Akys yra vienas svarbiausių žmogaus organų, bet iki šiol jų atsiradimo procesas mokslininkams buvo gana mįslingas.

Pirmosios Akys ir Regėjimo Raida

Pasak profesoriaus Lambo, akių užuomazgas galima pastebėti dar prieš 700 milijonų metų, kuomet Žemėje gyveno tik vienaląsčiai organizmai, tokie kaip amebos, o taip pat bakterijos, koralai ir jūros dumbliai. Be to, mokslininko teigimu, tuo metu egzistavo ir senos ląstelės, jaučiančios šviesą, tačiau tuometiniai organizmai Žemėje buvo tokie primityvūs, kad neturėjo jokios nervų sistemos, kuri galėtų apdoroti jų signalus.

Per 200 milijonų metų šios paprastos šviesai jautrios ląstelės ir opsinai palaipsniui vystėsi, dar jautriau, greičiau ir patikimiau reagavo į šviesą, ir prieš maždaug 500 mln.

Mokslininkas mano, kad prieš 500 milijonų metų atsiradusi pirmoji akis, sudaryta iš šviesai jautrių ląstelių, yra milžiniškas evoliucinis žingsnis į priekį. Organizmai su tokiomis pirmosiomis, nors ir primityviomis akimis iškart įgijo didelį konkurencinį pranašumą lyginant su tais, kurie negalėjo matyti.

Mokslininkų teigimu, tokios akys pateikia ištisą informacijos laviną, vadinamą optiniu srautu. Informacija iš akių sklinda organizmo nervų sistema, tad kažkas ją turi apdoroti. Dėl šios priežasties akių raida lėmė spartų nervų sistemos vystymąsi, kol buvo pasiektas toks jos lygis, kad ji galėtų susidoroti su iš akių ir kitų jutimo organų ateinančia informacija.

Žmogaus tipo akis su akies obuoliu ir milijonais fotoreceptorių pradėjo vystytis prieš maždaug 500 - 600 mln. metų. Tai, pasak profesoriaus Lambo, buvo esminis įvykis mūsų regėjimo sistemos raidoje.

Mokslininko teigimu, toks akių, kokias turi stuburiniai gyvūnai, tipas atsirado prieš 500 mln. metų. Ir nors tuo laiku akys buvo labiau panašios į vabzdžių ir kitų nestuburinių akis, jų optinės sistemos jau pradėjo vystytis savarankiškai, ne taip, kaip facetinės vabzdžių akys.

Akių Atsiradimas ir Evoliucinė Reikšmė

Prieš atsirandant akims gyvenimas buvo švelnesnis ir ramesnis, pasaulyje dominavo nerangūs minkštakūniai kirminai, vinguriuojantys jūroje. Atsiradus akiai pasaulyje padaugėjo konkurencijos, jis tapo brutalesniu.

Regėjimas gyvūnams suteikė galimybę tapti aktyviais medžiotojais bei pradėjo evoliucines ginklavimosi varžybas, pakeitusias pasaulį.

Pirmosios akys atsirado maždaug prieš 534 mln. metų - pačioje kambro periodo pradžioje. Pirmieji matantys organizmai buvo Redlichia pavadinta trilobitų grupė.

Jų akys buvo sudėtinės, panašios į šiuolaikinių vabzdžių, ir tikriausiai išsivystė iš šviesai jautrių įdubimų. Jų atsiradimas fosiliniuose įrašuose yra neįtikėtinai staigus - dar prieš 544 mln. metų trilobitų protėviai neturėjo akių.

Juk be abejonės akys yra pernelyg sudėtingos, kad galėtų atsirasti taip staiga, be priežasties. Tam paprieštarautų Lundo universiteto (Švedija) mokslininkas Danas-Ericas Nilssonas, apskaičiavęs, kad sudėtingos akys iš šviesai jautrių ląstelių plotelio gali išsivystyti vos per pusę milijono metų.

Tačiau nenorima pasakyti, kad skirtumas tarp šviesai jautrių ląstelių ir akių yra mažas. Labai tikėtina, kad šviesai jautrios ląstelės buvo įprastas reiškinys ilgą laiką prieš kambro periodą.

Tokiomis ląstelėmis „apsiginklavę“ organizmai galėjo justi šviesą ir netgi galėjo nustatyti, iš kurios pusės ji sklinda. Tokie rudimentiniai jutimo organai vis dar naudojami medūzų, plokščiųjų kirmėlių ir kitų primityvių gyvūnų grupių ir jie be jokios abejonės yra geriau nei visai jokių regos organų.

