Informace

Lampreys a původ určitých mozkových struktur


Nejsem si jistý, proč, ale měl jsem dojem, že věci jako optické tektum a bazální ganglia se vyvinuly po 2R (dvojitá duplikace genomu ~ 1/2 Ga).

Lampreys (pokud vím) mají také tyto mozkové struktury. Problém je v tom, že TimeTree vypadá, že naznačuje, že - pokud nejsou odlehlé hodnoty Otsuka a kol. Správné - lampreys se do té doby rozešli:

Při pokusu zjistit, který kousek mého myšlení je špatný, jsem narazil na tento článek, který naznačuje, že lampreys měl duplikace celého genomu, ale zcela odděleně od těch z naší linie.

Znamená to, že se jejich struktury vyvíjely konvergenčně? (Možná jsou to „zjevné“ věci, které se vyvíjejí po WGD?) Nebo je můj počáteční předpoklad špatný a struktury jsou mnohem starší než 2R a pre-divergence od lampových lamp?

Nebo něco úplně jiného? Jsem zmatený a jsem si jistý, že mi něco chybí: jen nevím co.


Lampáš v evolučních studiích

Lampreys jsou klíčovým druhem ke studiu vývoje morfologických znaků na úsvitu Craniates a během vývoje kmene craniate. Zde se zabýváme řadou oblastí výzkumu, kde studie o lampových lampách v poslední době přinesly významné a zásadní poznatky o načasování a mechanismech evoluce, o úžasné diverzifikaci morfologie a o vzniku novinek mezi Craniates. Uvádíme nedávné příklady studií o neurálním hřebenu, svalech a získávání čelistí, kde došlo k důležitému technickému pokroku ve vývojové biologii mihule (injekce morpholino, aplikace kuliček nasáklých bílkovinami nebo dokonce první zkoušky transgeneze). Popisujeme pokrok v porozumění a znalostech o anatomii a fyziologii mihule (kostra, imunitní systém a bukální sekrece), ekologii (životní cyklus, embryologie), fylogenezi (duplikace genomu, monofylie cyklostomů), paleontologii, embryonálním vývoji a počátcích mihule genomika. Nakonec ve zvláštním zaměření na nervový systém popisujeme, jak mohou být změny v signalizaci, neurogenezi nebo migračních vzorcích neuronů během vývoje mozku původem některých důležitých rozdílů pozorovaných mezi mozky lamprey a gnathostome.

Toto je náhled obsahu předplatného, ​​přístup prostřednictvím vaší instituce.


Obsah

Lampreys žijí převážně v pobřežních a sladkých vodách a nacházejí se ve většině mírných oblastí. Některé druhy (např. Geotria australis, Petromyzon marinus, a Entosphenus tridentatus) urazí značné vzdálenosti na otevřeném oceánu [10], což dokazuje jejich nedostatečná reprodukční izolace mezi populacemi. Jiné druhy se nacházejí ve vnitrozemských jezerech. Jejich larvy (munice) mají nízkou toleranci k vysokým teplotám vody, což může vysvětlovat, proč nejsou distribuovány v tropech.

Distribuci Lamprey může nepříznivě ovlivnit nadměrný rybolov a znečištění. V Británii byly v době dobytí lampióny nalezeny tak daleko proti proudu řeky Temže jako Petersham [ Citace je zapotřebí ]. Snížení znečištění v Temži a River Wear vedlo k nedávným pozorováním v Londýně a Chester-le-Street. [11] [12]

Distribuce lampových můstků může být také nepříznivě ovlivněna přehradami a jinými stavebními projekty v důsledku narušení migračních tras a překážek přístupu na třecí místa. Naopak výstavba umělých kanálů odhalila nová stanoviště pro kolonizaci, zejména v Severní Americe, kde se mořské lampre staly významným zavlečeným škůdcem ve Velkých jezerech. Aktivní řídicí programy pro ovládání lampových lamp procházejí úpravami kvůli obavám o kvalitu pitné vody v některých oblastech. [13]

Základní vnější anatomie mihule

Úpravy anatomie

Dospělí se povrchně podobají úhořům v tom, že mají prodloužená těla bez měřítka a mohou se pohybovat od 13 do 100 cm (5 až 40 palců) na délku. Protože chybí spárované ploutve, dospělí lampíci mají velké oči, jednu nosní dírku na temeni hlavy a sedm žaberních pórů na každé straně hlavy.

Mozek mihule se dělí na přední mozek, diencephalon, střední mozek, mozeček a dřeň. [14]

Srdce mihule je před střevy. Obsahuje sinus, jedno atrium a jednu komoru chráněnou perikardiální chrupavkou. [14]

Epifýza, fotosenzitivní orgán regulující produkci melatoninu zachycením světelných signálů přes buňku fotoreceptoru a jejich přeměnou na mezibuněčné signály mihule se nachází ve střední linii jejího těla, u mihule je epifýza doprovázena parapineálním orgánem. [15]

Bukální dutina, před gonádami, je zodpovědná za připojení pomocí sání buď ke kameni nebo ke své kořisti. To pak umožňuje jazyku, aby mohl být v kontaktu s kamenem, aby rašil řasy, nebo trhal maso své kořisti, aby mohl pít jejich krev. [16]

Hltan je rozdělen na ventrální část a tvoří dýchací trubici, která je izolována od úst ventilem nazývaným velum. Jedná se o přizpůsobení způsobu krmení dospělých tím, že brání tělním tekutinám kořisti unikat žábrami nebo narušuje výměnu plynu, která probíhá čerpáním vody dovnitř a ven ze žaberních sáčků místo toho, aby se přijímala ústy.

