fent: egy 75 mm hosszú Melanocetus johnsonii nőstény, egy 23,5 mm hosszú hímmel, amely a hasához kapcsolódik
EDITH A. WIDDER
KR Xhamyer mélytengeri ördöghala, a Ceratias holboelli, nem szaporodik, nem párosodik, vagy nem tesz semmit, amit egy hal általában megtenne a párzáshoz. Ehelyett a hím—csak néhány hüvelyk hosszú-a viszonylag gigantikus nő testére kapcsol, és soha nem engedi el. Lassan, teste átalakul az övévé, sejtjei az övévé válnak, beleértve a heréit is, amelyeket utódok készítésére használnak. Ahogy eltűnik, két egyén eggyé válik—új szintre emelve a monogámia fogalmát.
a közel 170 ismert fajból álló mélytengeri ördöghal alrendje vitathatatlanul az állatvilág legdrámaibb párzási szokásait mutatja. Egyes fajokban a hímek csak ideiglenesen kötődnek a nőstényekhez, majd elválnak. Másokban, mint például C. holboelli, a hímek állandóan” összeolvadnak ” a nőstényekkel, vagy a nőstények több hímet szívnak fel—egyes esetekben egyszerre akár nyolcat is.
a mélytengeri randevú körüli sok rejtély közül-amelyeket csak 2018—ban vettek fel először kamerával—immunológiai. Gyakorlatilag az összes többi felnőtt gerincesben a szövetek bejuttatása az egyénből a másikba erőteljes immunválaszt váltana ki, amely megtámadja az idegen sejteket. Miért nem utasítja el a nőstény ördöghal immunológiai szempontból ezeket a parazita hímeket?
a tudományban MA (július 30-án) közzétett 13 ördöghalfaj új genomikai elemzése ad néhány nyomot. Azok a fajok genomjai, amelyek ideiglenesen vagy véglegesen összeolvadnak társaikkal, radikálisan megváltoztatták az adaptív immunitást alátámasztó kulcsfontosságú géneket—az immunrendszer egyik ágát, amely felelős az idegen szövetek elutasításáért—, így ezek közül néhány az első ismert gerinces példányok, amelyeknek gyakorlatilag nincs adaptív immunrendszerük. Az evolúció során az antitest-termelésben részt vevő gének változásai és a citotoxikus T-sejtek válaszai előkészíthették az utat az állatok furcsa szaporodási szokásai előtt, míg a tudósok számára kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogy a halak hogyan védekeznek a mélytengeri kórokozókkal szemben.
“Ez elég sokkoló” – jegyzi meg Elizabeth Murchison, a Cambridge-i Egyetem genetikusa, aki nem vett részt a tanulmányban. “Azt hiszem, nem szabad túl sok prekoncepcióval rendelkeznünk arról, hogy mi lehetséges és mi nem lehetséges a természetben. Az evolúció mindenféle szokatlan eredményt hoz, és ez az egyik.”Thomas Boehm immunológus és kollégái a németországi Max Planck immunológiai és epigenetikai Intézetben régóta kíváncsiak voltak arra, hogy egyes ördöghalfajok hogyan képesek testi fúziókat kialakítani az egyének között, és elkezdték elemezni az állatok genomját. A mélytengeri biológiai mintákat nehéz beszerezni, de Theodore Pietsch Ichtiológus, a Washingtoni Egyetem mélytengeri horgászainak szakértője segítségével a csapat több mintagyűjteményből szövetmintákat tudott beszerezni.
Boehm és kollégái 31 példány DNS-ét szekvenálták, amelyek 13 mélytengeri ördöghalfajt képviselnek. Ez négy olyan fajt tartalmazott, amelyek ideiglenes kötődéssel párosodnak, és hat olyan fajt, amelyek állandó fúziókat alkotnak—három közülük egy-egy módon, és három, amelynek több hímje egyetlen nősténnyel egyesül. A csapat három kontrollfajt is tartalmazott más ördöghalcsoportokból, amelyekben a hímek soha nem kötődnek a nőstényekhez.
a csapat megvizsgált egy maroknyi jól jellemzett gént, amelyekről ismert, hogy kulcsszereplők az adaptív immunválaszban. Először olyan géneket vizsgáltak, amelyek kódolják a halak fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) I. és II.osztályú fehérjéit, olyan sejtfelszíni molekulákat, amelyek egyedenként különböznek, és lehetővé teszik a T-sejtek számára, hogy megkülönböztessék a test saját sejtjeit az idegenektől. Ez az MHC I. osztályú receptorok, amelyek a citotoxikus T-sejteket idegen sejtek megtámadására késztetik szövetátültetési körülmények között.