Tikrai akiai reikia šio to daugiau - lęšio, kuris gali fokusuoti šviesą, būtiną vaizdui gauti. "Staiga gavus lęšį regėjimo efektyvumas padidėja maždaug nuo 1 procento iki 100 procentų", - sakė Oksfordo universiteto (D.Britanija) zoologas Andrew Parkeris.

Trilobitai nebuvo vieninteliai akis „atradę“ organizmai. Biologai įsitikinę, kad akys galėjo nepriklausomai išsivystyti daugeliu atveju, nors genetiniai įrodymai verčia manyti, kad yra vienas visų akių protėvis. Tačiau bet kokiu atveju trilobitai buvo pirmieji. Akių suteikta pirmenybė buvo neįtikėtina. Kambro neregių pasaulyje regėjimą galima būtų prilyginti „superjėgai“.

Trilobitų akys suteikė jiems galimybę tapti pirmaisiais aktyviais plėšrūnais, galinčiais ieškoti ir medžioti maistą taip, kaip to iki tol niekas nebuvo daręs, ir visai nenuostabu, kad jų grobis taip pat evoliucionavo. Vos po kelių milijonų metų akys gyvūnijos pasaulyje buvo natūralus reiškinys, o gyvūnai buvo aktyvesni ir apaugę apsauginiais šarvais.

Šis evoliucijos spurtas šiais laikas vadinamas kambro sprogimu. Tačiau regėjimas nėra universalus. Iš 37 daugialąstelinių gyvūnų tipų tik 6 tipų atstovai gali džiaugtis regėjimu, taigi gali pasirodyti, kad tai visai nėra didis gamtos išradimas. Bet nereikia pamiršti, kad šeši reginčiųjų gyvūnų tipai (chordinių, artropodų, moliuskų ir kt.) yra labiausiai paplitę gyvūnai pasaulyje.

Genetinis Mozaikizmas

Genetinis mozaikizmas - biologinis reiškinys, kai vieno organizmo ląstelės turi skirtingus genetinius kodus, nors pats organizmas susiformavo iš vienos apvaisintos kiaušialąstės. Skirtingai nuo įprasto individo, kurio ląstelės turi vienodą genetinę informaciją, mozaikiniame egzistuoja kelios genetinės linijos, vadinamos genotipais.

Genetinis mozaikizmas gali atsirasti dėl chromosomų apsikeitimo mitozės metu, mutacijų ląstelėse vystantis embrionui arba dėl vadinamosios X chromosomos inaktyvacijos.

• Somatinis mozaikizmas atsiranda dėl mutacijų, vykstančių ląstelėse po apvaisinimo. Šios mutacijos neperduodamos palikuonims.
• Gonadinis mozaikizmas - mutacijos, atsirandančios lytinėse ląstelėse (spermoje ar kiaušialąstėje).
• Neišsiskyrimas.
• Anafazės vėlavimas.
• Endoreplikacija.
• Uniparentalinė disomija (UPD). Abi chromosomos kopijos kilusios iš vieno tėvo.

Mozaikizmas gali sukelti įvairius simptomus arba sušvelninti esamus, priklausomai nuo to, kada ir kur įvyksta mutacijos. Ankstyvoje embriono vystymosi stadijoje atsiradęs mozaikizmas gali paveikti platesnį ląstelių skaičių organizme. Jei genetiniai pokyčiai pasireiškia jau suaugusio individo ląstelėse, mutacija dažniausiai paveikia tik tam tikras ląstelių grupes.

Mozaikizmas taip pat gali daryti įtaką autoimuninėms ligoms. Kai kurios organizmo imuninės ląstelės gali suvokti kitų ląstelių genetinius pokyčius kaip svetimus kūnui, taip sukeldamos autoimuninį atsaką.

Mozaikizmo Pavyzdžiai Gamtoje ir Žmonėms

Gamtoje mozaikizmas pasireiškia įvairiomis formomis. Gyvūnai, turintys skirtingas kailio ar plunksnų spalvas, dažnai būna mozaikai. Pavyzdžiui, trispalvės ir vėžlio kiauto spalvos katės yra geriausiai žinomi mozaikizmo pavyzdžiai.

Genetinis mozaikizmas taip pat gali pasireikšti žmonėms. Mozaikizmas gali turėti ir subtilių, nepastebimų padarinių. Daug žmonių gali būti genetiniai mozaikai ir to nė nežinoti.

