Οι επιστήμονες δημιούργησαν διαφανές καλαμάρι, που τους επιτρέπει να βλέπουν το εσωτερικό του

Μια ομάδα επιστημόνων δημιούργησε γενετικά στο εργαστήριο ένα διαφανές καλαμάρι αλμπίνο. Η ερευνητική ομάδα από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Βιολογίας (MBL) πέτυχε αυτό το απίστευτο κατόρθωμα χρησιμοποιώντας ένα στέλεχος του καλαμαριού hummingbird bobtail, γνωστό ως Euprymna berryi.

Αυτή η πρωτοποριακή εργασία, που έγινε διαθέσιμη στον κόσμο στις 20 Ιουνίου στο περιοδικό Current Biology, αποτελεί ένα σημαντικό επιστημονικό βήμα.

Σαν κάτι από επιστημονική φαντασία, η ομάδα δημιούργησε ένα σχεδόν διαφανές πλάσμα. Πρόκειται για ένα ζωντανό παράθυρο στο νευρικό σύστημα ενός κεφαλόποδου. Πρόκειται για μια ομάδα απίστευτα έξυπνων και μυστηριωδών θαλάσσιων πλασμάτων που περιλαμβάνει καλαμάρια, χταπόδια και σουπιές.

Επιπλέον, είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπαράγουν ένα γενετικά τροποποιημένο κεφαλόποδο για πολλές γενιές. Το E. berryi παρουσιάζει τώρα τεράστιες δυνατότητες να γίνει ένας οργανισμός-μοντέλο για μελέτες που επικεντρώνονται στη νευροβιολογία των κεφαλόποδων, μεταξύ άλλων τύπων έρευνας.

Ο ανώτερος επιστήμονας του MBL Joshua Rosenthal, ο οποίος συνδιευθύνει τη μελέτη μαζί με την υπότροφο του MBL Hibbitt Caroline Albertin, τόνισε τη σημασία αυτής της εξέλιξης.

“Υπάρχει μια ολόκληρη απίστευτα ενδιαφέρουσα βιολογία γύρω από τα κεφαλόποδα, σε αντίθεση με οποιοδήποτε άλλο ασπόνδυλο”, δήλωσε ο Rosenthal. “Τώρα έχουμε ένα μοντέλο κεφαλόποδου όπου μπορούμε να διερευνήσουμε τη βιολογική λειτουργία σε πολύ υψηλότερη ανάλυση από ό,τι πριν”.

Γιατί οι επιστήμονες επέλεξαν ένα κεφαλόποδο για την έρευνά τους
Τα κεφαλόποδα είναι συναρπαστικά πλάσματα. Έχουν πολύ πιο πολύπλοκα νευρικά συστήματα και συμπεριφορές από τα περισσότερα ασπόνδυλα. Μαθαίνουν γρήγορα και μπορούν να θυμούνται πολύπλοκες εργασίες. Μπορούν να λύνουν γρίφους, να χρησιμοποιούν εργαλεία και ακόμη και να μαθαίνουν απλά και μόνο παρατηρώντας άλλους.

Τα κεφαλόποδα μπορούν να αλλάξουν το χρώμα τους για να εναρμονιστούν με το περιβάλλον σε μια στιγμή. Αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους χρησιμοποιώντας τα χέρια και τα πλοκάμια τους. Σύμφωνα με μια άλλη πρόσφατη μελέτη του MBL, τα πλάσματα αυτά μπορούν να προσαρμοστούν σε κρύα περιβάλλοντα, ρυθμίζοντας σε μεγάλο βαθμό το δικό τους RNA.

Η μελέτη των κεφαλόποδων αποτελεί ιδιαίτερη πρόκληση
Όμως η μελέτη των κεφαλόποδων συνοδεύεται από προκλήσεις. Σε αντίθεση με την εκτεταμένη έρευνα σε φρουτόμυγες και ποντίκια, η έλλειψη ενός βιώσιμου οργανισμού-μοντέλου έχει περιορίσει την κατανόηση της γενετικής των κεφαλόποδων.

Ωστόσο, αυτή η νέα μελέτη εισάγει το E. berryi ως έναν συναρπαστικό υποψήφιο. Είναι εύκολο να αναπαραχθεί στο εργαστήριο και μπορεί να τροποποιηθεί γενετικά. Αυτό το καθιστά ένα είδος που αλλάζει τα δεδομένα στην έρευνα για τα κεφαλόποδα.

Ο Albertin, συν-συγγραφέας της μελέτης, είναι αισιόδοξος για τις δυνατότητες. “Η δυνατότητα άμεσου και ακριβούς ελέγχου της λειτουργίας των γονιδίων σε ένα πρότυπο κεφαλόποδο είναι συναρπαστική, διότι καθιστά δυνατή τη μελέτη των χαρακτηριστικών που κάνουν τα κεφαλόποδα ξεχωριστά – και θα αποτελέσει σημαντικό εργαλείο για την κατανόηση πολλών διαφορετικών πτυχών της μοναδικής βιολογίας τους”, δήλωσε.