érdekes módon a hat állandóan kötődő faj mindegyike szokatlan, jelentős változásokat mutatott MHC génjeiben, amelyek még súlyosabbak voltak abban a három fajban, amelyekben több hím összeolvad minden nősténnyel. A kutatók változásokat találtak a citotoxikus T-sejtek receptorait kódoló génekben is, amelyek kölcsönhatásba lépnek az MHC I. osztályú fehérjékkel. Mind a hat állandó attacherben, például, két ilyen receptort kódoló gén teljesen hiányzott, ami arra utal, hogy a T-sejtek citotoxikus reaktivitásának lebontása szükséges lehet ahhoz, hogy a különböző ördöghalak egyedei párosodhassanak.
mivel az idegen szövetek ellen irányuló antitestekről is ismert, hogy szövődményeket okoznak a betegeknél a szövetátültetés során, a csapat bizonyos géneket is megvizsgált, amelyek alátámasztják az antitestképződést. Bár ezek közül a gének közül sok sértetlennek tűnt a legtöbb ördöghalfajban, azt találták, hogy az aicda, amely fontos szerepet játszik a specifikus antitestek létrehozásában, hatékonyan hiányzott mind a 10 fajból, amelyek ideiglenes vagy állandó kötődést képeznek, míg a három kontrollfajban sértetlen volt. Bizonyos rag gének, amelyek szintén részt vesznek az antitestképződésben, káros mutációkat halmozott fel azokban a fajokban, amelyek hímcsoportként párosodnak, míg ezek a gének viszonylag épek voltak azokban a fajokban, amelyek egy-egy módon párosulnak, mint pl C. holboelli.
összességében minél szélsőségesebb a társak közötti kötődés, annál szélsőségesebbnek tűnnek az adaptív immunitási gének változásai-jegyzi meg a csapat. Míg úgy tűnt, hogy az ideiglenes kötődés csak csökkent antitestválaszokat igényel, úgy tűnt, hogy az állandó egy-egy fúzió a citotoxikus T-sejt funkció korlátozásával is összefügg. Több Társ esetében ezt még több változás jellemezte, mint például az antitestválaszok tompulása és a rag gének elvesztése.
a University College London immunológusának és virológusának, Ariberto Fassati-nak, aki nem vett részt a vizsgálatban, az eredmények megdöbbentőek. Sok tudós feltételezi, hogy az immunrendszer, ha egyszer létrejön, csak egy irányban fejlődik, “adaptívabbá és specifikusabbá válva” – mondja Fassati. “De ez úgy tűnik, hogy valóban elveszítheti az adaptív immunrendszer karjait . . . ha az evolúciós nyomás indokolt.”Tudomása szerint a mélytengeri ördöghalfajok az első olyan esetek, amikor a gerincesek elvesztették adaptív immunitásuk ilyen hatalmas ágát.
sok más gerincesben az adaptív immunrendszer egyes részeinek eltávolítása katasztrofális következményekkel jár. A rag gén mutációival született csecsemők például súlyosan betegek vagy gyorsan meghalnak, ha nem kapnak kezelést csontvelő-transzplantációval, Boehm megjegyzi.
az egyik oka annak, hogy az adaptív immunrendszert annyira fontosnak tartják, mert sok kórokozó és parazita megtanulta túljárni a kevésbé specifikus, frontvonalbeli veleszületett immunvédelmet, mondja Fassati. Például számos vírus, köztük a folyamatban lévő COVID-19 járvány bűnösje, a SARS-CoV-2, megakadályozhatja a szervezet gyulladást okozó interferonok termelését, amelyek a veleszületett immunvédelem részét képezik-tette hozzá. Az a tény, hogy egyes ördöghalak látszólag jól kijönnek egy teljesen ép adaptív immunrendszer nélkül, “meglehetősen figyelemre méltó.”