Aplinkos veiksniai taip pat gali skatinti mozaikizmo vystymąsi. Pvz., ultravioletinė šviesa, jonizuojanti radiacija, chemikalai kaip asbestas ir poliaromatiniai angliavandeniliai, tabako sudėtyje esantys nitrozaminai - visi šie veiksniai laikomi kancerogenais, sukeliančiais DNR pažeidimus ir mutacijas.

Laikui bėgant DNR atkūrimo mechanizmams darosi sunkiau taisyti šiuos pažeidimus, o tai gali padidinti mutacijų ir somatinių mozaikizmų dažnį.

1971 m. pasiūlytas dvigubo smūgio vėžio modelis iš dalies grindžiamas genetinio mozaikizmo supratimu. Pagal šį modelį pirmoji mutacija gali būti paveldėta, o antroji - somatinė, lemianti vėžio išsivystymą.

Įdomus mozaikizmo pavyzdys užfiksuotas 1975 m. Glazgo zoologijos sode. Ten gimė liūtas - somatinė mozaika Rangeris. Jis turėjo juodą dėmę krūtinėje ir juodą koją. Šis atvejis tapo pirmuoju užfiksuotu daliniu melanizmu tarp Afrikos liūtų.

Zoologijos sodo darbuotojai manė, kad Rangeris turėjo chromosominę anomaliją, dėl kurios tapo sterilus.

Genetinio mozaikizmo tyrimai padeda suprasti ir identifikuoti įvairias ligas, kurios gali būti susijusios su genetiniais pokyčiais. Nors mozaikizmas organizmui kartais naudingas, kai kurie genetiniai variantai gali sukelti sveikatos problemas.

Mozaikizmas paprastai pasitaiko rūšims, kuriose vyksta intensyvi ląstelių dalijimosi ir diferenciacijos veikla, o genetiniai pakitimai gali įvykti ankstyvoje embriono vystymosi stadijoje.

Mozaikizmas Skirtingose Gyvūnų Rūšyse

• Katės: Vėžlio kiauto ir trispalvės katės - populiariausi mozaikizmo pavyzdžiai. Šios spalvinės variacijos susijusios su atsitiktine X chromosomų inaktyvacija. Mozaikinių kačių kailis gali būti netolygus arba „išmargintas“, bet neturėti griežtų spalvų atskyrimo linijų kaip chimerinių kačių.
• Aprašytas vienas atvejis apie vadinamosios “shaded cameo” spalvos devonrekso veislės atstovą auksinėmis akimis. Gyvūnas pasižymėjo jautrumu šviesai, sirgo lėtinėmis akių ir kvėpavimo takų infekcijomis, turėjo labai silpną imuninę sistemą. Po kelis mėnesius trukusių bandymų aiškinantis kas negerai, nustatyta mozaikinio albinoso diagnozė. Gyvūno kailis vis šviesėjo kol tapo beveik grynai baltas su nedideliu kiekiu raudonos spalvos ausų kraštuose. Prastas imuninis atsakas buvo susijęs su albinizmu. Mozaikinio albinizmo atvejais galima pastebėti išskirtinę pigmentacijos pasiskirstymo specifiką - tokie gyvūnai dažnai turi baltą, rausvą ar labai šviesų kailį su tamsesnėmis vietomis tam tikruose plotuose. Nors įprastai albinizmo požymiai apima viso kūno depigmentaciją, mozaikiniame albinizme pigmento trūkumas arba jo pasiskirstymas priklauso nuo konkrečių ląstelių linijų. Kai kurie kūno plotai, pavyzdžiui, ausys, gali būti šiek tiek tamsesni, tačiau blankesni nei įprasta spalva, o tam tikros dalys kaip patinų kapšelis dėl albinizmo gali būti grynai balti (kaip įvyko ir minėtu atveju).
• Žmonių mozaikizmas gali pasireikšti kaip genetinės odos būklės (pvz., Blaško linijos), taip pat ląstelinės mutacijos, sukeliančios genetinių variacijų tam tikrose kūno dalyse.
• Mozaikizmas dažnai pasireiškia paukščiams (pvz., papūgoms) bei kai kuriems ropliams, kartais turintiems skirtingų spalvų plunksnas ar žvynus, atsiradusius dėl ankstyvos ląstelių mutacijos.
• Šunys - mozaikos gali turėti netolygų spalvų pasiskirstymą. Tai įvyksta dėl tam tikrų ląstelių mutacijų, tačiau ši spalvų kaita dažnai nebus tokia ryški kaip chimerizme. Gali pasireikšti neįprastos spalvų kombinacijos tose vietose, kur mutavusios ląstelės lemia skirtingą pigmentą.
• Arkliai - galimi lopai ar ruožai, kurių spalva skiriasi nuo pagrindinės (pvz., tamsesnės ar šviesesnės sritys). Kai kurie sabino keršumo arkliai (su baltomis dėmėmis ar ryškiai baltu kailiu tam tikrose kūno vietose) gali būti mozaikai. “Tigrinis” arklys su šviesiai rudomis ar geltonomis juostomis tamsesniame fone gali būti laikomas klasikiniu mozaikizmo pasireiškimu. Mozaikizmas gali paveikti tik tam tikras galvos ar kūno sritis, taip sukuriant neįpratus kontrastus, nevienodos spalvos karčius. Taip pat mozaikizmą gali rodyti subtilūs spalvos perėjimai.

