Blijeda, skrštena i slijepa, somalijska pećinska riba živi miran život u vodama s najviše zvijezda na svijetu. Sa svojom groznom blijedošću i bez očiju za pričanje, čini se da ove paštetne ribe nemaju mnogo zajedničkog sa sisarima, ali skromna je pećinska riba daleko više nego što ih gleda.
Znanstvenici su jučer objavili u časopisu Current Biology da bi pećinske ribe mogle baciti malo prijeko potrebnog svjetla na tajanstveno poglavlje evolucije sisavaca: gubitak popravka DNK na solarni pogon. Većina organizama ima mehanizme za popravak vlastitih DNA molekula aktiviranih sunčevom svjetlošću, ali sisavci su negdje usput izgubili osobinu - kao i somalijske pećine.
Kao priručnik za uporabu za život, DNK je dragocjena roba. Trajno oštećenje ovog vitalnog koda pridonosi i starenju i povećanoj osjetljivosti na rak. Nažalost, proces kopiranja i čitanja DNK može biti prepun grešaka, a okoliš oko nas prepun je opasnosti, u rasponu od štetnih kemikalija do zraka ultraljubičastog svjetla koje mogu promijeniti genetske sekvence.
Ali zahvaljujući paketu staničnih strojeva koji su sposobni popraviti kompromitiranu DNK, većina ovih genetskih pogrešaka ispravlja se bez posljedica. Među tim ključnim sposobnostima popravljanja je sustav fotoreaktivacije, koji koristi enzim koji se pokreće na solarni pogon nazvan fotolyaza da bi popravio pogreške u DNK uzrokovane izlaganjem UV zračenju. Ovaj pametni obrambeni mehanizam znači da isti rizik koji oštećuje DNK - sunčevu svjetlost - također pokreće sustav popravljanja genetskog koda.
Sisari i pećinske ribe prilično su različiti, ali oboje su se prilagodili životu u mraku. Mnogi noćni sisavci, poput ove mačke, imaju sloj tkiva u očima koji poboljšava njihov noćni vid i čini da njihove oči izgledaju "sjajno". (Thomas Euler / flickr) Iako je fotoreaktivacija široko rasprostranjena na drvetu života, kod sisavaca je potpuno odsutna. I dugo smo mislili da smo sami. No znanstvenici su počeli otkrivati pregršt vrsta gljiva i nematoda (i neke odabrane populacije rakova povezanih pećinama) koje su također izgubile sposobnost popravljanja DNK na solarni pogon. Najnoviji dodatak skupini s mračnim prebivalištima, somalijskim pećinskim ribama, možda su prve kralježnjake koji nisu sisavci prošli sličan korak evolucijske povijesti.
"[Photoreactivation] je sustav koji je toliko očuvan, od bakterija do biljaka i mnogih životinja", kaže Nicholas Foulkes, biolog sa Karlsruhe instituta za tehnologiju u Njemačkoj. "Kad vidite gubitak funkcije, to je duboko."
Pa kako pećinska riba može nalikovati sisavcu? Ispada da se odgovor drži nas doslovno u tami. Naši preci sisavaca uživali su u noćnom načinu života, kaže evolucijski biolog Roi Maor sa University College iz Londona. Prije stotine milijuna godina, naši toplokrvni životinjski sakupljači životinja mogli su se sakriti tijekom dana da ih ne pojedu dinosauri koji vole sunce.
Ova noćna priroda možda je aktivirala princip „iskoristi ili izgubi“ u našoj evoluciji. Sunčeve osobine (poput fotoreaakcije na solarni pogon) mogle su se odbaciti zbog zlouporabe oko 100 milijuna godina, kaže Maor. Ti su genetski gubici nastavili u moderno doba, čak i nakon što sisavci počnu ponovno odlaziti na dnevnu svjetlost.
Foulkesova istraživačka skupina, uključujući glavnog autora nove studije Haiyu Zhao, namjeravala je proučiti popravljanje DNK kod drugih noćnih životinja kako bi saznala više o gubitku mehanizama fotoreaakcije. Somalijske pećinske ribe ( Phreatichthys andruzzii ), s odbojnošću prema suncu, bile su savršeno biće za ispitivanje.
