Meduzy i muchy używają tego samego hormonu, gdy mają dość jedzenia – Ars Technica

Uczucie głodu wydaje się bardzo proste na pozór, ale za kulisami obejmuje złożone sieci transmisji i sygnałów, z wieloma hormonami wpływającymi na to, czy zdecydujemy się zjeść kolejny posiłek. Umiejętność określenia, kiedy przestać jeść, wydaje się być powszechna wśród zwierząt, co sugeruje, że może mieć głębokie korzenie ewolucyjne.

Nowe badanie sugeruje, że co najmniej jedna część systemu wywodzi się z grubsza od zwierząt. Naukowcy zidentyfikowali hormon, którego meduzy używają do określenia, kiedy są pełne i przestają jeść. Odkryli, że jest w stanie wywołać taką samą reakcję u muszek owocowych, co sugeruje, że system mógł działać u bardzo odległych przodków tych dwóch spokrewnionych zwierząt. Ten przodek żył przed okresem kambru.

Nakarm rybę (lub meduzę)

Ponieważ brakuje im oczywistych ustnych odpowiedników, wydawałoby się, że trudno byłoby stwierdzić, czy meduzy jedzą, nie mówiąc już o głodzeniu. Ale zespół japońskich naukowców wykazał, że rodzaj meduzy Cladonima pacificum Ma szereg stereotypowych zachowań podczas karmienia, w tym chwytanie się macek ofiary, a następnie wciąganie macki do dzwonka, aby ofiara mogła zostać strawiona. A jeśli będziesz nadal karmić krewetki solankowe meduz, proces ten w końcu zwolni, wskazując, że zwierzę wyczuwa, że ​​jest dobrze odżywione. (Tam film dostępne do karmienia meduz.)

Aby dowiedzieć się, jak to kontrolować, naukowcy dokonali sekcji centralnego rdzenia meduzy, który zawiera jej narządy trawienne, oraz dzwonka, który zawiera większość sieci neuronowej zwierzęcia. Następnie przyjrzeli się, które geny były aktywne w tych tkankach, gdy zwierzę było głodne lub nasycone. Aby upewnić się, że nie ma zamieszania, stworzyli również pełną listę genów aktywnych w krewetkach solankowych, którymi karmiono meduzy. Na tej podstawie opracowali listę potencjalnych hormonów, które były aktywne, gdy zwierzę było karmione, ale nie, gdy było głodne.

Ostatecznie zidentyfikowali 43 geny kodujące małe cząsteczki, które mogą działać jak hormony. Są to zwykle białka normalnej wielkości, które mają powtarzającą się sekwencję, dzięki czemu można je łączyć, tworząc grupę krótkich łańcuchów aminokwasów zwanych peptydami. Czasami te peptydy są dalej modyfikowane, zanim będą mogły być stosowane jako hormony.

Naukowcy zsyntetyzowali chemicznie wszystkie 43 geny i sprawdzili, czy mogą one modyfikować zachowania żywieniowe. Znaleźli pięć takich; Cztery z nich aktywowały się po tym, jak zwierzę zostało nakarmione do momentu, w którym przestało jeść.

W badaniu naukowcy postanowili skupić się na jednym z nich, o niefortunnej nazwie (N) GPPGLWamide (nazywali go GLWa, a ja zrobię to samo). Leczenie meduz za pomocą GLWa tłumiło cofanie się macek podczas karmienia w prawie takim samym stopniu, jak karmienie wielu krewetek solankowych. Było to również interesujące, ponieważ gen, który koduje, jest obecny w dużej grupie parzydełkowców, grupy promieniście symetrycznych organizmów, która obejmuje meduzy, koralowce i ukwiały. Wskazuje to, że może odgrywać rolę w regulowaniu apetytu u różnych gatunków.

tu, tam i wszędzie?

Ale krewni GLWa nie ograniczają się do parzydełkowców. Odległe wersje spokrewnione są powszechnie spotykane u zwierząt. Nie gwarantuje to jednak, że peptydy są stosowane w tych samych procesach. Aby więc zobaczyć, co GLWa może zrobić gdzie indziej, naukowcy zwrócili się do odpowiedniego zwierzęcia badawczego, muszki owocowej. Drosophilaktóry ma bliskiego krewnego GLWa o nazwie MIP.

Muchy leczone hormonem również wykazują tłumienie zachowań żywieniowych. A ci, którym brakuje genu kodującego hormon, nadal się odżywiają, nawet jeśli mają już dużo jedzenia. Tak więc odpowiednik muchy wydaje się robić te same rzeczy.

Zdumiewające jest jednak to, że meduza w wersji hormonu działa na muchy. Można zastąpić gen kodujący muszkową wersję hormonu genem meduzy, a muchy wykazywałyby normalną regulację odżywiania. Lub możesz po prostu potraktować muchy hormonem meduzy i powstrzymać ich karmienie.

Muszki owocówki należą do grupy Bilateria, która obejmuje wszystkie zwierzęta o określonej prawej i lewej stronie. Wiemy, że Bilatarianie i Cnidarianie oddzielili się od wspólnego przodka bardzo wcześnie w historii życia zwierząt i że musiało to nastąpić przed powstaniem większości obecnych grup zwierząt, co miało miejsce w okresie kambru – istnieją wyraźne dowody na istnienie prekambryjskich Bilatarian .

Fakt, że hormon ten funkcjonuje u tak odległych od siebie gatunków, sugeruje, że mógł on powstać znacznie wcześniej w historii życia zwierząt. Naukowcy zauważają również, że wydaje się, że krewni tego hormonu występują u zwierząt, które rozgałęziły się jeszcze wcześniej, takich jak gąbki, które w ogóle nie wydają się wykazywać zachowań żywieniowych. Istnieją nawet ślady podobnego genu w komórkach bliżej spokrewnionych ze zwierzętami, zwanych wić represyjną.

Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że system ten regulował zachowania żywieniowe na wczesnym etapie historii życia zwierząt na Ziemi. Jednak jednym argumentem przeciwko temu jest to, że organizmy takie jak gąbki nie wydają się mieć żadnych zachowań żywieniowych, więc nie jest jasne, co taki hormon zrobiłby u tych zwierząt. Drugim zastrzeżeniem jest to, że nie wiemy, jak działa ten hormon. Zwykle wiążą się z typem receptora, ale ten zespół badawczy nie zidentyfikował receptora GLWa, więc nie można stwierdzić, czy ten sam system sygnalizacyjny jest używany zarówno u much, jak i meduz, czy też hormony specyficzne dla tego samego gatunku wywołują tę samą reakcję. poprzez zupełnie inne mechanizmy.

Istnieje wiele potencjalnych podejść do uzyskania lepszego obrazu tego, co dzieje się z pochodzeniem kontroli apetytu. Dlatego zespołowi badawczemu nie zabraknie eksperymentów do wykonania, aby kontynuować tę pracę.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2221493120 (o DOI).