון DNA. למערה, למרבה הפלא, נראה שיש מנעולים שלמים, מוכנים לשחרר ביטוי פוטוליאז - אך נראה כי המפתחות אבדו בזמן. צוות Foulkes מחפש בימים אלה מפתחות פגומים או חסרים בגנום דג המערות.
"זה כמו שהאבולוציה נתפסת במעשה", אומר פולקס. "אתה יכול לראות את התהליך שבו מערכת התיקונים הולכת לאיבוד."
יותר מ -200 מינים של דגי מערות מאכלסים את כדור הארץ, אך הדגימה הסומלית הזו היא הראשונה שדווחה שאיבדה את מערכת ההפעלה לצילום. עם זאת, גם בקרב דגי המערות, פ. אנדרוצי הוא קיצוני, לאחר שבילה את 3 מיליון השנים האחרונות בערך מהשמש. בחושך הנצחי של מערות תת-מימיות, טובתו של השחיין הזה היא לחסוך באנרגיה לדרך הארוכה קדימה - לדברי פולקס, הדגים האלה יכולים לחיות למעלה מחמישים שנה - מה שאומר להיפטר מכל מטען גנטי מיותר.
אמנם יונקים אינם חולקים את אורח חייהם של דגי המערות, אך הפסדים גנטיים אלה עשויים לחשוף את מסלולי ההתפתחות העכורים המשותפים למינים שונים. במקום לפתח תכונה שימושית בלחץ סביבתי, נראה שהיצורים נטשו מערכת שכבר לא הייתה מועילה, אומרת סילביה פוסלי, מומחית לדגי מערות מאוניברסיטת פרארה באיטליה.
"אולי הדגים האלה משחזרים משהו שקרה אצל אבותינו לפני מיליוני שנים", אומר פולקס.
בהתחשב בעובדה שכמה מינים המתנערים מהשמש ככל הנראה עדיין מחמקים בהצלחה את התגלית האנושית במערות המערות ובתעלות הים העמוקות, כנראה שלא מצאנו את אחרון היצורים שהשיל את פעולתם. "זה מופיע בדגים האלה, בפטריות, ב [סרטנים] ... זה יהיה משהו שאנשים מוצאים בעקביות, " אומר דייוויד קרליני, ביולוג באוניברסיטה האמריקאית שחוקר סרטני מים מתוקים שיש בהם מערות.
וככל שידוע, פ. אנדרוצ'י עדיין די ייחודי בקרב מרבית אחיו המתועבים . עד שניתן יהיה ללמוד יותר מינים שמעדיפים את החושך, דג המערות הסומלי עשוי להיות האור המנחה לפתור את התעלומה של האופן שבו אנחנו היונקים איבדנו את יכולתנו לרפא בשמש.
