Mengapa ikan gua buta memiliki otak yang menyusut?

Ikan gua Meksiko (nama kode: Astyanax mexicanus) tidak hanya buta dan tanpa mata, tetapi juga memiliki otak yang menyusut. Persisnya bagaimana hal itu bisa terjadi adalah sedikit misteri evolusi. Di sebuah artikel terbaru di jurnal Kemajuan Sains, peneliti menyarankan bahwa ikan menjatuhkan mata dan mengembangkan otak yang disederhanakan untuk menghemat energi. Tetapi apakah itu benar-benar penjelasan terbaik?

Dengan kata lain, apakah mata dan otak benar-benar membutuhkan energi yang tidak proporsional sehingga hanya beberapa juta tahun bersantai di gua sudah cukup untuk menjangkau germline dan memprogram ulang mereka? Tidakkah garis penalaran yang tidak terlalu berbelit-belit akan berasumsi, seperti yang dilakukan Darwin, bahwa mereka entah bagaimana hilang karena tidak digunakan dan tidak lebih? Sayangnya, yang terakhir mengisyaratkan Lamarckisme, sesuatu yang diprogram untuk dibenci oleh penganut perpaduan ketat evolusi melalui mutasi dan seleksi alam. Namun jika kita melangkah ke sisi gelap sejenak, kita mungkin mengira bahwa agar kemewahan seperti mata dan otak tetap ada, jejak fisik mereka dalam kuman yang diwariskan harus terus disegarkan. Tanpa masukan itu - yaitu rangsangan konstan dari lingkungan - aksesori yang tampaknya stabil ini ternyata sama volatilnya dengan RAM.

Mereka yang tahu memiliki kata mewah untuk etiolasi kapur dan de-evolusi yang terjadi dengan terlalu banyak kehidupan di gua. Saudara leluhur kita sendiri, yang baru ditemukan homo naledi, tidak diragukan lagi cukup akrab dengan penyakitnya. Di sini saya berbicara tentang troglomorfisme, adaptasi morfologis penuh terhadap kegelapan gua. Kreasionis, mungkin harus kami sebutkan, menyukai ikan gua. Mereka biasanya tidak tahu persis mengapa mereka menyukainya, hanya saja sistem visualnya yang ditinggalkan terkadang menimbulkan sedikit masalah bagi orang-orang yang lebih berpikiran ilmiah.



Sekarang jika 'energi' mentah murni yang dirasakan pada tingkat organisme, sebagai lawan dari rangsangan yang lebih halus dan bernuansa benar-benar pendorong troglomorfik yang sebenarnya, seseorang dapat mengambil pendekatan untuk memecahnya menjadi tiga tempat ia dapat bertindak. Yang pertama, harus ada energi yang cukup untuk membangun mata dan otak di dalam embrio. Dalam energi kedua, cukup untuk mempertahankannya pada saat dewasa, dan energi ketiga bagi mereka untuk benar-benar menyala dan digunakan.

Sementara dua yang terakhir bisa dibilang memiliki beberapa tumpang tindih, jelas ada kemungkinan sedikit di gua yang gelap untuk menarik perhatian. Permintaan pertama, menumbuhkannya, bukanlah masalah besar di sini karena seperti yang dilaporkan penulis sendiri, ikan mengembangkan mata sebagai embrio. Baru kemudian mereka dibongkar dalam goresan palimpsestik biasa yang digunakan evolusi di seluruh perkembangan untuk menggunakan kembali organ-organ usang ke tujuan baru.

Bukan karena 'energi' adalah penjelasan yang buruk, tetapi itu hanya penjelasan yang tidak tepat. Persamaan energi, yaitu hubungan kekekalan, mungkin adalah alat paling berguna yang tersedia dalam fisika. Tapi dalam biologi, orang jarang seberuntung itu. Penulis mencoba mengukur penggunaan energi relatif dengan mencatat konsumsi oksigen. Secara khusus, mereka mengukur penggunaannya pada ikan buta dan terlihat, serta pada potongan mata dan tektum optik mereka, baik dalam terang maupun gelap. Tektum adalah bagian otak yang dibayangkan cukup terkenal belum lama ini di Zebrafish untuk menciptakan yang pertama. seluruh peta aktivitas otak. Ini adalah tujuan akhir dari sistem visual ikan. Seperti yang terlihat di bawah, penulis menemukan bahwa itu juga yang paling dimorfik (ukurannya bervariasi) antara bentuk gua ikan, dan kohort permukaannya yang terlihat.

