Osobliwe stworzenie. Ryba z nogami, na których znajdują się receptory smakowe

W wodach północnego Atlantyku żyje dziwna ryba. Może poruszać się po dnie za pomocą... nóg. Ale kończyny nie służą jej wyłącznie do chodzenia. Są one pokryte strukturami przypominającymi te na ludzkim języku. Dzięki nim kurek karoliński, bo o nim mowa, smakuje dno morskie w poszukiwaniu zakopanej zdobyczy.

Kurek karoliński (Prionotus carolinus) to ryba oceaniczna szczególnie dobrze przystosowane do życia na dnie. Posiada sześć wyrostków przypominających odnóża, co pozwala jej szybko poruszać się po dnie i penetrować je w poszukiwaniu posiłku. Kończyny ryby zakończone są specjalnymi strukturami, które pozwalają jej posmakować dno i wyczuć ukrywającą się zdobycz. Dzięki temu kurek karoliński jest tak dobry w wykrywaniu ofiar, że inne gatunki podążają za nim w celu kradzieży jego łupów.

Od dawna podejrzewano, że odnóża tych ryb mogą pomagać im wykrywać pożywienie. Niedawno naukowcy opublikowali dwa badania ujawniające geny, które dały początek ich kończynom, a także sposób, w jaki są one wykorzystywane. Prace te ukazały się na łamach "Current Biology" (DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.014; DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.042).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Kurek karoliński zamieszkuje północne regiony Oceanu Atlantyckiego. Żyje przy piaszczystym dnie morskim na głębokościach dochodzących nawet do 180 metrów. Osiąga długość około 30 centymetrów. Ma sporych rozmiarów głowę z dużymi oczami. Poluje na skorupiaki, mięczaki i inne ryby. Gdy poczuje się zagrożony, natychmiast zakopuje się w piaszczystym dnie.

Gatunek ten jest poławiany. Wykorzystuje się go do produkcji mączki rybnej, nawozów, jako karmę dla zwierząt domowych oraz jako przynętę na ryby. Z ikry produkuje się substytut kawioru.

Najbardziej charakterystyczną cechą tej ryby są struktury przypominające nogi. W rzeczywistości to przedłużenia ich płetw piersiowych, których mają trzy po każdej stronie. Przy ich pomocy ryba potrafi szybko i zgrabnie poruszać się po dnie. Dzięki nim jest też wyjątkowo skuteczna w polowaniach.

Naukowcy już wcześniej podejrzewali, że kurki karolińskie mają specjalne zdolności sensoryczne, które mogłyby wyjaśniać ich wręcz nadprzyrodzone zdolności łowieckie. Ich sześć kończyn jest pokrytych małymi guzkami, które wyglądają jak kubki smakowe na ludzkich językach. Jednak naukowcy wcześniej nie badali szczegółowo pochodzenia zdolności tych ryb.

Corey Allard z Uniwersytetu Harvarda w swoich badaniach najpierw próbował ustalić, czy nogi są autentycznymi narządami zmysłów. Przeprowadził eksperymenty, obserwując polujące kurki karolińskie, które naprzemiennie pływały i chodziły po dnie. Czasami też kopały w piasku, aby znaleźć ofiary, takie jak małże i inne skorupiaki. Nie miały przy tym żadnych wskazówek wizualnych, gdzie zdobycz mogłaby się znajdować.

Obserwują ryby badacze zdali sobie sprawę, że ich nogi były wrażliwe zarówno na bodźce mechaniczne, jak i chemiczne. W eksperymentach umieścili ryby w zbiornikach z małżami i kapsułkami aminokwasów. Wszystko to ukryli pod piaskiem. W piasku zakopali też kapsułki z wodą. Ryby bez trudu znajdywały zakopane pożywienie, ale nie zwróciły specjalnej uwagi na kapsułki z wodą. Zdolność ryb do lokalizowania pożywienia zmniejszała się wraz ze wzrostem głębokości, na której je zakopano.

Dokładne przyjrzenie się strukturom na ich kończynach wykazało, że znajdują się tam receptory smakowe, wyspecjalizowane w wykrywaniu aminokwasów i substancji chemicznych wytwarzanych przez organizmy głębinowe. Brodawki te są gęsto unerwione i wrażliwe na dotyk i smak, co umożliwia im poszukiwanie pożywienia na dnie morskim.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Gdy badacze chcieli przebadać więcej osobników, omyłkowo dodali do zbiorników ryby z gatunku Prionotus evolans – krewniaków kurków karolińskich. Okazało się, że ryby te nie potrafiły znaleźć zakopanego pożywienia. Prionotus evolans również posiada nogi. Są one nieco węższe i nie mają struktur z receptorami smakowymi. To pokazuje, że zdolności kurka karolińskiego ewoluowały oddzielnie.

W kolejnym kroku naukowcy porównali genomy 13 gatunków z rodziny kurkowatych z całego świata i stworzyli ewolucyjne drzewo genealogiczne. Wykazało ono, że nogi do chodzenia rozwinęły się jako pierwsze. Narządy zmysłów rozwinęły się na nogach później.

Po zbadaniu genów aktywnych w kończynach ryb, naukowcy skupili się na genie o nazwie tbx3a. Eksperymenty wykazały, że odgrywa on rolę w tworzeniu nogi tam, gdzie inne ryby mają płetwę. Gdy naukowcy użyli narzędzia do edycji genów CRISPR–Cas9 do zmutowania tbx3a u niektórych kurków karolińskich, ryby utraciły brodawki z kubkami smakowymi i zdolność niezwykle skutecznego poszukiwania pożywienia.

Tbx3a koduje rodzaj białka znanego jako czynnik transkrypcyjny. Pojedynczy czynnik transkrypcyjny ma szeroki wpływ i często reguluje aktywność szeregu genów. Badacze wskazują, że tbx3a odgrywa pewną rolę w rozwoju nóg i percepcji smaku. Jednak nie wiedzą jeszcze, która mutacja spowodowała zmianę aktywności tbx3a u gatunków z nogami mogącymi wyczuwać pokarm ani w jaki sposób stworzyła nowe zdolności ryb. Gdyby udało się to dogłębnie zrozumieć, teoretycznie można by przy wykorzystaniu techniki CRISPR-Cas9 wytworzyć nogi i narządy sensoryczne u ryby z innego gatunku.

- Ta ryba, której wyrosły nogi, wykorzystała do tego te same geny, które przyczyniają się do rozwoju naszych kończyn, a następnie przekształciła te nogi, aby za ich pomocą znajdować pokarm, wykorzystując te same geny, które powodują, że nasze języki odczuwają smak – powiedział profesor Nicholas Bellono z Wydziału Biologii Molekularnej i Komórkowej na Uniwersytecie Harvarda.