VÝŠE: 75 mm-dlouhé Melanocetus johnsonii žena s 23.5 mm-dlouhé mužské připojené k břichu
EDITH A. WIDDER
Krøyer hlubokého moře ďasa mořského, Ceratias holboelli, nebude plodit, páření, nebo dělat cokoliv, ryba by normálně dělat, aby se pářili. Namísto, muž-jen pár centimetrů dlouhý-se zapíná na poměrně gigantické ženské tělo a nikdy nepustí. Pomalu, jeho tělo se mění na její, jeho buňky se stávají její, včetně jeho varlat, které se používají k výrobě potomků. Jak mizí, dva jednotlivci se stávají jedním-posouvají koncept monogamie na novou úroveň.
podřád hlubinných ďasů, složený z téměř 170 známých druhů, pravděpodobně vykazuje nejdramatičtější Páření v živočišné říši. U některých druhů se samci pouze dočasně připojí k samicím a poté se rozdělí. V jiných, jako je C.holboelli, muži trvale „fúzují“ se ženami nebo ženy absorbují více mužů—v některých případech až osm najednou.
mezi mnoha záhadami kolem těchto hlubinných setkání-byly poprvé zachyceny kamerou v roce 2018—je imunologická. Prakticky u všech ostatních dospělých obratlovců by zavedení tkáně z jednoho jedince do druhého vyvolalo silnou imunitní odpověď napadající cizí buňky. Proč samice anglerfish, imunologicky řečeno, neodmítne tyto parazitické muže?
nová genomická analýza 13 druhů ryb, zveřejněná dnes (30. července) ve vědě, poskytuje několik vodítek. Genomy druhů, které dočasně nebo trvale pojistku s jejich kamarády prošly radikální změny klíčových genů, které jsou základem adaptivní imunity—větev imunitního systému zodpovědné za odmítnutí cizí tkáně—takže některé z nich první známé případy obratlovců, které účinně nedostatek adaptivní imunitní systém. V průběhu evoluce, změny v genech zapojených v produkci protilátek a cytotoxických T-buněk reakce může mít vydláždil cestu pro zvířata zvláštní reprodukční návyky, zatímco pro vědce to vyvolává otázky o tom, jak ryby bránit proti patogenům v hlubokém moři.
„je to docela šokující,“ poznamenává genetička Elizabeth Murchisonová z University of Cambridge, která se studie neúčastnila. „Předpokládám, že bychom neměli mít příliš mnoho předsudků o tom, co je a není možné v přírodě. Evoluce produkuje nejrůznější šílené výsledky, a to je jeden z nich.“
Imunolog Thomas Boehm a jeho kolegové z Max Planck Institutu Imunologie a Epigenetika v Německu dlouho chtěl vědět, jak některé ďasů mořských druhů může tvořit tělesné fúze mezi jednotlivci, a vyrazil udělat analýzu zvířat genomů. Biologické vzorky z hlubokého moře jsou těžké přijít, ale s pomocí ichtyolog Theodore Pietsch, odborník na hlubinný anglerfishes na University of Washington, byl tým schopen získat vzorky tkání z několika sbírky.
Boehm a jeho kolegové sekvenovali DNA z 31 vzorků, což představuje 13 druhů hlubinných ďasů. To zahrnuty čtyři druhy, které mate dočasné upevnění a šest druhů, které tvoří trvalé fúze—tři z nich v jeden-na-jeden módní, a tři, které mají více muži pojistka s jednou samičkou. Tým také zahrnoval tři kontrolní druhy z jiných skupin rybářů, ve kterých se muži nikdy nepřipojují k ženám.
tým zkoumal hrst dobře charakterizovaných genů, o nichž je známo, že jsou klíčovými hráči v adaptivní imunitní odpovědi. První, dívali se na geny, které kódují ryb hlavní histokompatibilní komplex (MHC) třídy i a II proteiny, buněčné povrchové molekuly, které se liší mezi jednotlivci a aktivovat T buňky rozlišit tělu vlastní buňky od těch zahraničních. Jsou to receptory MHC třídy I, které pohánějí cytotoxické T buňky k napadení cizích buněk v nastavení transplantace tkáně.
Zajímavé je, že šest trvale připojení všechny druhy ukázala, neobvyklé, zásadní změny v jejich MHC geny, které byly ještě těžší na tři druhy, ve kterém více mužů pojistku s každé ženy. Vědci také zjistili změny v genech kódujících receptory cytotoxických T buněk, které interagují s proteiny MHC třídy I. Ve všech šesti stálých attachers, například, dva geny, které kódují tyto receptory byly zcela chybí, což naznačuje, že demontáž cytotoxická reaktivita T buněk může být nezbytné, aby různé ďasovitých jedinců k páření.
Protože protilátky proti cizí tkáni jsou také známo, že způsobují komplikace u pacientů během tkáňové transplantáty, tým se také podíval na některé geny, které jsou základem protilátek generace. Ačkoli mnoho z těchto genů se zdálo být neporušené ve většině z ďasů mořských druhů, zjistili, že aicda, který hraje důležitou roli při vytváření specifických protilátek, byla skutečně přítomen ve všech 10 druhů, které tvoří dočasné nebo trvalé příloh, vzhledem k tomu, že byl neporušený ve třech kontrolních druhů. Některé rag geny, které jsou rovněž zapojeny do vzniku protilátek nahromadil mutací u druhů, které mate jako skupiny mužů, vzhledem k tomu, že tyto geny byly relativně neporušené, v druhy, které dvojici v jeden-na-jeden módní, jako jsou C. holboelli.