Jednou z klíčových fyzických součástí svítilny jsou střeva, která jsou umístěna ventrálně k notochordu. Střeva pomáhají při osmoregulaci tím, že odebírají vodu z jejího prostředí a odsolí vodu, kterou přijímají, do izoosmotického stavu s ohledem na krev, a jsou také zodpovědné za trávení. [17]

V blízkosti žábry jsou oči, které jsou špatně vyvinuté a pohřbené pod kůží v larvách. Oči dokončí svůj vývoj během metamorfózy a jsou pokryty tenkou a průhlednou vrstvou kůže, která se v konzervačních látkách stává neprůhlednou. [18]

Upravit morfologii

Unikátní morfologické vlastnosti lampýřů, jako je jejich chrupavčitá kostra, naznačují, že jsou sesterským taxonem (viz kladistika) všech živých čelistních obratlovců (gnathostomes). Obvykle jsou považováni za nejzákladnější skupinu obratlovců. Místo pravých obratlů mají nad chobotnicí uspořádanou řadu chrupavčitých struktur zvaných arcualia. Sýkora obecná, která se podobá lampám, byla tradičně považována za sesterský taxon skutečných obratlovců (lamprei a gnathostomes) [19], ale důkazy DNA naznačují, že jsou ve skutečnosti sesterským taxonem lampreys. [20]

Studie ukázaly, že lampové lampy patří mezi energeticky nejúčinnější plavce. Jejich plavecké pohyby vytvářejí kolem těla nízkotlaké zóny, které spíše táhnou, než tlačí svá těla vodou. [21]

Výzkum na mořských lampách odhalil, že sexuálně zralí muži používají ke stimulaci žen speciální tkáň produkující teplo ve formě hřebene tukových buněk poblíž přední hřbetní ploutve. Poté, co přitáhne ženu s feromony, teplo detekované ženou prostřednictvím tělesného kontaktu podpoří tření. [22]

Vzhledem k určitým zvláštnostem jejich adaptivního imunitního systému poskytuje studium lampýřů cenný pohled na vývoj adaptivní imunity obratlovců. Leukocyty mihule, generované ze somatické rekombinace repetičních genových segmentů bohatých na leucin, exprimují povrchově variabilní receptory lymfocytů (VLR). [23] Tato konvergentně vyvinutá charakteristika jim umožňuje mít lymfocyty, které fungují jako T buňky a B buňky přítomné v imunitním systému vyšších obratlovců. [24]

Severní lampýři (Petromyzontidae) mají mezi obratlovci nejvyšší počet chromozomů (164–174). [25]

Váčkovaný mihule (Geotria australisLarvy mají také velmi vysokou toleranci volného železa v těle a mají dobře vyvinuté biochemické systémy pro detoxikaci velkého množství těchto kovových iontů. [26]

Lampreys jsou jediným existujícím obratlovcem, který má čtyři oči. [27] Většina lampiček má dvě další temenní oči: epifýzu a parapineu (výjimkou jsou členové Mordacia). [28]

Adaptace Upravit

Různé druhy mihule mají mnoho společných fyzických vlastností. Stejná anatomická struktura však může u mihule plnit různé funkce v závislosti na tom, zda je nebo není masožravý. Například nemasožravé druhy používají zuby k škrábání řas ze skal za potravou [29], místo aby vrtali do masa hostitelů. Ústa a sací schopnosti mihule mihule nejen umožňují přilnout k rybě jako parazitovi [30], ale poskytují jí také omezené lezecké schopnosti, aby mohla cestovat proti proudu a po rampách nebo skalách k chovu. [31] [30] Tato schopnost byla studována ve snaze lépe porozumět tomu, jak lampreys bojuje proti proudu a postupuje vpřed, přestože je schopen držet se skály pouze v jednom bodě. [31] Někteří vědci také doufají, že navrhnou rampy [31], které budou optimalizovat lezecké schopnosti mihule, protože lampreové jsou na severozápadě ceněni jako potravina a potřebují se dostat nahoru, aby se reprodukovali. [30]

Zdá se, že poslední společný předek lampářů byl specializován na krmení krví a tělními tekutinami jiných ryb po metamorfóze. [32] Připevňují ústí do těla cílového zvířete, poté pomocí tří nadržených dlažek (laminae) na špičce svého pístového jazyka, jedné příčně a dvou podélně umístěných, škrábou povrchové tkáně, dokud nedosáhnou tělních tekutin. [33] Zuby na jejich ústním disku slouží primárně k tomu, aby se zvíře připoutalo ke své kořisti. [34] Zuby mihule jsou vyrobeny z keratinu a dalších proteinů a mají duté jádro, které poskytuje prostor pro výměnu zubů rostoucích pod těmi starými. [35] Některé z původních forem krmení krve se vyvinuly v druhy, které se živí krví i masem, a některé, které se specializovaly na maso a mohou dokonce napadnout vnitřní orgány hostitele. Tkáňové podavače mohou také zahrnovat zuby na ústním disku při excizi tkáně. [36] Výsledkem je, že podavače masa mají menší bukální žlázy, protože nevyžadují nepřetržitou produkci antikoagulancií a mechanismy, které zabraňují vstupu pevného materiálu do ramenních váčků, které by jinak mohly potenciálně ucpat žábry. [37] Studie obsahu žaludku u některých lampýřů ukázala zbytky střev, ploutví a obratlů z jejich kořisti. [38] Přestože k útokům na lidi dochází, [39] obecně na lidi nezaútočí, pokud neumřou hlady. [40] [19]

Masožravé formy daly vznik masožravým druhům, které se živí řasami, [41] a občas byli pozorováni „obří“ jedinci z jinak malého amerického potočníka, což vedlo k hypotéze, že se někdy jednotliví členové nemasožravých forem vracejí na masožravý životní styl jejich předků. [42]

Další důležitou adaptací mihule je její maskování. Podobně jako mnoho jiných vodních druhů má většina lampíků tmavě zbarvená záda, která jim při pohledu shora dravcem umožňují splynout se zemí pod zemí. Jejich světlé spodní strany jim umožňují splynout s jasným vzduchem a vodou nad nimi, pokud je dravec vidí zespodu.