Prvo, ipak, istraživačima je potrebna usporedba. Za to su odabrali još jednu slatkovodnu ribu kao foliju: zebrafish, dobro proučen stajnjak u mnogim biološkim laboratorijima. Kao i većina drugih životinja, genomi zebrafish kodiraju sustav fotoreaakcije omogućen sunčevom svjetlošću, omogućujući im da prežive izloženost visokim dozama UV zračenja u dobro osvijetljenom okruženju. No zebrafice zatvorene UV zračenjem, zarobljene u potpunom mraku, osjetljivije su na posljedice oštećenja DNA.
S druge strane, kada su istraživači izvodili iste eksperimente na somalskim jamskim ribama, ribe su bile preosjetljive na UV zrake. U divljini vrsta živi u potpunoj izolaciji od sunčeve svjetlosti, a izlaganje riba uvjetima oponašanoj sunčevoj svjetlosti nije im pomoglo u preživljavanju UV zračenja.
Ove slijepe somalske japanske ribe zapravo su prilično jednostavne za oči ... čak i ako nemaju sebe. (Luca Scapoli / Sveučilište u Ferrari) Istraživanjem u genima riba, istraživači su otkrili da zebrefish proizvodi tri restorativne fotolizaze koje se napajaju u prisustvu sunčeve svjetlosti, dok somalijske pećinske ribe kodiraju samo slomljen sustav. Nakon daljnjeg ispitivanja, istraživači su uspjeli utvrditi razlike u načinu na koji zebrefish i pećinske ribe kontroliraju ekspresiju fotolyaze.
U prisutnosti svjetlosti, molekularni "ključ" u stanicama zebrafish vodi se u genetsku "bravu" koja se oslobađa da aktivira mehanizme popravke DNK. Činilo se da pećinska riba ima netaknute brave, spremne otkriti izraz fotolyaze - ali čini se da su ključevi vremenom izgubljeni. Foulkesov tim trenutno pretražuje oštećene ili nestale ključeve u genomu pećinskih ribica.
"Kao da je evolucija uhvaćena u djelu", kaže Foulkes. "Možete vidjeti proces gubitka sustava popravka."
Na Zemlji naseljava više od 200 vrsta pećinskih riba, ali prvi je prijavljen ovaj somalijski primjerak koji je izgubio sustav fotoreakcije. Čak je i među japanskim ribama, P. andruzzii ekstremista, nakon što je protekla tri milijuna ili više godina proveo na suncu. U vječnoj tami podvodnih pećina u najboljem je interesu ovog plivača da štedi energiju za dug put koji je pred nama - prema Foulkesu, ove ribe mogu živjeti i više od pedeset godina - što znači da se riješe nepotrebne genetske prtljage.
Dok sisavci ne dijele način života pećinskih riba, ovi genetski gubici mogu otkriti mutne evolucijske putanje koje dijele različite vrste. Umjesto da su razvili korisnu osobinu pod pritiskom okoliša, čini se da su bića napustila sustav koji više nije koristan, kaže Silvia Fuselli, stručnjak za pećinske ribe sa Sveučilišta u Ferrari u Italiji.
"Možda te ribe reproduciraju nešto što se događalo u našim precima prije milijuna godina", kaže Foulkes.
S obzirom da neke sunčeve vrste vjerojatno još uvijek uspješno izbjegavaju otkriće ljudi u Zemljinim pećinskim pećinama i dubokim morskim rovovima, vjerojatno nismo pronašli ni posljednja stvorenja koja su odbacila fotoreaktivaciju. "Pojavljuje se u tim ribama, gljivama, [rakovima] ... to će biti ljudi koje dosljedno nalaze", kaže David Carlini, biolog s Američkog sveučilišta koji proučava slatkovodne rakove koji žive u jami.
A koliko znamo, P. andruzzii je još uvijek prilično jedinstven među većinom svoje braće koja ne podnose svjetlost. Dok se ne može proučavati više vrsta koje preferiraju mrak, somalijske pećinske ribe mogu biti vodeće svjetlo za rješavanje misterije kako smo sisavci izgubili sposobnost liječenja na suncu.
