Pucat, ceroboh dan buta, cavefish Somalia menjalani kehidupan yang tenang di perairan yang paling terang di dunia. Dengan pucat yang mengerikan dan tidak ada mata untuk bercakap, ikan ini pastinya tidak sepadan dengan mamalia, tetapi jauh lebih banyak daripada cavefish yang merendah diri daripada memenuhi mata.
Para saintis melaporkan semalam dalam jurnal Biologi Semasa bahawa cavefish dapat menipiskan sedikit cahaya yang diperlukan pada bab misteri evolusi mamalia: kehilangan pembaikan DNA berkuasa solar. Kebanyakan organisma mempunyai mekanisme untuk memperbaiki molekul DNA mereka sendiri yang diaktifkan oleh cahaya matahari, tetapi mamalia kehilangan sifat di mana-mana di sepanjang jalan-dan begitu juga dengan cavefish Somalia.
Sebagai manual arahan untuk kehidupan, DNA adalah komoditi yang berharga. Kerosakan yang berkekalan terhadap kod penting ini menyumbang kepada penuaan dan kecenderungan peningkatan kanser. Malangnya, proses penyalinan dan pembacaan DNA dapat dikalahkan dengan kesilapan, dan persekitaran di sekeliling kita penuh dengan peril, mulai dari bahan kimia berbahaya hingga sinar ultraviolet yang mampu mengubah urutan genetik.
Tetapi terima kasih kepada rangkaian mesin selular yang mampu membaik pulih DNA yang terjejas, kebanyakan kecelakaan genetik ini diperbaiki tanpa akibat. Antara keupayaan pembaikan penting ialah sistem photoreactivation, yang menggunakan enzim bertenaga solar yang dipanggil photolyase untuk memperbaiki kesilapan dalam DNA yang disebabkan oleh pendedahan kepada sinaran UV. Mekanisme pertahanan pintar ini bermaksud bahaya yang sama yang merusak DNA-sinar matahari-juga memicu sistem pembaikan untuk kod genetik.
Mamalia dan cavefish agak berbeza, tetapi kedua-duanya telah menyesuaikan diri dengan kehidupan dalam gelap. Banyak mamalia pada waktu malam, seperti kucing ini, mempunyai lapisan tisu di mata yang meningkatkan penglihatan malam mereka dan menjadikan mata mereka kelihatan "berkilat". (Thomas Euler / flickr) Walaupun photoreactivation meluas di seluruh pokok kehidupan, ia tidak hadir sepenuhnya dalam mamalia. Dan untuk masa yang lama, kami fikir kami bersendirian. Tetapi saintis mula menemui beberapa spesies jamur dan nematod (dan beberapa populasi terpilih dari krustasea yang dikelilingi gua) yang juga kehilangan kemampuan pembaikan DNA mereka yang berkuasa solar. Penambahan terbaru kepada kumpulan kediaman gelap, cavefish Somalia, mungkin adalah vertebrata bukan mamalia pertama yang telah menjalani langkah serupa dalam sejarah evolusi.
"[Photoreactivation] adalah sistem yang sangat konservatif, dari bakteria hingga ke tumbuhan dan banyak haiwan, " kata Nicholas Foulkes, ahli biologi di Institut Teknologi Karlsruhe di Jerman. "Apabila anda melihat kehilangan fungsi, ia mendalam."
Jadi bagaimana mungkin cavefish menyerupai mamalia? Jawapannya, ternyata, membuatkan kita betul-betul dalam kegelapan. Nenek moyang mamalia kami menikmati gaya hidup yang sangat nokturnal, kata ahli biologi evolusi Roi Maor dari University College London. Beratus-ratus juta tahun yang lalu, pengayuh haiwan berdarah panas kita mungkin bersembunyi pada siang hari untuk mengelakkan dimakan oleh dinosaur yang penuh kasih sayang.
Sifat nokturnal ini mungkin telah mengaktifkan prinsip "menggunakannya atau hilang" dalam evolusi kita. Ciri-ciri Sunnier (seperti photoreactivation berkuasa solar) boleh dibuang kerana kira-kira 100 juta tahun tidak digunakan, kata Maor. Kerugian genetik ini terus berlanjut ke zaman moden, walaupun selepas mamalia mula menceburkan diri ke siang hari.
Kumpulan penyelidikan Foulkes, termasuk pengarang utama dalam kajian baru Haiyu Zhao, meneliti pembaikan DNA pada haiwan malam yang lain untuk mengetahui lebih lanjut tentang kehilangan mekanisme fotoreaktivasi. Cavefish Somalia ( Phreatichthys andruzzii ), dengan keengganannya terhadap cahaya matahari, adalah makhluk yang sempurna untuk diperiksa.