Zbarvení mihule se může také lišit podle oblasti a konkrétního prostředí, ve kterém se daný druh nachází. Některé druhy lze rozlišit podle jejich jedinečného označení - např. Geotria australis jedinci mají v dospělosti dva namodralé pruhy po celé délce těla. [43] Tato označení lze také někdy použít k určení, v jaké fázi životního cyklu se lampáš nachází G. australis jedinci tyto pruhy ztrácejí, když se přiblíží k reprodukční fázi a začnou cestovat proti proudu. [43] Dalším příkladem je Petromyzon marinus, která se v reprodukčním stádiu svého životního cyklu přesouvá spíše do oranžové barvy.

Úpravy životního cyklu

Dospělí se rozmnožují v hnízdech písku, štěrku a oblázků v čistých potocích a po vylíhnutí z vajíček se mladé larvy - nazývané munice - budou unášet proudem dolů, dokud nedosáhnou měkkého a jemného sedimentu v kalových lůžkách, kde se zavrtají bahno, bahno a suť, které začaly existovat jako filtrační krmítka, shromažďovaly trosky, řasy a mikroorganismy. [44] Oči larev jsou nedostatečně vyvinuté, ale jsou schopné rozlišovat změny osvětlení. [45] Ammocoety mohou růst od 3–4 palců (8–10 cm) do asi 8 palců (20 cm). [46] [47] Mnoho druhů mění barvu během denního cyklu, ve dne je tmavý a v noci bledý. [48] ​​Kůže má také fotoreceptory, buňky citlivé na světlo, většina z nich je soustředěna v ocase, což jim pomáhá zůstat pohřbeni. [49] Lampreys může strávit až osm let jako munice [50], zatímco druhy, jako je mihule arktická, mohou strávit pouze jeden až dva roky jako larvy [51], než podstoupí metamorfózu, která obvykle trvá 3–4 měsíce, ale se může mezi druhy lišit. [52] Při metamorfóze nejedí. [53]

Rychlost pohybu vody napříč krmným zařízením munice je nejnižší zaznamenaná u jakéhokoli zvířete krmícího suspenzí, a proto ke splnění svých nutričních potřeb vyžadují vodu bohatou na živiny. Zatímco většině (bezobratlých) suspenzních krmiv se daří ve vodách obsahujících méně než 1 mg suspendovaných organických pevných látek na litr (<1 mg/l), ammocoety vyžadují minimálně 4 mg/l, přičemž koncentrace v jejich stanovištích byly naměřeny až do 40 mg/l . [54]

Během metamorfózy mihule ztrácí žlučník i žlučové cesty, [55] a endostyle se mění ve štítnou žlázu. [56]

Některé druhy, včetně těch, které nejsou masožravé a nekrmí se ani po metamorfóze, [53] žijí ve sladkých vodách po celý svůj životní cyklus, rozmnožují se a hynou krátce po metamorfóze. [57] Naproti tomu mnohé druhy jsou anadromní a migrují do moře, [53] začínají se živit jinými zvířaty, zatímco stále plavou po proudu, protože jim metamorfóza poskytuje oči, zuby a sající tlamu. [58] [57] Anadromní jsou masožraví, živí se rybami nebo mořskými savci. [10] [59] [60]

Anadromní lampáři stráví v moři až čtyři roky, než migrují zpět do sladké vody, kde se rozmnožují. Dospělí si pohybem kamení vytvářejí hnízda (nazývaná červeň) a samice uvolňují tisíce vajíček, někdy až 100 000. [57] Samec, propletený se samicí, oplodňuje vajíčka současně. Být semelparous, oba dospělí umírají po oplodnění vajíček. [61]

Taxonomové umisťují do podčeledi Vertebrata kmene Chordata, do něhož patří také bezobratlý subphyla Tunicata (mořská stříkačka) a rybí Cephalochordata (kopinaté nebo Amphioxus), lampiše a jeleny. Nedávné molekulární a morfologické fylogenetické studie umístily lampáše a jeleny do nadtřídy Agnatha nebo Agnathostomata (obojí znamená bez čelistí). Druhou nadtřídou obratlovců je Gnathostomata (ústa s čelistmi) a zahrnuje třídy Chondrichthyes (žraloci), Osteichthyes (kostnaté ryby), Amphibia, Reptilia, Aves a Mammalia.

Někteří vědci klasifikovali lamprey jako jediné přežívající zástupce Linneanské třídy Cephalaspidomorphi. [62] Cephalaspidomorpha je někdy uváděn jako podtřída Cephalaspidomorphi. Fosilní důkazy nyní naznačují, že lampáři a cephalaspids získali své sdílené postavy konvergentní evolucí. [63] [64] Jako taková, mnoho novějších děl, jako například čtvrté vydání Ryby světa, zařaďte lampové žárovky do samostatné skupiny zvané Hyperoartia nebo Petromyzontida, [62] ale zda se skutečně jedná o clade, je sporné. Jmenovitě bylo navrženo, aby „Hyperoartia“ bez mihule byly ve skutečnosti blíže k čelistním obratlovcům.

Bez ohledu na diskusi o jejich systematičnosti představují lampové věže jediný řád Petromyzontiformes. Někdy je stále vidět alternativní pravopis "Petromyzoniformes", na základě argumentu, že typový rod je Petromyzon a ne „Petromyzonta“ nebo podobné. Po většinu 20. století byla obě jména používána bez rozdílu, dokonce i stejným autorem v dalších publikacích. V polovině 70. let byla ICZN vyzvána, aby opravila jedno nebo druhé jméno, a po dlouhé debatě musel problém vyřešit hlasováním. V roce 1980 tedy zvítězilo hláskování s „t“ a v roce 1981 se stalo oficiálním, že všechny taxony vyšší úrovně založené na Petromyzon muset začít „Petromyzont-“.

