Lignje i sipe spadaju među najfascinantnije životinje oceana, poznate po svojoj koži koja mijenja boju i kretanju nalik mlazu. Desetljećima su znanstvenici pokušavali razumjeti kako su se ta neobična bića razvila. Napredak je bio spor jer je njihov fosilni zapis ograničen, a genomi su im složeni. Sada nova istraživanja napokon pružaju jasnije odgovore.
Studija objavljena u časopisu Nature Ecology & Evolution, koju su proveli istraživači s Okinawa instituta za znanost i tehnologiju (OIST), kombinira velike skupove genomskih podataka s trima novosekvenciranim genomima lignji. Ovaj rad otkriva obrazac „dugog fitilja“ koji objašnjava kako su se lignje i sipe, zajedno poznate kao deseterokraki glavonošci (decapodiformi), razvile u raznoliku skupinu kakvu danas poznajemo, prenosi Science Daily.
Dr. Gustavo Sanchez, prvi autor studije i znanstvenik u OIST-ovoj jedinici za molekularnu genetiku, kaže: „Lignje i sipe su izvanredna bića, no njihovu je evoluciju bilo iznimno teško proučavati. Pitanje njihova podrijetla istražuje se desetljećima, a mnoge istraživačke skupine predložile su različite evolucijske hipoteze temeljene na različitim morfološkim obilježjima i molekularnim skupovima podataka. S našim novim genomskim informacijama uspjeli smo razjasniti neke misterije vezane uz njihovo podrijetlo.“
Jasnija slika evolucije lignji i sipa
Lignje i sipe žive u okruženjima koja se protežu od dubokih oceanskih voda do plitkih obalnih područja. Unatoč svojoj raznolikosti, većina dijeli jednu značajku: unutarnju ljušturu. Ta se struktura jako razlikuje – od zaobljene sipine kosti kod sipa do tanke, oštrici nalik strukture (gladiusa) kod mnogih lignji, kao i spiralne ljušture kod lignje „ovnujskog roga“. Neke vrste iz plitkih voda čak su u potpunosti izgubile ljušturu.
Razumjeti kako su ti različiti oblici međusobno povezani bilo je izazovno. Sanchez objašnjava: „Ranije rekonstrukcije evolucije decapodiforma temeljile su se na skupovima podataka ograničene rezolucije i bile su podložne pristranim signalima, što je zamagljivalo stvarne odnose između različitih vrsta. Podaci iz cijelih genoma sada pružaju čišću i dosljedniju sliku evolucije ovih životinja.“
Sekvenciranje genoma lignji nije jednostavan zadatak. Njihovi genomi često su i do dvostruko veći od ljudskog genoma, što zahtijeva naprednu tehnologiju i značajnu računalnu snagu za analizu. Prikupljanje odgovarajućih uzoraka također je teško jer je potreban svjež DNK, a mnoge vrste žive u udaljenim ili teško dostupnim staništima. „Neke su linije zastupljene i vrlo raznolike samo u tropskim koraljnim sustavima poput arhipelaga Ryukyu, dok su druge zagonetne i poznate samo iz dubokog mora. Imali smo sreću pronaći neke ključne vrste na našem pragu u Okinawi te surađivati s kolegama koji imaju pristup zahtjevnijim uzorcima“, kaže Sanchez.
Izgradnja prvog sveobuhvatnog evolucijskog stabla
Istraživački tim konstruirao je prvo evolucijsko stablo decapodiforma temeljeno na sekvencama genoma gotovo svih glavnih linija. Ovo postignuće omogućila je globalna suradnja tijekom pet godina, uključujući projekt Aquatic Symbiosis Genomics financiran od strane Wellcome Sanger instituta. Cilj projekta je sekvencirati genome širokog spektra morskih i slatkovodnih vrsta, uključujući glavonošce. Sanchez je vodio japanski ogranak ovog projekta.