F1. Besar

Para peneliti menggunakan data mereka untuk membangun model yang memperkirakan bahwa biaya energi seluruh otak untuk ikan 1-g permukaan adalah 15% dari metabolisme istirahatnya. Untuk memberikan gambaran tentang tingkat konsumsi yang terlibat, mata menggunakan sekitar 0,507mg O2 jam − 1 g massa basah − 1 dalam cahaya. Dalam kegelapan, mereka sebenarnya ditemukan menggunakan sedikit lebih banyak oksigen, meskipun orang mungkin lolos dengan menghubungkannya dengan sifat kebalikan fotoreseptor yang anomali. tanggapan di retina. Akan menyenangkan untuk mendapatkan perasaan yang lebih intuitif untuk tingkat konsumsi tersebut, namun, ii adalah sifat bisnis yang pada umumnya membutuhkan beberapa pijatan untuk dibandingkan. Misalnya, burung kolibri di hover, yang ototnya diduga dapat terbakar sepuluh kali lebih cepat daripada otot atlet elit manusia, tercatat pada 68-85 ml O2 / g / jam.

Tidak semuanya hilang dengan mengabaikan argumen energi sederhana. Genetika, dan terutama epigenetik, telah menawarkan beberapa tempat untuk mulai mencari perubahan yang cepat dan didorong oleh lingkungan. Penelitian sebelumnya telah menyoroti beberapa gen yang terlibat langsung dalam mengendalikan hal-hal seperti ukuran mata dan otak. De-evolusi, atau lebih tepatnya dekonstruksi mata pada embrio, juga telah ditemukan mengikuti program yang dapat diprediksi atau kematian sel atau apoptosis.

Eksperimen transplantasi yang membosankan telah mengungkapkan bahwa lensa sendirilah yang merupakan pengatur utama dari seluruh mata. Jika lensa berkembang dari embrio buta ditransplantasikan ke ikan dengan penglihatan yang berkembang, hal itu dapat membahayakan mata. Di sisi lain, mencangkokkan lensa ikan yang terlihat ke mata ikan yang buta dapat menyelamatkan banyak aspek perkembangan mata, dan bahkan mungkin otak.

Struktur lain yang berubah dengan cepat yang merespons lingkungan dan memprogram ulang bagian-bagian sel, secara langsung diwariskan atau sebaliknya, termasuk protein responsif stres di mana-mana seperti HSP-90. Protein yang dipelajari dengan baik ini dengan mudah mengubah struktur lipatannya saat segala sesuatunya berubah di sekitar setiap sel dalam organisme, proses yang jauh lebih cepat jika dibandingkan, daripada penyesuaian urutan pengkodean yang sebenarnya. Jika tekanan lingkungan yang kehabisan energi benar-benar membutuhkan lebih sedikit kekuatan otak, kami mungkin menawarkan bahwa cara yang lebih baik untuk mencapai tujuan itu adalah dengan menurunkan kecepatan prosesor. Dengan kata lain, saluran ion tambahan yang tak terhitung jumlahnya - protein yang sepenuhnya terlihat oleh utusan evolusi yang tersembunyi - mengatur seberapa cepat neuron dapat bekerja. Neuron dengan firing rate yang tinggi, dan puncaknya jauh lebih tinggi, membakar energi dalam jumlah yang sangat banyak.

Bagaimana energi neuron 'penembakan' ini dibandingkan dengan energi yang digunakan untuk pertumbuhan dan pemeliharaan adalah poin menarik yang telah kami temui sebelumnya dalam konteks ekstensi yang sedang berlangsung dan retraksi neurit di neuron ambulasi. Pada tingkat yang lebih teoritis, orang lain bahkan memperkirakan energi yang dibutuhkan untuk membiakkan bakteri mereplikasi diri mereka sendiri, atau untuk sel eukariotik untuk berdiferensiasi dan bermigrasi ke dalam menutup luka. Bagi mereka yang hanya perlu tahu, mereka mengatakan bahwa satu bakteri mungkin perlu menggandakan laju metabolisme basal yang sedang berlangsung untuk menjadi dua, atau sesuatu seperti itu.

Perbaikan cepat terakhir yang mungkin dicoba oleh troglodytes yang dibatasi energi adalah dengan mengurangi jumlah DNA yang mereka bawa. DNA yang lebih sedikit diterjemahkan menjadi pembelahan sel dan siklus perkembangan yang sedikit lebih cepat, tetapi juga disertai dengan bonus energik. Yaitu, Anda tidak perlu membakar ATP sebanyak mungkin untuk mereplikasi semua ekstra itu salinan gen dan seperti. Anda juga mengurangi ekspresi protein yang tidak Anda perlukan secara tidak sengaja. Membuang semua DNA cadangan Anda mungkin merupakan pil yang sulit untuk ditelan, tetapi mungkin hal yang baik untuk melihat untuk mendapatkan ide yang lebih baik tentang bagaimana ikan gua berguling.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com