Následující taxonomie je založena na ošetření společností FishBase v dubnu 2012 s fylogenezí sestavenou Mikko Haaramem. [65] V řádu je 10 žijících rodů ve třech rodinách. Dva z nich jsou dnes na úrovni rodu monotypické a v jednom z nich je rozpoznán jediný žijící druh (i když se může jednat o kryptický druhový komplex): [66]

Geotria Šedá 1851 (pytlík obecný)

Mordacia Šedá 1853 (lampry jižní)

  • Geotria australisŠedá 1851 (Měchýř obecný)
  • Mordacia lapicida(Šedá 1851) (Mihule chilská)
  • Mordacia mordax(Richardson 1846) (Mihule australská)
  • Mordacia praecoxPotter 1968 (Neparazitární/mihule australská)
  • Petromyzon marinusLinnaeus 1758 (Mihule mořská)
  • Ichthyomyzon bdellium(Jordan 1885) (Mihule ohio)
  • Ichthyomyzon castaneusGirard 1858 (Mihule kaštanová)
  • Ichthyomyzon fossorReighard & amp Cummins 1916 (Mihule severní)
  • Ichthyomyzon gageiHubbs & amp Trautman 1937 (Mihule jižní)
  • Ichthyomyzon greeleyiHubbs & amp Trautman 1937 (Mihule horská)
  • Ichthyomyzon unicuspisHubbs & amp Trautman 1937 (Mihule stříbrná)
  • Caspiomyzon wagneri(Kessler 1870) Berg 1906 (Mihule kaspická)
  • Caspiomyzon graecus(Renaud & amp Economidis 2010) (Mihule jónská)
  • Caspiomyzon hellenicus(Vladykov et al., 1982) (Mihule řecká)
  • Blíženci TetrapleurodonÁlvarez 1964 (Mihule mexická)
  • Tetrapleurodon spadiceus(Bean 1887) (Mihule mexická)
  • Entosphenus follettiVladykov & amp Kott 1976 (Mihule potoka severní)
  • Entosphenus lethophagus(Hubbs 1971) (Mihule potoka Pit-Klamath)
  • Entosphenus macrostomus(Beamish 1982) (Mihule jezerní)
  • Entosphenus minimus(Bond & amp Kan 1973) (Mihule jezerní)
  • Entosphenus similisVladykov & amp Kott 1979 (Mihule říční Klamath)
  • Entosphenus tridentatus(Richardson 1836) (Mihule pacifická)
  • Lethenteron alaskenseVladykov & amp Kott 1978 (Mihule aljašského potoka)
  • Lethenteron dodatek(DeKay 1842) (Mihule potoční)
  • Lethenteron camtschaticum(Tilesius 1811) (Mihule arktická)
  • Lethenteron kessleri(Anikin 1905) (Mihule sibiřského potoka)
  • Lethenteron ninaeNaseka, Tuniyev & amp Renaud 2009 (Mihule západní zakavkazská)
  • Lethenteron reissneri(Dybowski 1869) (Mihule potoka Dálného východu)
  • Lethenteron zanandreai(Vladykov 1955) (Mihule lombardská)
  • Eudontomyzon stankokaramani(Karaman 1974) (Mihule potoční)
  • Eudontomyzon morii(Berg 1931) (Mihule korejská)
  • Eudontomyzon danfordiRegan 1911 (Mihule karpatská)
  • Eudontomyzon mariae(Berg 1931) (Mihule ukrajinská)
  • Eudontomyzon vladykovi(Oliva & amp Zanandrea 1959) (Vladykovův mihule)
  • Lampetra aepyptera(Abbott 1860) (Mihule potoková)
  • Lampetra alavariensisMateus a kol. 2013 (Mihule portugalská)
  • Lampetra auremensisMateus a kol. 2013 (Mihule korejská)
  • Lampetra ayresi(Günther 1870) (Mihule západní)
  • Lampetra fluviatilis(Linnaeus 1758) (Mihule říční)
  • Lampetra hubbsi(Vladykov & amp Kott 1976) (Mihule Kernova)
  • Lampetra lanceolataKux & amp Steiner 1972 (Mihule turecká)
  • Lampetra lusitanicaMateus a kol. 2013 (mihule lusitánská)
  • Lampetra pacificaVladykov 1973 (Mihule potoční)
  • Lampetra planeri(Bloch 1784) (Mihule potoční)
  • Lampetra richardsoniVladykov & amp Follett 1965 (Mihule západní)
  • Entosphenus macrostomusDr. Dick Beamish 1980 (Mihule jezerní Cowichan)

Synapomorfy jsou určité charakteristiky, které jsou sdíleny v průběhu evoluční historie. Za chordáty jsou považovány organismy, které mají v průběhu svého vývoje notochord, hřbetní dutý nervový provazec, faryngeální štěrbiny, hypofýzu/endostyle a post anální ocas. Lampreys obsahují tyto vlastnosti, které je definují jako chordáty. Lampreyova anatomie se velmi liší podle toho, v jaké fázi vývoje se nacházejí. [69] Notochord je odvozen z mezodermu a je jednou z definujících charakteristik chordátu. Notochord poskytuje signalizační a mechanické narážky, které pomáhají organismu při plavání. Hřbetní nervová šňůra je další charakteristikou lampýřů, která je definuje jako strunatce. Během vývoje se tato část ektodermu valí a vytváří dutou trubici. To je často důvod, proč je označován jako hřbetní „dutá“ nervová šňůra. Třetím znakem Chordate, což jsou faryngální štěrbiny, jsou otvory mezi hltanem nebo hrdlem. [70] Faryngeální štěrbiny jsou orgány krmící filtr, které při zpoplatnění pomáhají pohybu vody ústy a ven z těchto štěrbin. Během larvální fáze mihule se spoléhají na krmení filtrem jako na mechanismus získávání potravy. [71] Jakmile lampýři dosáhnou dospělé fáze, stanou se parazity na jiných rybách a tyto žaberní štěrbiny se stanou velmi důležitými pro pomoc při dýchání organismu. Konečná synapomorfie Chordate je post anální ocas, což je svalnatý ocas, který se rozprostírá za konečníkem.