Pertama, penyelidik memerlukan perbandingan. Untuk ini, mereka memilih ikan air tawar lain sebagai kerajang: zebrafish, pokok rapi yang dipelajari dalam banyak makmal biologi. Seperti kebanyakan haiwan lain, genom zebrafish mengodkan sistem photoreactivation yang diterangi cahaya matahari, yang membolehkan mereka untuk bertahan hidup dengan dos radiasi UV yang tinggi dalam persekitaran yang terang. Tetapi zebrafish yang dilancarkan oleh UV dalam kegelapan total lebih sensitif terhadap kesan kerosakan DNA.
Sebaliknya, apabila para penyelidik melakukan eksperimen yang sama pada cavefish Somalia, ikan itu bersifat hipersensitif terhadap sinar UV. Di alam liar, spesies ini hidup dalam pengasingan sepenuhnya dari cahaya matahari, dan mendedahkan ikan kepada keadaan yang meniru sinar matahari tidak membantu mereka bertahan radiasi UV.
Ini cavefish Somalia buta sebenarnya cukup mudah di mata ... walaupun mereka tidak mempunyai apa-apa. (Luca Scapoli / Universiti Ferrara) Dengan mencuba genom ikan, para penyelidik mendapati bahawa zebrafish mengeluarkan tiga photolyases pemulihan yang berkuasa di hadapan cahaya matahari, sementara cavefish Somalia hanya mengodkan sistem yang pecah. Setelah pemeriksaan lanjut, para penyelidik dapat menentukan perbezaan bagaimana ungkapan zebrafish dan cavefish dikawal dengan ungkapan photolyase.
Di hadapan cahaya, "kunci" molekul dalam sel zebrafish dipandu kepada "kunci" genetik, yang dilepaskan untuk mengaktifkan mekanisme pembaikan DNA. Cavefish, cukup aneh, seolah-olah mempunyai kunci utuh, bersedia untuk melepaskan ungkapan photolyase-tetapi kekunci-kekunci itu kelihatan hilang dari masa ke masa. Pasukan Foulkes sedang mencari kunci yang rosak atau hilang dalam genom cavefish.
"Ia seperti evolusi yang ditangkap dalam perbuatan itu, " kata Foulkes. "Anda dapat melihat proses yang mana sistem pembaikan hilang."
Lebih 200 spesies cavefish memungut Bumi, tetapi spesimen Somalia ini adalah yang pertama dilaporkan telah kehilangan sistem photoreactivation. Walaupun di kalangan cavefish, bagaimanapun, P. andruzzii adalah pelampau, yang menghabiskan masa 3 juta tahun atau lebih dari matahari. Dalam kegelapan yang kekal dalam gua bawah air, dalam kepentingan terbaik perenang ini untuk menjimatkan tenaga untuk jalan yang jauh di hadapan-menurut Foulkes, ikan ini boleh hidup lebih dari lima puluh tahun-yang bermaksud menghapuskan sebarang bagasi genetik yang tidak perlu.
Walaupun mamalia tidak berkongsi gaya hidup cavefish, kerugian genetik ini mungkin menunjukkan trajektori evolusi yang keruh yang berkongsi spesies yang berbeza. Daripada membangunkan sifat yang berguna di bawah tekanan alam sekitar, makhluk-makhluk itu nampaknya telah meninggalkan sistem yang tidak lagi berguna, kata Silvia Fuselli, pakar cavefish di Universiti Ferrara di Itali.
"Mungkin ikan ini menghasilkan sesuatu yang terjadi di nenek moyang kita berjuta-juta tahun yang lalu, " kata Foulkes.
Memandangkan beberapa spesies sun-shirking mungkin masih berjaya menghindari penemuan manusia di gua-gua gua Bumi dan parit laut dalam, kita mungkin tidak menemui yang terakhir makhluk yang telah menumpahkan photoreactivation. "Ia muncul dalam ikan ini, dalam kulat, dalam [crustaceans] ... ia akan menjadi sesuatu yang orang dapat mencari dengan konsisten, " kata David Carlini, seorang ahli biologi di American University yang mempelajari krustasea air tawar yang tinggal di gua.
Dan sejauh mana kita tahu, P. andruzzii masih unik di kalangan kebanyakan saudara-saudara yang terkejut . Sehingga lebih banyak spesies yang lebih suka gelap boleh dipelajari, cavefish Somalia mungkin menjadi cahaya panduan untuk menyelesaikan misteri bagaimana kita mamalia kehilangan kemampuan kita untuk menyembuhkan di bawah sinar matahari.
