When Fish First Breathed Air
Lopen is een stuk ingewikkelder dan een voet voor de ander zetten. Om dat te laten gebeuren, moeten motorneuronen in de hersenen en het ruggenmerg ogenblikkelijk de spieren coördineren die je nodig hebt om vooruit te komen, en vervolgens de ledematen, longen en hersenen in harmonie beheren om je te brengen waar je moet zijn. De oorsprong van deze uitgebreide organisatiestrategie is duister: tot voor kort werd de meest geaccepteerde theorie die je hebt gezien op de biologieposters van de middelbare school getrokken, wat aantoont dat het vermogen om te lopen evolueerde toen gewervelde dieren van zee naar land overgingen.
Maar nieuw onderzoek, vrijgegeven donderdag, herziet die theorie op een contra-intuïtieve manier. In het dagboek Cel, een internationaal team van wetenschappers meldt dat het vermogen van ruggenmergzenuwen om spieren te trainen voor het lopen miljoenen jaren geleden ontstond in de zee.
"We hebben geleerd dat sommige van de dingen die we over het algemeen denken in meer 'geavanceerde' diersoorten, zoals de zenuwcellen die het lopen beheersen, geëvolueerd zijn, eigenlijk veel ouder zijn dan eerder werd gedacht," co-auteur en New York University neurowetenschapper Jeremy Dasen, Ph.D., vertelt omgekeerde.
Dit betekent dat de eerste wezens die het vermogen om te lopen ontwikkelden - de gemeenschappelijke voorouder die vis en mensen met elkaar verbindt - onder water bleven. Sommige van hun afstammelingen werden uiteindelijk ongewervelde dieren aan land, terwijl anderen vandaag op de oceaanbodem blijven en nog steeds wandelen.
Een van deze mensen op de zeebodem, de kleine skate, was de focus van deze nieuwe studie. Schaatsen, die op roggen lijken, zijn kraakbeenachtige vissen die niet veel zijn veranderd in de honderden miljoenen jaren dat ze hebben bestaan. En ze "lopen", maar je kon het waarschijnlijk niet zien door te kijken. Eerder onderzoek toonde aan dat ze hun kleinere bekkenvinnen in afwisselend links-rechts bewegingen zwaaien om langs de oceaanbodem te kruipen - wat nauwelijks te merken zou zijn aan een duiker die over hen zweefde in de westelijke Atlantische Oceaan.
"Een van de meest verrassende bevindingen was hoe vergelijkbaar de beweging van de bekkenvinnen van de schaatsen is naar de manier waarop we onze benen gebruiken tijdens het lopen," zegt Dasen. "We konden dit alleen op prijs stellen door tijdens het wandelen video's van onder de skates te nemen. Dit toonde aan dat veel van de basiselementen van het lopen, zoals de afwisseling tussen linker- en rechterbenen, beenverlengingen en flexie, aanwezig waren in skates."
Dasen en zijn team begonnen met het bestuderen van een groep schaatsen die zich in hun eiergevallen ontwikkelden. In een skate-embryo is de staart het sterkste dat zijn voortbeweging voortstuwt, maar nadat deze is uitgehold, valt de staart uiteindelijk terug - vermoedelijk omdat voortbeweging door bekkenvinnen klaar is om te domineren.
Een vervolgexperiment op de schaatsen gebruikte RNA-sequencing om te bepalen welke genen tot expressie kwamen in de motorneuronen van de schaats en ze vergeleken met genen die zijn gekoppeld aan de voortbeweging van zoogdieren. Dit toonde aan dat schaatsen en zoogdieren eigenlijk veel gemeen hebben, inclusief moleculen die tot uitdrukking komen in de motorneuronen van landvertebraten, moleculaire schakelaars die de spieren besturen, en interneuronen die de motoriek controleren.
"Veel van de genen die we in skates bestudeerden, stonden erom bekend dat ze erg belangrijk zijn voor de functie van motorneuronen die het lopen in zoogdieren controleren", zegt Dasen. "Sommige van deze genen produceren eiwitten waarvan bekend is dat ze functioneren als 'genetische schakelaars', waardoor genen worden in- of uitgeschakeld. Onze studie laat zien dat deze zelfde schakelaars worden gebruikt in zowel skates als zoogdieren om de zenuwcircuits te bedraden die essentieel zijn om te wandelen."
Alles bij elkaar genomen, geven de waarnemingen aan dat de circuits betrokken bij de controle van de ledematen begonnen met een vertebrate voorouder, miljoenen jaren voordat er iets op het land liep. Tegen de tijd dat onze voorouders met hun oerbenen het zand in slingerden, waren de processen die hun beweging voortbrachten lang vastgesteld. Met dit in gedachten zullen Dasen en zijn team de kleine schaatsen blijven bestuderen om te begrijpen hoe hun motorneuronen precies verbinden, in de hoop dat deze kennis ooit mensen met ernstige ruggenmergletsel kan helpen.
"We weten eigenlijk heel weinig over hoe de zenuwcellen in de hersenen en het ruggenmerg communiceren met de motorneuronen die het lopen besturen", zegt Dasen.
"We hopen dat we kunnen profiteren van de relatieve eenvoud van de skate vin om enkele van de belangrijke zenuwverbindingen te ontdekken die wandelen mogelijk maken, en uiteindelijk te testen of deze zelfde verbindingen belangrijk zijn voor zoogdieren."
Als je dit artikel leuk vond, bekijk dan deze video over het onderzoek van de auteurs van het onderzoek:
New Human Consciousness Theory Lost Zeno's Paradox, Posits Life Is a Film
Een nieuwe studie van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne poneert een zeer interessant idee van het menselijk bewustzijn: in plaats van de wereld continu te ervaren, moeten mensen discrete momenten observeren die voorbij flitsen met een licht veranderlijk tempo. De beste metafoor voor het leven, als de baanbrekende metastudie bewijst ...
Frank Ocean Scraps 'Boys Do not Cry' voor Visual Album, 'Endless'
Gisteravond heeft Frank Ocean voor het eerst sinds 1 augustus de livestream van zijn website opnieuw verlicht. De feed beeldde een verlichte oceaan af die een trap bouwde, en tracks van een visueel album werden later aangekondigd als eindeloos gespeeld met tussenpozen. Het visuele album is nu beschikbaar via Apple Music en de kredietvolgorde van ...
Justin Timberlake Super Bowl Show Scraps 'Demonic' Prince Hologram
Nadat het nieuws op zaterdag was verzeild dat Justin Timberlake zou optreden met een hologramversie van de overleden zanger Prince, dwong de terugslag hem terug te gaan.