Anatomové často porovnávají dospělé amphioxus a larvy mihule kvůli jejich podobnosti. Podobnosti mezi dospělými amphioxus a larev mihule zahrnují hltan s hltanovými štěrbinami, notochord, hřbetní dutou nervovou šňůru a řadu somitů, které se rozprostírají před očním váčkem. [72]

Fosilní záznam Upravit

Zkameněliny Lamprey jsou vzácné, protože chrupavka nefosilizuje tak snadno jako kost. První fosilní lampéry byly původně nalezeny v raně karbonských vápencích, mořských sedimentech v Severní Americe: Mayomyzon pieckoensis a Hardistiella montanensis, z Mississippian Mazon Creek lagerstätte a vápencová sekvence Bear Gulch. Žádný z dosud nalezených fosilních lamp, nebyl delší než 10 cm (3,9 palce), [73] a všechny paleozoické formy byly nalezeny v mořských ložiscích. [74]

Ve vydání ze dne 22. června 2006 Příroda, Mee-mann Chang a jeho kolegové informovali o fosilním mihuli z yixianského souvrství Vnitřního Mongolska. Nový druh, morfologicky podobný karbonu a jiným formám, dostal jméno Mesomyzonové mengae („Mezozoický mihule Meng Qingwena“).

Neobyčejně dobře zachovaná fosilie vykazovala dobře vyvinutý sací ústní disk, relativně dlouhý ramenní aparát ukazující větvový koš, sedm žaberních váčků, žaberní oblouky a dokonce i otisky žaberních filamentů a asi 80 myomerů jeho svaloviny. Na rozdíl od severoamerických fosilií byla jeho stanovištěm téměř jistě sladká voda. [75]

O několik měsíců později byl ze skal Witteberg Group poblíž Grahamstownu ve východním mysu Jižní Afriky hlášen fosilní mihule ještě starší než rody Mazon Creek. Tento druh se datuje zpět 360 milionů let Priscomyzon riniensis, je velmi podobný dnes nalezeným lampám. [76] [77] [78]

Svítilna byla rozsáhle studována, protože její relativně jednoduchý mozek je v mnoha ohledech považován za odrážející strukturu mozku raných předků obratlovců. Začátek v 70. letech minulého století, Sten Grillner a jeho kolegové z Karolinského institutu ve Stockholmu, navázali na rozsáhlé práce na lampách, které zahájil Carl Rovainen v 60. letech minulého století a které používaly lampu jako modelový systém k vypracování základních principů ovládání motoru u obratlovců začíná v míše a pracuje směrem k mozku. [80]

V sérii studií Rovainena a jeho žáka Jamese Buchanana byly zkoumány buňky, které tvořily nervové obvody v míše schopné generovat rytmické motorické vzorce, které jsou základem plavání. Všimněte si toho, že v schématu sítě stále chybí detaily navzdory tvrzením Grillnera, že síť je charakterizována (Parker 2006, 2010 [81] [82]). Míšní obvody jsou řízeny specifickými pohybovými oblastmi v mozkovém kmeni a středním mozku a tyto oblasti jsou zase řízeny vyššími mozkovými strukturami, včetně bazálních ganglií a tekta.

Ve studii tektumu mihule publikované v roce 2007 [83] zjistili, že elektrická stimulace může vyvolat pohyby očí, laterální pohyby v ohybu nebo plaveckou aktivitu a typ, amplituda a směr pohybu se mění v závislosti na poloze uvnitř tektum, které bylo stimulováno. Tato zjištění byla interpretována jako konzistentní s myšlenkou, že tektum generuje v mihule pohyb zaměřený na cíl.

Lampreys se používají jako modelový organismus v biomedicínském výzkumu, kde se jejich velké retikulospinální axony používají ke zkoumání synaptického přenosu. [84] Axony mihule jsou obzvláště velké a umožňují mikroinjekci látek pro experimentální manipulaci.

Jsou také schopné plného funkčního zotavení po úplné transsekci míchy. Další vlastností je schopnost vymazat několik genů z jejich somatických buněčných linií, asi 20% jejich DNA, které jsou životně důležité během vývoje embrya, ale které u lidí mohou způsobit problémy, jako je rakovina později v životě, poté, co sloužily svému účel. Jak jsou cíleny geny určené k deleci, zatím není známo. [85] [86]

Jako jídlo Upravit

Lampreys se již dlouho používají jako potrava pro lidi. [87] Staří Římané je velmi oceňovali. Ve středověku je široce jedly vyšší vrstvy v celé Evropě, zvláště v postní době, kdy bylo maso zakázáno kvůli jejich masité chuti a struktuře. Anglický král Jindřich I. je prohlašován za milovníka lampírů, že je často snědl pozdě do života a se špatným zdravím proti radám svého lékaře ohledně jejich bohatství, a údajně zemřel po požití „přebytku lampárů“. Není jasné, zda jeho milostivý odpustek skutečně způsobil jeho smrt. [88]

Dne 4. března 1953 bylo královské letectvo vyrobeno korunovačním koláčem královny Alžběty II. Pomocí lampových lamp. [89]

V jihozápadní Evropě (Portugalsko, Španělsko a Francie), ve Finsku a v Lotyšsku (kde se mihule běžně prodává v supermarketech) jsou lampové lampy velmi ceněnou pochoutkou. Ve Finsku (hrabství Nakkila), [90] a Lotyšsku (obec Carnikava) je mihule říční symbolem místa, které se nachází na jejich erbech. V roce 2015 byla lampa z Carnikavy zařazena Evropskou komisí na seznam chráněných označení původu. [91]

Mořský mihule je v Portugalsku nejvyhledávanějším druhem a jedním ze dvou, které mohou legálně nést obchodní název „mihule“ (lampreia): druhá bytost Lampetra fluviatilis, mihule říční, obojí podle Portaria (nařízení vlády č. 587/2006, ze dne 22. června). „Arroz de lampreia“ neboli rýže z mihule je jedním z nejdůležitějších jídel portugalské kuchyně.