Chimerizmas

Chimerizmas - genetinis reiškinys, kai vienas organizmas susiformuoja iš dviejų genetiškai skirtingų ląstelių grupių. Šios grupės gali būti kilusios iš atskirų apvaisintų kiaušinėlių arba skirtingų ankstyvų embrionų. Chimeros gali susidaryti keliais skirtingais būdais.

Vienas dažniausių - disperminė chimerizacija, kai du apvaisinti kiaušinėliai arba ankstyvi embrionai susilieja ir sudaro vieną organizmą. Tokiu atveju kiekviena ląstelių grupė išlaiko savo unikalią genetinę informaciją, tačiau bendrai organizmas susideda iš dviejų atskirų genotipų.

Kitas atvejis - mikrochimerizmas, kai organizmas turi nedidelį genetiškai skirtingų ląstelių rinkinį. Tai dažnai įvyksta kraujo perpylimo, organų transplantacijos ar nėštumo metu.

Kai chimerizmas paveikia lytines ląsteles, organizmo reprodukcinių ląstelių (spermatozoidų arba kiaušialąsčių) genetinė informacija gali skirtis nuo kitų organizmo audinių.

Pavyzdžiui, beždžionės marmozetės dažnai turi chimerizmą dėl gimdoje vykstančių ląstelių mainų, kai dvynių embrionai keičiasi ląstelėmis per susiliejusią placentą.

Chimerizmo Pavyzdžiai Gyvūnų Pasaulyje

Vienas žinomiausių chimerizmo pavyzdžių gyvūnų pasaulyje - vadinamosios chimerinės katės, pasižyminčios unikaliomis kailio spalvomis. Kai kačiukas atsiranda iš dviejų susiliejusių ankstyvų embrionų, jis gali turėti keturis genetinius tėvų ląstelių rinkinius vietoj dviejų. Šie genetiniai skirtumai lemia, kad vienos kailio dalys gali turėti vieną spalvą, o kitos - kitą.

Iki XX a. pabaigos kariotipo ir genetiniai tyrimai tapo įprastais metodais, leidžiančiais nustatyti chimerizmą. Pavyzdžiui, kariotipo tyrimai su vėžlio kiauto spalvos kačių patinais parodė, kad dauguma jų turi chromosomų anomalijų. Kai kurie vėžlio kiauto spalvos individai gali turėti XX/XY kariotipą. Dauguma patinų su šiuo kariotipu pasižymi nevaisingumu.

Chimeros gali susidaryti ir tarp tos pačios rūšies, ir tarp skirtingų rūšių ląstelių. Tos pačios rūšies ląstelių chimeros vadinamos intraspecifinėmis, o dviejų ar daugiau skirtingų rūšių chimeros vadinamos interspecifinėmis. Nors skirtingų rūšių chimeros gamtoje labai retos, jos kartais kuriamos laboratorijose.

Chimerizmas gali turėti įtakos ne tik organizmo fiziologijai, bet ir sveikatai. Kai kuriems chimeriniams individams gali išsivystyti daugiau nei viena imuninė sistema, kas reiškia, kad organizmas platesnį ląstelių spektrą laikys savu. Dėl to jie gali būti mažiau linkę į autoimunines ligas. Tačiau kai kuriems chimerų atvejams būdingos problemos dėl lytinės diferenciacijos ar vaisingumo sutrikimų. Pavyzdžiui, frimartinizmas - galvijų chimerizmo atvejis. Jis pasireiškia dvyniams, kai vienas jų yra patelė, o kitas - patinas. Jie dalijasi kraujo apytakos sistema ir dėl hormonų poveikio patelės išsivysto su dalinai vyriškais lytiniais organais.

