תאי גזע עצביים מניעים צמיחת עיניים לכל החיים בתולעי זיפים ימיים

מחקר חדש, בראשות אוניברסיטת וינה ומכון אלפרד וגנר בברמרהאבן, מראה כיצד עיניהן של תולעי זיפים ימיות בוגרות ממשיכות לצמוח לאורך כל החיים – מונעות על ידי טבעת של תאי גזע עצביים המזכירים עיניים של חוליות. יתרה מכך, תאי גזע אלו מגיבים לאור סביבתי. המחקר, שפורסם ב תקשורת טבעמציעה תובנה חדשה לגבי העקרונות הבסיסיים של התפתחות העין ותפקידו של האור בעיצוב מערכת העצבים הבוגרת – אפילו באורגניזמים הנחשבים לרוב פשוטים למדי.

כאשר מדמיינים יצורים עם עיניים מורכבות, רוב האנשים חושבים על יונקים, ציפורים, או אולי תמנונים. ובכל זאת תולעי annelid מהים – כמו תולעת הזיפים Platynereis dumerilii – יש גם עיניים הבנויות בדומה לאלו של חולייתנים וצפליפודים, הידועות כעיניים מסוג "מצלמה", וחלקן מסוגלות לראייה ברזולוציה גבוהה באופן מפתיע. אבל איך העיניים חסרות החוליות האלה ממשיכות לצמוח לאורך החיים הבוגרים? צוות מחקר בינלאומי מאוניברסיטת וינה, מכון אלפרד וגנר בברמרהאבן ואוניברסיטת אולדנבורג בחן כעת את השאלה הזו מקרוב – והשיג תובנות חדשות ומסקרנות.

עיניים שונות, צמיחה דומה

עיניים מסוג מצלמה אצל חסרי חוליות וחולייתנים הן דוגמאות ספרי לימוד לאבולוציה מקבילה, שחושבים שהתעוררה באופן עצמאי כפתרונות דומים לאותו אתגר ביולוגי. כדי לחקור כיצד עיניים כאלה ממשיכות להתפתח, הצוות בחן עיניים בוגרות של Platynereis – מערכת מודל ששימשה זמן רב לחקר עקרונות בסיסיים של תפקוד קולטנים והתפתחות המוח.

באמצעות ריצוף RNA חד-תא, המחברת הראשונה Nadja Milivojev מהמחלקה למדעי המוח וביולוגיה התפתחותית, אוניברסיטת וינה, זיהתה סמנים מולקולריים האופייניים לתאי גזע ומופה היכן תאים אלו נמצאים ופעילים ברשתית התולעת. הניתוחים שלה גילו אזור מובחן בשולי הרשתית, עמוס בצפיפות בתאי גזע עצביים שמתחלקים באופן פעיל כאשר העין הבוגרת גדלה. "זה היה מדהים למצוא תאים מתחלקים בקצה הרשתית של התולעת – אותו מקום שבו קבוצות מסוימות של חולייתנים שומרות על תאי גזע הרשתית שלהם לצמיחת עיניים לכל החיים", אומר מיליבויב.

ואכן, מה שנקרא "אזור שוליים ריסי" נחשב לתמוך בצמיחת עיניים מתמשכת – דפוס המשתקף כעת ברשתית תולעי הזיפים. "בדוגמאות של בעלי חוליות לצמיחה לכל החיים כמו דגים ודו-חיים – תאי גזע כאלה מספקים לעין נוירונים טריים של הרשתית בזמן שהחיה מתפתחת", מסביר הסופר הבכיר פלוריאן רייבל, אוניברסיטת וינה, שלמעבדה יש ​​רקורד רב שנים במחקר על ביולוגיה של תאי גזע. "למרבה הפלא, עבודתה של נאדג'ה הראתה שעיני תולעי זיפים יכולות גם להוסיף תאים קולטנים חדשים ולהרחיב את גודלם – תכונה שלא נחקרה היטב מחוץ לשושלת החולייתנים", מוסיף רייבל.

קל כמו רגולטור

אפילו יותר מרתק, צוות המחקר גילה שצמיחת עיניים בתולעים בוגרות מווסתת גם על ידי אור בסביבתן. באמצעות ניתוחים גנטיים ומולקולריים מפורטים, הם הראו שהאפקט הזה מתווך על ידי c-opsin, מולקולה רגישה לאור, הקיימת גם בתאי המוט והקונוס של רשתית החוליות. בעוד שמחקרים קודמים הראו כי עיני תולעת מסתמכות על משפחה אחרת של מולקולות אופסין, הממצאים החדשים על נוכחות של c-opsin מסוג חולייתנים הגיעו כהפתעה גדולה. Milivojev ועמיתיו גילו שמולקולה רגישה לאור זו קיימת במבשרים מוקדמים של תאי הפוטו-קולטן של התולעת, מה שמרמז שהיא פועלת כמתג מולקולרי המקשר בין אור סביבתי לפעילות תאי גזע. התגלית מדגישה שמערכות חזותיות לא רק חשות אור, אלא שניתן לווסת את התפתחותן גם על ידי אור.

הדים אבולוציוניים

הממצאים סוגרים פער ארוך שנים בהבנה כיצד עיניים חסרי חוליות ובעלי חוליות גדלות ומתקיימות. הגילוי ש Platynereis העיניים נשענות על טבעת של תאי גזע עצביים מקרבת את הביולוגים להבנת העקרונות האוניברסליים מאחורי התפתחות איברי החישה. זה גם מעלה שאלות חדשות. האם תאי גזע עצביים אחרים בגוף יכולים להגיב גם לאור סביבתי? וכיצד עשויה תאורה מלאכותית לשבש מערכות רגולטוריות טבעיות כאלה? החוקרים מקווים שעבודה עתידית על מנגנון תאי הגזע של התולעת תעזור לענות על שאלות אלו – לשפוך אור, פשוטו כמשמעו, על האופן שבו מערכת העצבים מסתגלת ומתחדשת. "ברור, מחקר בסיסי לחשיפת הבלתי צפוי חיוני כדי להבין את המורכבות הביולוגית של החיים ואת ההשלכות האפשריות של השפעות אנתרופגניות", מסכמת הסופרת הבכירה קריסטין טסמר-רייבל, אוניברסיטת וינה, מכון אלפרד וגנר, אוניברסיטת אולדנבורג.

תַקצִיר:

• הצוות, בראשות אוניברסיטת וינה ומכון אלפרד-וגנר לחקר ימי, בדק תולעים בוגרות של זיפים ימיים, שרלוונטיות מאוד לפיתוח עקרונות בסיסיים של התפתחות העין והמוח וההשפעות הלא-חזותיות של האור.
• במחקר, המדענים מראים כיצד העיניים של Platynereis dumerilii ממשיכים לגדול לאורך כל חייהם – מונעים על ידי טבעת של תאי גזע עצביים המזכירה טבעת דומה בעיני אותם חולייתנים שמפגינים צמיחה לכל החיים.
• התוצאות ממלאות פער רב שנים בהבנה של האופן שבו עיניים מסוג מצלמה של חסרי חוליות ובעלי חוליות גדלות ומתוחזקות, ומציעות שלמרות סטייה אבולוציונית, חלות אסטרטגיות תאיות נפוצות לגדילה ולפלסטיות.
• הגילוי ש Platynereis העיניים נשענות על טבעת של תאי גזע עצביים מקרבת את הביולוגים להבנת העקרונות האוניברסליים מאחורי התפתחות איברי החישה.