Lampreys se také konzumují ve Švédsku, Rusku, Litvě, Estonsku, Japonsku a Jižní Koreji. [ Citace je zapotřebí ] Ve Finsku se běžně jedí grilované nebo uzené, ale také nakládané nebo v octě. [93]

Sliz a sérum několika druhů mihule, včetně mihule kaspické (Caspiomyzon wagneri), říční lampičky (Lampetra fluviatilis a L. planeri) a mořský mihule (Petromyzon marinus), je známo, že jsou toxické a vyžadují důkladné čištění před vařením a konzumací. [94] [95]

V Británii se lampičky běžně používají jako návnada, obvykle jako mrtvá návnada. Štiky, okouny a jeleny lze chytit na lampách. Mražené lampičky lze zakoupit ve většině obchodů s návnadami a náčiním.

Jako škůdci Upravit

Mořské lampreys se staly hlavním škůdcem v severoamerických Velkých jezerech. Obecně se věří, že přístup k jezerům získali kanály na počátku 20. století [96] [97], ale tato teorie je kontroverzní. [98] Jsou považováni za invazivní druhy, v jezerech nemají přirozené nepřátele a jsou kořistí mnoha druhů komerční hodnoty, například pstruhů jezerních. [96]

Lampreys se nyní nacházejí většinou v tocích, které napájejí jezera, a jsou ovládány speciálními zábranami, aby se zabránilo pohybu dospělých proti proudu, nebo aplikací toxických látek nazývaných lampricidy, které jsou neškodné pro většinu ostatních vodních druhů, tyto programy jsou však komplikované a drahé, a nevymazávejte lampové lampy z jezer, ale pouze je udržujte pod kontrolou. [99]

Jsou vyvíjeny nové programy, včetně použití chemicky sterilizovaných samčích lampových lamp metodou podobnou technice sterilního hmyzu. [100] Nakonec byly izolovány feromony kritické pro migrační chování mihule, stanoveny jejich chemické struktury a studován jejich dopad na chování mihule v laboratoři a ve volné přírodě a probíhá aktivní úsilí o chemické zdroje a řešení regulačních úvah, které může umožnit pokračování této strategie. [101] [102] [103]

Řízení mořských lamp na Velkých jezerech je prováděno americkou službou Fish and Wildlife Service a kanadským ministerstvem pro rybolov a oceány a je koordinováno komisí pro rybolov Velkých jezer. [104] Jezero Champlain, ohraničené New Yorkem, Vermontem a Quebecem, a newyorskými Finger Lakes jsou také domovem vysokých populací mořských lamp, které vyžadují kontrolu. [105] Program kontroly mihule Lake Champlain je řízen ministerstvem ochrany životního prostředí státu New York, ministerstvem ryb a divoké zvěře ve Vermontu a americkou službou Fish and Wildlife Service. [105] Newyorský kontrolní program mořské mihule Finger Lakes je řízen výhradně ministerstvem ochrany životního prostředí státu New York. [105]

Ve folkloru Upravit

Ve folklóru se lampám říká „devítiocí úhoři“. Název je odvozen ze sedmi vnějších žaberních štěrbin, které spolu s jednou nosní dírkou a jedním okem lemují každou stranu části hlavy mihule. Stejně tak německé slovo pro lamprey je Neunauge, což znamená „devět očí“, [106] a v japonštině se jim říká yatsume-unagi (八 つ 目 鰻, „osmirokí úhoři“), což vylučuje nosní dírku z počítání. V britském folklóru může být netvor známý jako Lambton Worm založen na mihuli, protože je popisován jako úhořovitý tvor s devíti očima. [ Citace je zapotřebí ]

V literatuře Edit

Vedius Pollio držel kaluž lamp, do které by jako jídlo házeli otroky, kteří v něm vyvolali nelibost. [107] Při jedné příležitosti byl Vedius potrestán Augustem za to, že se o to v jeho přítomnosti pokusil:

. jeden z jeho otroků rozbil křišťálový pohár. Vedius nařídil, aby byl chycen a poté usmrcen, ale neobvyklým způsobem. Nařídil mu, aby byl hozen k obrovským lampám, které měl ve svém rybníčku. Kdo by si nemyslel, že to udělal pro ukázku? Přesto to bylo z krutosti. Chlapec vyklouzl únosci z rukou a uprchl k Augustovým nohám a nepožádal o nic jiného, ​​než o jiný způsob smrti - nechtěl, aby ho sežrali. Augustus byl dojat novostí krutosti a nařídil mu, aby byl propuštěn, aby se mu před očima rozbily všechny křišťálové poháry a rybník se naplnil.

Tento incident byl začleněn do zápletky románu z roku 2003 Pompeje Robert Harris při incidentu, kdy Ampliatus krmil otroka svými lampami.

Lucius Licinius Crassus byl zesměšňován Gnaeus Domitius Ahenobarbus (asi 54 př.nl) za pláč nad smrtí svého mazlíčka:

Když tedy Domitius řekl řečníkovi Crassovi: Neplakal jsi nad smrtí mihule, kterou jsi choval ve svém rybníku? - Copak jsi, řekl mu znovu Crassus, pohřbil tři manželky, aniž bys kdy uronil slzu? - Plutarchu, O inteligenci zvířat, 976a [109]

This story is also found in Aelian (Various Histories VII, 4) and Macrobius (Saturnalia III.15.3). It is included by Hugo von Hofmannsthal in the Chandos Letter:

And in my mind I compare myself from time to time with the orator Crassus, of whom it is reported that he grew so excessively enamoured of a tame lamprey – a dumb, apathetic, red-eyed fish in his ornamental pond – that it became the talk of the town and when one day in the Senate Domitius reproached him for having shed tears over the death of this fish, attempting thereby to make him appear a fool, Crassus answered, "Thus have I done over the death of my fish as you have over the death of neither your first nor your second wife."

I know not how oft this Crassus with his lamprey enters my mind as a mirrored image of my Self, reflected across the abyss of centuries.