celkově platí, že čím extrémnější je vazba mezi kamarády, tím extrémnější jsou změny genů adaptivní imunity, poznamenává tým. Zatímco dočasné přílohu jen zdálo, že vyžadují nižší protilátkovou odpovědí, trvalé jeden-na-jeden fúzí se zdálo být spojena také s okleštění cytotoxických T buněk funkce. V případě více kamarádů, to bylo poznamenáno ještě více změnami,jako je otupení protilátkových odpovědí, a ztráta genů rag.
imunolog a virolog Ariberto Fassati z University College London, který se studie neúčastnil, jsou výsledky ohromující. Mnoho vědců předpokládá, že imunitní systém, jakmile budou stanoveny, by se vyvíjet pouze v jednom směru, „k stále více adaptivní a více konkrétní,“ Fassati říká. „Ale vypadá to, že ve skutečnosti můžete ztratit paže adaptivního imunitního systému . . . pokud jsou evoluční tlaky oprávněné.“Podle jeho znalostí jsou hlubinné druhy rybářů prvními případy obratlovců, kteří ztratili tak obrovskou větev své adaptivní imunity.
u mnoha jiných obratlovců má odstranění částí adaptivního imunitního systému katastrofické důsledky. Například děti narozené s mutacemi v genu rag jsou vážně nemocné nebo umírají rychle, pokud nedostanou léčbu transplantací kostní dřeně, poznamenává Boehm.
Jedním z důvodů, proč se adaptivní imunitní systém, je myšlenka být tak zásadní, protože mnoho patogenů a parazitů se naučili, aby přelstít méně specifické, přední-line vrozené imunitní obrany, Fassati říká. Například, mnoho virů, včetně viníka probíhající COVID-19 pandemie SARS-CoV-2, mohou pramenit produkce v těle zánět-řízení interferony, které jsou součástí vrozené imunitní obrany, dodává. Skutečnost ,že někteří rybáři zjevně vycházejí dobře bez plně intaktního adaptivního imunitního systému, je “ docela pozoruhodná.“
tento objev vyvolává otázku, jak se jim podaří bránit se před patogeny v hlubokém moři. Boehm spekuluje, že buď ryby musí se vyvinuly některé jiné imunitní systém úplně, nebo možná, že jsem našel způsob, jak rozjet svůj vrozený imunitní stroje kompenzovat nedostatek adaptivní imunitní odpověď. Možná by toho mohli dosáhnout neustálým exprimováním interferonů, spekuluje, umisťuje jejich těla do neustálé pohotovosti a ztěžuje virům a jiným patogenům infekci. Aby to dokázal, potřeboval by čerstvou tkáň, kde by mohl zkoumat genovou expresi.
“ zoufale se těším na získání zvířat, kde bych mohl extrahovat RNA a hledat jejich úrovně exprese . . . geny související s interferonem, “ říká. Zjištění, jak se někteří rybáři vyrovnávají po ztrátě adaptivní imunity, by mohlo být užitečné při hledání léčby imunodeficientních pacientů, dodává.
výsledky pro něj také představují dilema kuře nebo vejce: který přišel jako první, modifikace genetické architektury podporující adaptivní imunitu nebo strategii fúzního Páření? Jeden z druhů, které zkoumal, může nabídnout vodítko. Gigantactis vanhoeffeni je, že kamarád přes dočasné upevnění, přesto to ukazuje některé stejné změny imunitní geny jako trvale připojení druhů. Boehm říká, že si myslí, že G. vanhoeffeni by mohl být evolučně“ na cestě k trvalému připoutání“. „Zdá se, že k některým změnám v imunitním genomu musí dojít, než se tato trvalá fúze skutečně zavede. Zdá se, že existuje nějaký dosud neznámý evoluční tlak nějakého druhu, který způsobuje, že tyto geny vyhynou nebo zaniknou.“
gil Rosenthal, evoluční biolog z Texas a& M University, říká, že si klade otázku, jaké by tyto evoluční tlaky mohly být. Hlubinní ďasovití jsou extrémně sexuálně dimorfní, poznamenává v e-mailu vědci. „Ženy jsou tyto noční můry nesoucí světlo a muži jsou malé maličkosti s obrovským varlatem a obrovským nosem.“Samice jsou v hlubokém moři pravděpodobně řídké, takže je pravděpodobné, že muži tráví spoustu času hledáním,“ vysvětluje. Když muž konečně najde ženu, bylo by v jeho zájmu držet se blízko. Pokud se stane, že žena má protichůdné zájmy—například jíst muže-mohlo by to připravit ryby na „sexuální konflikt“.“Tato situace by mohla nějak vést k genomickému přetahování o imunitní systém, spekuluje Rosenthal. „Nebyl bych překvapen, kdyby některé trosky imunitního genomu pocházely ze sexuálního konfliktu.“
nebylo by To první příklad trade-off mezi sexuální chování a funkci imunitního systému, dodává s tím, že v obratlovců, testosteron může oslabit funkce imunitního systému a zvýšení mužské sexuální displeje. Nicméně, “ že tolik z toho je vypnuto nebo přestavěno, je prostě divoké!“
Pro Rosenthal a Murchison, výsledky podtrhují, jak genomika revoluce umožnila výzkumníci se pustit za dobře pochopil modelových organismů v laboratořích a prozkoumat různé adaptace života na Zemi. „Je toho tolik, co je třeba se naučit nejen o imunitě, ale o celé biologii, zkoumáním evolučně odlišných linií,“ říká Murchison. „A nikdy nevíte, co najdete, protože příroda je tak široká a rozmanitá a je tu tolik přizpůsobení se velmi specializovaným výklenkům.“
J. B. Swann, et al. „Imunogenetika sexuálního parazitismu,“ věda, Doi: 10.1126 / věda.aaz9445, 2020.