„U okviru projekta simbioze već godinama postupno sekvenciramo genome, no ostalo je nekoliko ključnih praznina. U ovoj studiji uspjeli smo popuniti te nedostajuće dijelove slagalice“, potvrđuje Sanchez.
Jedna posebno važna vrsta bila je rijetka lignja „ovnujskog roga“, Spirula spirula. Njezina neobična unutarnja ljuštura dugo je zbunjivala znanstvenike. Suautor dr. Fernando Á. Fernández-Álvarez iz Španjolskog instituta za oceanografiju rano je prepoznao njezinu važnost. „U prošlosti je struktura ljušture ove lignje navela neke znanstvenike na pogrešan zaključak da je blisko srodna sipama“, kaže Fernández-Álvarez. „Vjerovao sam da bi ovaj genom mogao popuniti važnu prazninu i donijeti jasnoću širim evolucijskim pitanjima glavonožaca.“
Podrijetlo u dubokom moru i evolucija „dugog fitilja“
Kombiniranjem genomskih podataka s fosilnim dokazima, istraživači su rekonstruirali vremenski slijed i okolišni kontekst evolucije lignji i sipa.
„Naša analiza pokazuje da su ove životinje nastale u dubokom oceanu, staništu koje i danas skriva vrste poput lignje ovnujskog roga“, kaže Sanchez.
Studija pokazuje da su se glavne skupine decapodiforma počele razdvajati prije oko 100 milijuna godina tijekom srednje krede. Kasnije, prije otprilike 66 milijuna godina, masovno izumiranje na granici krede i paleogena (K–Pg) uništilo je oko tri četvrtine svih vrsta na Zemlji, uključujući dinosaure. Unatoč toj katastrofi, preci lignji su preživjeli.
Znanstvenici vjeruju da su se ti rani glavonošci sklonili u male, kisikom bogate džepove dubokog oceana. Sanchez objašnjava: „Površina mora tada je bila vrlo nepovoljno okruženje za glavonošce. U to vrijeme bilo je vrlo malo pogodnih, kisikom bogatih staništa uz obalu. Intenzivna zakiseljenost oceana u plićim vodama vjerojatno je dodatno oštetila njihove ljušture, pa činjenica da je neki oblik te strukture sačuvan kroz evoluciju upućuje na njihovo podrijetlo iz dubljih dijelova oceana.“
Kako se planet oporavljao, koraljni grebeni postupno su se vraćali, stvarajući nova plitkovodna staništa. Mnoge linije lignji i sipa tada su se proširile u ta okruženja.
„Nakon početnih razdvajanja linija u kredi, dugo ne vidimo mnogo grananja. No u razdoblju oporavka nakon K–Pg izumiranja dolazi do nagle i brze raznolikosti, kako se vrste prilagođavaju novim i promjenjivim ekosustavima. To je primjer modela ‘dugog fitilja’ – razdoblja ograničenih promjena nakon kojeg slijedi eksplozija raznolikosti“, kaže Sanchez.
Što genomi otkrivaju o inovacijama glavonožaca
Istraživači smatraju da ovaj rad pruža čvrste temelje za buduća istraživanja jedinstvenih obilježja lignji i sipa.
„Lignje i sipe imaju toliko jedinstvenih značajki u usporedbi s drugim skupinama životinja da su nepresušan izvor inspiracije za znanstvenike“, kaže prof. Daniel Rokhsar, voditelj jedinice za molekularnu genetiku. „S ovim genomima i jasnom slikom njihovih evolucijskih odnosa možemo provoditi smislene usporedbe kako bismo otkrili molekularne promjene povezane s velikim inovacijama glavonožaca – od razvoja novih organa i dinamične kamuflaže do složenosti živčanog sustava koja omogućuje njihovo izvanredno ponašanje.“
Za sudjelovanje u komentarima je potrebna prijava, odnosno registracija ako još nemaš korisnički profil....