Ez a felfedezés felveti azt a kérdést, hogy hogyan tudják megvédeni magukat a mélytengeri kórokozóktól. Boehm azt feltételezi, hogy vagy a halaknak teljesen más immunrendszert kellett kifejleszteniük, vagy talán megtalálták a módját, hogy felgyorsítsák veleszületett immunrendszerüket, hogy kompenzálják az adaptív immunválasz hiányát. Talán ezt elérhetik az interferonok folyamatos kifejeződésével, spekulál, testüket állandó riasztásra helyezve, és megnehezítve a vírusok és más kórokozók számára a fertőzések kialakulását. Ennek bizonyításához friss szövetre lenne szüksége, ahol megvizsgálhatná a génexpressziót.
“kétségbeesetten várom, hogy olyan állatokat szerezzek, ahol kinyerhetem az RNS-t, és megkereshetem ezeknek az expressziós szintjeit . . . interferonnal kapcsolatos gének ” – mondja. Annak kiderítése, hogy egyes ördöghalak hogyan tudnak megbirkózni az adaptív immunitás elvesztése után, hasznos lehet az immunhiányos betegek kezelésének megtalálásában-teszi hozzá.
számára az eredmények csirke-vagy tojás dilemmát is felvetnek: melyik jött először, az adaptív immunitást alátámasztó genetikai architektúra módosításai vagy a fúziós párzási stratégia? Az egyik vizsgált faj nyomot adhat. Úgy gondolják, hogy a Gigantactis vanhoeffeni ideiglenes kötődéssel párosodik, mégis ugyanazokat a változásokat mutatja az immungénekben, mint a tartósan kötődő Fajok. Boehm szerint úgy gondolja, hogy G. vanhoeffeni evolúciósan “úton lehet az állandó kötődés felé”. “Úgy tűnik, hogy az immungenom bizonyos változásainak meg kell történniük, mielőtt ez az állandó fúzió valóban beindulhat. Úgy tűnik, hogy van valamilyen még ismeretlen evolúciós nyomás, amely miatt ezek a gének kihalnak vagy megszűnnek.”
Gil Rosenthal, a Texas A&M Egyetem Evolúciós biológusa azt mondja, hogy kíváncsi arra, hogy mik lehetnek ezek az evolúciós nyomás. A mélytengeri ördöghal rendkívül szexuálisan dimorf – jegyzi meg egy e-mailben a tudósnak. “A nőstények ezek a lidérces, fényhordozó agyarú szörnyek, a hímek pedig apró kis dolgok, hatalmas herékkel és hatalmas orral.”A nőstények valószínűleg ritkák a mélytengeren, ezért valószínű, hogy a hímek sok időt töltenek keresésükkel-magyarázza. Amikor egy hím végül talál egy nőstényt, érdeke lenne, hogy szorosan ragaszkodjon. Ha előfordul, hogy a nősténynek ellentétes érdekei vannak—például a hímek megevése—, akkor a halakat “szexuális konfliktusra” állíthatja fel.”Ez a helyzet valahogy genomiális háborúhoz vezethet az immunrendszer felett, Rosenthal spekulál. “Nem lennék meglepve, ha az immungenom roncsainak egy része Szexuális konfliktusból származik.”
nem ez lenne az első példa a szexuális viselkedés és az immunrendszer működése közötti kompromisszumra, hozzáteszi, megjegyezve, hogy a gerinces állatokban a tesztoszteron elnyomhatja az immunrendszer működését és javíthatja a férfi szexuális megjelenítéseket. Azonban ,” hogy annyira bezárják vagy átalakítják, az csak vad!”
Rosenthal és Murchison számára az eredmények hangsúlyozzák, hogy a genomikai forradalom lehetővé tette a kutatók számára, hogy a jól ismert modellszervezeteken túlmutatjanak a laboratóriumokban, és felfedezzék a földi élet különböző adaptációit. “Olyan sokat kell tanulni nemcsak az immunitásról, hanem az egész biológiáról, az evolúciósan eltérő vonalak feltárásával” – mondja Murchison. “És soha nem tudhatod, hogy mit fogsz találni, mert a természet olyan széles és változatos, és olyan sok alkalmazkodás van a nagyon speciális fülkékhez.”
J. B. Swann, et al. “A Szexuális parazitizmus immunogenetikája” Science, doi:10.1126/science.aaz9445, 2020.