Rozwój skrzydeł nietoperzy

Rozwój skrzydeł nietoperzy – rząd nietoperze rozwinął niespotykaną wśród innych ssaków zdolność aktywnego lotu. Skrzydła nietoperzy są jednak zmodyfikowanymi kończynami przednimi czworonogów. Jako że należą do ssaków, ich skrzydła wykazują homologie morfologiczne w budowie szkieletu z przednimi kończynami innych czworonogów. Jednak w trakcie ewolucji w ich budowie rozwinęły się daleko sięgające adaptacje, umożliwiające lot. Do adaptacji tych należy powstanie błony spajającej palce, wydłużenie kończyn przednich i redukcja grubości kości^[1]. Badania porównawcze rozwoju kończyn nietoperza i myszy zidentyfikowały czynniki genetyczne odpowiedzialne za różnice w rozwoju i ewolucji kończyn przednich u tych grup ssaków. W efekcie skrzydło nietoperza stało się wartościowym dla badań zróżnicowania kończyn modelem w biologii rozwoju.

Rozwój kończyn[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Ogólny plan budowy kończyn.

Rozwój kończyn czworonogów przebiega pod kontrolą wielu cząsteczek sygnałowych, takich jak czynniki wzrostu fibroblastów (FGF), białka morfogenetyczne kości (BMP), sonic hedgehog (SHH) i Wnt. Na dystalnym końcu kończyny leży czapeczka epidermalna (AER), miejsce kluczowe dla kształtowania sygnałów sterujących powstawaniem i różnicowaniem komórek w obrębie rozwijającej się kończyny^[2].

Błona między palcami[edytuj | edytuj kod]

Wytworzenie się błony łączącej palce (patagium) pozwoliło zwiększyć powierzchnię nośną umożliwiającą lot. U wszystkich kręgowców na pewnym etapie rozwoju pomiędzy palcami występuje tkanka. Palce rozdzielają się dzięki miejscowej apoptozie komórek. Za proces ten odpowiadają najprawdopodobniej sygnały BMP, na co wskazuje jego ekspresja w tkance leżącej pomiędzy przyszłymi palcami, a także fakt braku apoptozy pomiędzy palcami w przypadku zablokowania sygnału BMP^[3]. Jednak u nietoperzy geny białka BMP ulegają ekspresji między palcami, a apoptoza w tych obszarach ulega represji. Wiadomo było, że aktywacja receptorów FGF powstrzymuje komórki przed wejściem na ścieżkę apoptozy^[4]. Okazało się, że jeden z genów FGF - fgf8, ulega ekspresji w leżącej między palcami tkance nietoperza, co nie ma miejsca u myszy. Wobec tego FGF mogą odgrywać pewną rolę w blokowaniu proapoptotycznego działania BMP między palcami u nietoperzy. W końcu poddanie rozwijającego się skrzydła działaniu ektopowych BMP i antagonistów FGF skutkuje apoptozą patagium^[5].

Wydłużenie kończyny barkowej[edytuj | edytuj kod]

Kończyna przednia nietoperza wyróżnia się wydłużeniem jej szkieletu, które służy wsparciu błony nośnej. Porównawcze badania metodą hybrydyzacji in situ ujawniły poszerzoną ekspresję domeny fgf8 w szczytowym grzebieniu ektodermalnym kończyny barkowej nietoperza w porównaniu z myszą. Ponieważ nietoperze i mysie ortologi są konserwatywne, prawdopodobnie zaszła zmiana w regulacji fgf8^[6]. U myszy genem regulującym wzrost kończyn jest prx1, kodujący czynnik transkrypcyjny^[7]. Pozostaje on z kolei pod wpływem enhancera. W przypadku myszy regulacja wydaje się redundantna, gdyż w przypadku braku enhncera ekspresja prx1 nie odbiega od normy i tworzy się prawidłowa kończyna barkowa. Natomiast zastąpienie enhancera jego ortologiem pochodzącym od nietoperza (w badaniu wykorzystano liścionosa krótkoogoniastego) wiąże się ze zwiększoną ekspresją prx1. W efekcie powstają dłuższe kończyny. W porównaniu z myszą u nietoperza gen podlega zwiększonej ekspresji w obrębie płytki ręki^[8]. Gdy zastąpili nietoperzym enhancerem prx1 enhancer występujący u myszy, stworzone w ten sposób transgenicze myszy miały nieco powiększone przednie kończyny. Badania porównawcze pokazały, że palce nietoperzy wykazują wyższe tempo proliferacji chondrocytów^[9]. Poza apoptozą komórek między palcami wykazano wpływ BMP na proliferację chondrocytów i długość palców u myszy^[10]. Bmp-2 wykazuje zwiększoną i przedłużoną ekspresję w palcach nietoperzy w porównaniu z mysimi. Sugeruje to, że zmiany w gradiencie BMP przyczyniają się do wydłużenia palcy nietoperzy^[9].

Redukcja grubości[edytuj | edytuj kod]

Inną dużą różnicą pomiędzy przednimi kończynami nietoperzy i innych ssaków jest grubość kości kończyn. Kości ich kończyn barkowych uległy redukcji, jako że lot wymaga lekkiej budowy ciała. W szczególności kość łokciowa uległa skróceniu i połączeniu w pojedynczy element szkieletu przedramienia z kością promieniową^[1]. Jeden z możliwych szlaków molekularnych zaangażowanych w redukcję szkieletu kończyn nietoperzy obejmuje różnice w ekspresji sonic hedgehog (SHH). Myszy z mutacją null shh tracą kość łokciową^[11]. Innym genem podejrzewanym o to, że odpowiada za tę redukcję kości jest Hox-d13, gen z rodziny Hox. Badania metodą hybrydyzacji in situ wykazały, że obszar, w którym następuje ekspresja Hoxd13 u nietoperzy uległ przemieszczeniu w tył w porównaniu z kończyną mysią^[12]. Obserwowana różnica między wzorcem ekspresji Hoxd13 może także wyjaśniać zmniejszone wielkość i gęstość kości łokciowej nietoperzy. Generalnie badania te wskazują, że zmiany na poziomie molekularnym odpowiedzialne za ewolucję skrzydeł u nietoperzy dotyczą genów regulatorowych.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]