In George R. R. Martin's novel series, A Song of Ice and Fire, Lord Wyman Manderly is mockingly called "Lord Lamprey" by his enemies in reference to his rumored affinity to lamprey pie and his striking obesity. [111]

Kurt Vonnegut, in his late short story "The Big Space Fuck", posits a future America so heavily polluted – "Everything had turned to shit and beer cans", in his words – that the Great Lakes have been infested with a species of massive, man-eating ambulatory lampreys. [112]


Early evolution of the brain's cortex revealed in new study

A new study on the lamprey brain has enabled researchers at Karolinska Institutet in Sweden to push the birth of the cortex back in time by some 300 million years to over 500 million years ago, providing new insights into brain evolution. The study is published in the scientific journal Nature Ecology & Evolution.

The human brain is one of the most complex structures that evolution has created. It has long been believed that most of the forebrain evolution took place largely in mammals and that the brains of simpler, pre-mammalian animal groups such as fish and amphibians lack a functional cortex. The cortex, which is the outer layer of the brain, controls the more complex cerebral functions like vision and movement and higher skills such as language, memory and emotion.

"We've spent a long time studying brain evolution using the lamprey, which is one of the oldest groups of extant vertebrates," says Sten Grillner, last author of the study and professor of neurophysiology at the Department of Neuroscience, Karolinska Institutet. "Here we've made detailed studies of the lamprey brain, combining neurophysiological analyses with histochemical techniques."

In the study, the researchers show that even the lamprey, which existed hundreds of millions of years before mammals, possesses a detailed blueprint for the development of the cortex, the basal ganglia and the dopamine system -- all the vital ingredients of integrative cerebral function.

The researchers also found that the lamprey's cortex has a visual area on which different parts of its visual field are represented. Sensory and motor areas have also been discovered.

"This shows that the birth of the cortex has to be pushed back about 300 million years," says Professor Grillner. "This, in turn, means that the basic plan of the human brain was defined already over 500 million years ago, that's to say before the lamprey branched off from the evolutionary line that led to mammals and humans."

The study shows that all the main components of the human brain are also to be found in the lamprey brain, albeit with much fewer nerve cells in each part.

"That vital parts of the lamprey brain are conserved and organised in the same way as in the human brain was unexpected," he continues. "These findings are crucial to our understanding of how the brain evolved and how it has been designed through evolution."

The study was financed with grants from the Swedish Research Council, the EU's Seventh Framework Programme for Research and Technological Development, the Parkinson Foundation and Karolinska Institutet.


Lamprey

Naši redaktoři zkontrolují, co jste odeslali, a určí, zda článek zrevidují.

Lamprey, any of about 43 species of primitive fishlike jawless vertebrates placed with hagfishes in the class Agnatha. Lampreys belong to the family Petromyzonidae. They live in coastal and fresh waters and are found in temperate regions around the world, except Africa. The eel-like, scaleless animals range from about 15 to 100 centimetres (6 to 40 inches) long. They have well-developed eyes, one or two dorsal fins, a tail fin, a single nostril on top of the head, and seven gill openings on each side of the body. Like the hagfishes, they lack bones, jaws, and paired fins. The skeleton of a lamprey consists of cartilage the mouth is a round sucking aperture provided with horny teeth.

Lampreys begin life as burrowing freshwater larvae (ammocoetes). At this stage, they are toothless, have rudimentary eyes, and feed on microorganisms. After several years, they transform into adults and typically move into the sea to begin a parasitic life, attaching to a fish by their mouths and feeding on the blood and tissues of the host. To reproduce, lampreys return to freshwater, build a nest, then spawn (lay their eggs) and die.

Not all lampreys spend time in the sea. Some are landlocked and remain in fresh water. A notable example is a landlocked race of the sea lamprey (Petromyzon marinus). This form entered the Great Lakes of North America and, because of its parasitic habits, had a disastrous killing influence on lake trout and other commercially valuable fishes before control measures were devised. Other lampreys, such as the brook lamprey (Lampetra planeri), also spend their entire lives in fresh water. They are nonparasitic, however, and do not feed after becoming adults instead, they reproduce and die.

Lampreys have long been used to some extent as food. They are, however, of no great economic value.


Lampreys give clues to evolution of immune system

Biologists have discovered that primitive, predatory lampreys have structures within their gills that play the same role as the thymus, the organ where immune cells called T cells develop in mammals, birds and fish.

The finding suggests that in vertebrate evolution, having two separate organs for immune cell development -- the bone marrow for B cells and the thymus for T cells -- may have preceded the appearance of the particular features that mark those cells, such as antibodies and T cell receptors.

The results will be published Feb. 3 by the journal Příroda.

The first author of the paper is postdoctoral fellow Baubak Bajoghli at the Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics in Freiburg, Germany. The co-senior authors are Thomas Boehm, MD, group leader at the Max Planck Institute, and Max Cooper, MD, professor of pathology and laboratory medicine at Emory University School of Medicine and the Emory Vaccine Center, and a Georgia Research Alliance Eminent Scholar.

"Our research has allowed us to see that lampreys have cells that resemble our T cells and B cells, but until recently, we didn't know where they developed or much about how," says Cooper, who made pioneering studies of the "two-arm" nature of the immune system, including defining the role of the thymus, at the University of Minnesota in the 1960s.

"We can now assume that the lamprey has a dual immune defense system similar to that of humans," says Boehm.

For commercial and recreational fishermen, lampreys represent a threat. For biologists, lampreys represent an opportunity to envision the evolutionary past, because of their status as "living fossils" that haven't changed in millions of years. Lampreys are thought to be an early offshoot on the evolutionary tree, before sharks and fish. Their lack of jaws distinguishes them from sharks or other types of fish.

Despite their primitive nature, lampreys do have a surprisingly sophisticated immune system. Blood cells develop in lampreys' typhlosole, an organ that lies next to the intestine. Lampreys have proteins in their blood that grab on to invaders like our antibodies, but structurally, those proteins don't look like antibodies.