Πώς δημιουργήθηκε το διαφανές καλαμάρι
Για να δημιουργήσει αυτό το διαφανές καλαμάρι, η ομάδα απενεργοποίησε δύο ένζυμα μελάγχρωσης στα γονίδια του E. berryi χρησιμοποιώντας την επεξεργασία γονιδιώματος CRISPR-Cas9. Στη συνέχεια, ο Cris Niell από το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον στο Γιουτζίν και ο Ivan Soltesz από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ εξέτασαν την εγκεφαλική δραστηριότητα του τροποποιημένου καλαμαριού.

Αυτό το έκαναν με την έγχυση μιας φθορίζουσας χρωστικής στον οπτικό του λοβό. Η χρωστική αυτή λάμπει κάθε φορά που ανιχνεύει ασβέστιο. Πρόκειται για μια ουσία που απελευθερώνει ο εγκέφαλος όταν ενεργοποιείται.

Στη συνέχεια οι ερευνητές εξέθεσαν το καλαμάρι σε διάφορες εικόνες. Αυτό ενεργοποίησε τον οπτικό του λοβό και έκανε τη χρωστική να ανάψει. Όλη αυτή η διαδικασία καταγράφηκε με τη χρήση μικροσκοπίου. Όταν δοκίμασαν την ίδια τεχνική με ένα κανονικό καλαμάρι, ο χρωματισμός του δέρματός του εμπόδιζε την καθαρή θέα της χρωστικής.

Ο Rosenthal εξήγησε τις συνέπειες αυτής της ανακάλυψης, λέγοντας ότι “μας επιτρέπει να εξετάσουμε τη λειτουργία των γονιδίων και τους εγκεφάλους των κεφαλόποδων με τρόπους που δεν μπορούσαμε πριν”.

Ανοίγει νέους δρόμους για τους ερευνητές που ενδιαφέρονται να μελετήσουν τον τρόπο με τον οποίο τα σήματα αναμεταδίδονται μέσω των εγκεφάλων των κεφαλόποδων. Μπορούν πλέον να εκτρέφουν διαφανή καλαμάρια και να διεξάγουν παρόμοια πειράματα με τη χρωστική που ενεργοποιείται με ασβέστιο.

Η μελέτη αποκάλυψε επίσης μια νέα πτυχή της βιολογίας του E. berryi. Όταν απενεργοποίησαν το πρώτο γονίδιο μελάγχρωσης, γνωστό ως TDO, περίμεναν να παράγουν ένα καλαμάρι αλμπίνο.

Αυτή ήταν μια λογική υπόθεση επειδή το είχαν κάνει με ένα διαφορετικό είδος καλαμαριού. Σε μια μελέτη του 2020, χρησιμοποίησαν το είδος Doryteuthis.

Παραδόξως, οι απόγονοι του E. berryi που προέκυψαν εξακολουθούσαν να παρουσιάζουν χρωματισμό. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν τότε ότι ένα δεύτερο ένζυμο που ονομάζεται IDO παρήγαγε επίσης χρωστική ουσία.

Πρόκειται για μια λειτουργία άγνωστη προηγουμένως στα κεφαλόποδα. Ο λόγος για τον οποίο το E. berryi διαθέτει δύο ένζυμα που επιτελούν φαινομενικά την ίδια εργασία παραμένει προς το παρόν μυστήριο.

Η ομάδα ελπίζει ότι περισσότεροι επιστήμονες θα συμμετάσχουν σε αυτή την ερευνητική προσπάθεια.
Οι επικεφαλής της μελέτης, Rosenthal, Albertin και η ομάδα τους, έχουν μεγάλες ελπίδες ότι και άλλοι επιστήμονες θα εντρυφήσουν βαθύτερα στη διερεύνηση της βιολογίας του E. berryi. Είναι πρόθυμοι να δουν το αλμπίνο καλαμάρι να μοιράζεται με την ευρύτερη ερευνητική κοινότητα. Αυτό θα βοηθήσει να διαλευκανθούν περισσότερα από τα φαινομενικά ατελείωτα μυστήρια της βιολογίας των κεφαλόποδων.

Ο Rosenthal εξέφρασε αυτό το συναίσθημα με σαφήνεια: “Θέλουμε να δούμε αυτά τα ζώα να μοιράζονται με την ερευνητική κοινότητα. Τα κεφαλόποδα περιέχουν θησαυρούς βιολογικών καινοτομιών. Θέλουμε να δούμε τους ανθρώπους να τα χρησιμοποιούν για να θέτουν ερωτήματα που προκαλούν σκέψη και να καταλήγουν σε νέα ευρήματα”.

Συνοψίζοντας, η δημιουργία αυτού του γενετικά τροποποιημένου διαφανούς καλαμαριού, ενός αλμπίνο στελέχους του Euprymna berryi, αποτελεί ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην κατανόηση των κεφαλόποδων. Αυτή η νέα έκδοση του καλαμαριού hummingbird bobtail θα επιτρέψει στους ερευνητές να μελετήσουν αυτά τα ενδιαφέροντα θαλάσσια ζώα με τρόπους που δεν είχαμε ποτέ πριν τη δυνατότητα.