Nors mozaikizmas tarp kačių dažnesnis už chimerizmą, kai kurios retos chimeros turi dvi skirtingas genetines linijas dėl embrionų susiliejimo, kas lemia akivaizdžiai skirtingas spalvas ar kitas vizualias ypatybes. Tokios katės gali turėti kailį, atrodantį tarsi dviejų skirtingų gyvūnų kailio kombinacija. Dažnai kaip pavyzdys pateikiama pakankamai garsi katė Venus, kurios viena snukio pusė juoda, o kita oranžinė. Tiesa, ar Venus tikrai chimera sunku pasakyti - gal viskas tėra neįprasta mozaikizmo išraiška.

Labiausiai pastebimas chimerizmo bruožas tarp gyvūnų yra aiškios, atskirtos kailio spalvos zonos. Kartais jos būna itin kontrastingos, pvz., viena pusė juoda, kita - oranžinė. Chimeros gali turėti turi skirtingų spalvų akis (heterochromija), tačiau šis reiškinys dažnesnis mozaikizme.

Nors retas, chimerizmas egzistuoja ir tarp žmonių. Kai kurie atvejai atskleidžiami tik atlikus genetinius tyrimus. Pvz., berniukas, gimęs 1994 m., pasirodė esąs genetiškai du žmonės - jo kūnas susiformavo susiliejus dviem apvaisintiems kiaušinėliams. Šis berniukas turėjo dalinę gimdą, kiaušintakį ir kiaušidžių audinį, nors išoriškai atrodė vyriškas.

Kitas atvejis, susijęs su moterimi, vardu Jane, atskleidė, kad jos kūnas sudarytas iš dviejų skirtingų genetinių ląstelių populiacijų. Jane turi dviejų skirtingų embrionų ląstelių, o jos skirtingi kūno audiniai turi skirtingą DNR. Kitas unikalus atvejis pastebėtas Didžiojoje Britanijoje 1979 m. Po genetinių tyrimų paaiškėjo, kad tirta moteris nėra nė vieno iš keturių savo vaikų biologinė motina.

Nors chimerizmas kartais sukelia pastebimus simptomus arba sveikatos sutrikimus, daugumos chimerų neįprasta genetinė sudėtis lieka nepastebėta visą gyvenimą.

Laboratoriniai tyrimai rodo, kad kai kurie aplinkos veiksniai kaip radiacija ar cheminės medžiagos gali padidinti chimerizmo dažnį. Tokie eksperimentai padeda suprasti, kaip mutacijos veikia vystymąsi ir kokias genetines modifikacijas galima taikyti gydant ligas. Chimerizmas atveria naujus tyrimo kelius, svarbius organų transplantacijai, imunologijai ir genetinėms ligoms gydyti.

Žmogaus tetragametinio chimerizmo atvejai gali tapti dažnesni dėl šiuolaikinių nevaisingumo gydymo būdų, ypač in vitro apvaisinimo procedūrų, skatinančių daugybinių embrionų vystymąsi.

Mozaikizmas ir Chimerizmas: Pagrindiniai Skirtumai

Mozaikizmą turintys organizmai dažnai pavadinami chimeromis, tačiau tai klaida. Chimerose egzistuoja dvi nepriklausomos genetinės linijos, išsivysčiusios iš skirtingų apvaisintų kiaušinėlių. Kiekviena linija išlaiko savo genetinį unikalumą, o kai kurie audiniai ir organai būna sudaryti tik iš vieno pradinio embriono ląstelių.

Mozaikos turi vieną genetinę liniją, kuri iš pradžių buvo vienoda, tačiau dėl mutacijų ar chromosomų pokyčių susidarė dvi skirtingos ląstelių grupės.

Chimera gali atrodyti kaip „dvi būtybės viename kūne“. Pavyzdžiui, gali turėti skirtingų spalvų ar net plaukų ilgio kailį, kadangi kūne egzistuoja dviejų skirtingų genetinių linijų ląstelės. Mozaikai taip pat gali turėti panašių vizualių skirtumų, tačiau jie kyla dėl mutacijų viename embrione.

Tarprūšinis chimerizmas - įdomus ir nepilnai ištirtas reiškinys, kai dviejų skirtingų rūšių ląstelės sudaro vieną organizmą. Tai itin dirgina mokslininkus dėl galimybių medicinoje, ypač organų transplantacijoje, vaistų testavime ir tiriant ligas. Tarprūšinis chimerizmas pradėtas tyrinėti XX a. viduryje, kai 1959 m. Andrzej K. Tarkowski sukūrė pirmąją pel.

---