Η ελπίδα της ερευνητικής ομάδας είναι ότι αυτό θα υποκινήσει περαιτέρω μελέτες και θα προκαλέσει ερωτήματα που προκαλούν σκέψη. Αυτό θα βοηθήσει τελικά όλους μας να κατανοήσουμε καλύτερα τον απίστευτο κόσμο των κεφαλόποδων.

Περισσότερα για τα καλαμάρια
Τα καλαμάρια είναι συναρπαστικά πλάσματα και ανήκουν στην τάξη των Κεφαλόποδων, στην οποία ανήκουν επίσης τα χταπόδια, οι σουπιές και οι ναυτίλοι. Είναι γνωστά για την ιδιαίτερη εμφάνισή τους.

Τα καλαμάρια διαθέτουν μαλακό σώμα και επίμηκες σχήμα, κεφάλι που περιβάλλεται από μεμονωμένα χέρια και δύο μακρύτερα πλοκάμια.

Ακολουθούν όσα γνωρίζουμε για τα καλαμάρια:

Ποικιλομορφία και μέγεθος
Υπάρχουν περίπου 300 γνωστά είδη καλαμαριών, τα οποία ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό σε μέγεθος. Το μικρότερο καλαμάρι, το καλαμάρι πυγμαίος, μπορεί να έχει μήκος μικρότερο από μια ίντσα, ενώ το μεγαλύτερο είδος, το κολοσσιαίο καλαμάρι, μπορεί να φτάσει μέχρι και τα 46 πόδια σε μήκος. Το καλαμάρι βαμπίρ είναι ένα άλλο γνωστό είδος.

Ανατομία
Τα καλαμάρια έχουν ένα μαλακό, εύκαμπτο σώμα που καλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα δέρματος. Κάτω από το δέρμα, ορισμένα είδη έχουν μια σκληρή, φτερωτή δομή που ονομάζεται πένα. Έχουν ένα αιχμηρό ράμφος από κερατίνη, το ίδιο υλικό με τα ανθρώπινα νύχια, το οποίο χρησιμοποιούν για να πιάσουν και να σκοτώσουν τη λεία τους.

Χέρια και πλοκάμια
Τα καλαμάρια έχουν δέκα εξαρτήματα: οκτώ κοντύτερα χέρια και δύο μακρύτερα πλοκάμια. Τα πλοκάμια χρησιμοποιούνται συνήθως για τη σύλληψη του θηράματος, το οποίο στη συνέχεια οδηγείται προς το στόμα με τη βοήθεια των κοντύτερων βραχιόνων.

Μελάνι
Τα περισσότερα καλαμάρια διαθέτουν ένα σάκο μελανιού, ο οποίος μπορεί να εκτοξεύσει ένα σύννεφο σκούρου μελανιού για να μπερδέψει τα αρπακτικά και να διευκολύνει τη γρήγορη διαφυγή.

Κίνηση
Τα καλαμάρια είναι εξαιρετικοί κολυμβητές. Κινούνται με την πρόωση με τζετ – εισπνέουν νερό στην κοιλότητα του μανδύα τους και στη συνέχεια το αποβάλλουν με δύναμη μέσω μιας δομής που μοιάζει με χωνί, προωθώντας τα προς τα πίσω.

Καμουφλάζ
Πολλά καλαμάρια έχουν την ικανότητα να αλλάζουν το χρώμα τους, ακόμη και την υφή τους, χάρη σε ειδικά κύτταρα του δέρματος που ονομάζονται χρωματοφόρα. Αυτή η ικανότητα βοηθάει στο καμουφλάζ, την επικοινωνία και το κυνήγι.

Μάτια
Τα καλαμάρια έχουν εξαιρετικά ανεπτυγμένα μάτια παρόμοια με αυτά των ανθρώπων. Αυτό τους επιτρέπει να βλέπουν καλά τόσο σε φωτεινές όσο και σε αμυδρές συνθήκες.

Νοημοσύνη
Τα καλαμάρια είναι ένα από τα πιο έξυπνα ασπόνδυλα. Ορισμένα είδη παρουσιάζουν πολύπλοκες συμπεριφορές, όπως η επίλυση προβλημάτων και η χρήση εργαλείων. Αυτό τα καθιστά ικανά να προσαρμόζονται καλύτερα στην κλιματική αλλαγή.

Διατροφή
Τα καλαμάρια είναι σαρκοφάγα και τρέφονται κυρίως με ψάρια, καρκινοειδή και άλλα καλαμάρια. Αποτελούν επίσης θήραμα για διάφορα είδη, όπως καρχαρίες, άλλα καλαμάρια, θαλάσσια πτηνά και φάλαινες.

Αναπαραγωγή
Η αναπαραγωγή των καλαμαριών περιλαμβάνει την εναπόθεση από το αρσενικό καλαμάρι ενός πακέτου σπέρματος στο σώμα του θηλυκού. Στη συνέχεια, το θηλυκό γεννά αυγά, τα οποία προσκολλά στον πυθμένα της θάλασσας ή σε άλλα υποστρώματα. Τα περισσότερα καλαμάρια πεθαίνουν μετά την αναπαραγωγή.

Must read

Related Articles