Mammals, birds and fish have two types of immune cells, which each develop in separate places. B cells, which produce antibodies, develop in the bone marrow and fetal liver, while T cells, which recognize their targets by cell-to-cell contact, develop in the thymus. In humans, the thymus is located in the upper chest, under the throat.

The vertebrate thymus is a place where developing T cells must "sink or swim," because immature T cells must rearrange certain genes as part of their development. Most of the cells die because the rearrangement process is imprecise, and cells with improperly rearranged genes are screened out. The Emory/Max Planck team discovered that this same type of screening of non-functional genes appears to be occurring in the lamprey "thymoids" located in the tips of the gill filament.

"We don't know much about how this process is happening, but we were able to show that functional copies are found in the blood, while non-functional copies are only found in the thymoid," Cooper says.

In addition, in cells lining both the vertebrate thymus and lamprey thymoid, a gene is turned on (FOXN1) that is essential for thymus development in mice and humans, the scientists found. Mice that have this gene mutated lack a thymus and are called "nude" mice because they have no hair.

"Taken together, the results suggest that this basic feature of the immune system, where two types of cells develop in separate places, may have evolved before jawed and jawless vertebrates split onto different paths," Cooper says. "Having two companion arms of the immune system may be important so that the two arms can regulate each other and prevent autoimmunity."

The research was supported by the Max-Planck Society, the German Research Foundation, the National Institutes of Health and the Georgia Research Alliance.

Příběh Zdroj:

Materiály poskytnuté Emory University. Poznámka: Obsah lze upravit podle stylu a délky.


Learning from Lampreys

Lampreys are described as primitive predators, aggressive flesh feeders, and piston-tongued parasites. To watch a lamprey attach itself to the glass of an aquarium or dangle off the side of an unfortunate fish causes an involuntary shudder. 

In the Great Lakes region, lampreys are viewed as fish-killing pests and an invasive species and are regularly poisoned to control their numbers. In Europe during the Middle Ages they were considered a delicacy. 

But in immunologist Max Cooper’s Emory Vaccine Center lab, researchers see lampreys as windows into the distant past and biomedical treasure troves that may contain disease-fighting secrets from another eon. 

Max Cooper, a Georgia Research Alliance Eminent Scholar, is interested in the lamprey’s unique immune system, which separated from our own about 500 million years ago. Here he holds a juvenile lamprey.

Lampreys and their close cousins, hagfish𠅋oth jawless vertebrates𠅊re early offshoots on the evolutionary tree, having diverged from jawed fish and sharks and, ultimately, humans, hundreds of millions of years ago. 

“Our studies led to the discovery that two very different types of adaptive immune systems have evolved in vertebrates,” says Cooper. Adaptive immune systems can “remember” and target certain pathogens they have਎ncountered before. 

While lampreys may look primitive, like parasitic tubes with teeth, they have sophisticated immune systems, which is why Cooper is interested in them.

To defend themselves against microbes, lampreys’ immune cells produce proteins that grab onto foreign substances, much the same as our own antibodies. But these proteins don’t look anything like the antibodies found in mammals, birds, and jawed fish.

So studying these creatures provides scientists a glimpse of where the human immune system came from𠅊s well as how ours might have looked if evolution had taken a different path. 

While vertebrates went on to develop jaws, and eventually evolved into mammals, primates, and humans, vertebrates without jaws (lampreys and hagfish) stayed similar in form to their genetic forebears.

Max Cooper, a Georgia Research Alliance Eminent Scholar, is interested in the lamprey’s unique immune system, which separated from our own about 500 million years ago. Here he holds a juvenile lamprey.

Mature lampreys attach themselves to fish and feed on their innards or their blood. While adults can extend as long as your arm, Cooper’s lab studies the finger-sized larvae. In the wild, these lamprey larvae feed on the muck at the bottom of streams and rivers for a few years before getting big enough to go foraging. “We work with the juveniles, which are like teenagers if humans became adults at age 50,” says Jonathan Rast, senior scientist.

In Emory’s animal facilities, scientists keep lampreys in tubs and feed the larvae brewer’s yeast. Cooper’s lab gets its lampreys from biologists in the Midwest, who catch lampreys by first stunning them with electricity.

“We used to do the same kind of thing when I was growing up in Mississippi,” Cooper says. “It was called ‘telephone fishing’ because someone would crank the magnet from a telephone.”

The story of why lampreys came to attract Cooper’s attention, however, begins more than five decades ago—not with fish, but with fowl. 

Invader Alert

Two main types of white blood cells, or lymphocytes, drive our adaptive immune responses: T cells, which use cell-to-cell contact, and B cells, which produce antibodies.

T cells shuttle through our bodies ready to respond to invaders—think K-9 sniffers. Some T cells can target and kill cells that are infected by viruses because tiny traces of the invader are found on the target cells’ surfaces. 

In contrast, B cells are like factories designed to make bombs (antibodies) that will blow up one specific enemy.

We know about B cells and T cells because of pioneering work done by Cooper in the 1960s with Robert Good at the University of Minnesota that helped lay the foundation for modern immunology. 

Cooper started his career as a pediatrician and became interested in children with inherited immunodeficiencies. One group of kids had trouble fighting viruses, while others had trouble making antibodies. 

This led him to study birds, because in the 1950s, researchers at Ohio State had already had some success modeling antibody deficiency in chickens.

B is for bursa

B cells are named after an organ found only in birds, called the bursa of Fabricius. T cells are named after the thymus, where they develop in both birds and mammals. 

Cooper and Good were the first to demonstrate that the B cells needed for antibody production develop in the bursa, and that B cells and T cells develop in different places.

“The effect of this accomplishment is difficult to overstate,” wrote Alexander Gitlin and Michel Nussenzweig in the journal Příroda. “Through their discovery of the B and T cell systems, Cooper and his colleagues set in motion a series of landmark findings… As these discoveries continue to affect human health, it remains important to remember their origins in an experiment performed 50 years ago, by Cooper, in chickens.”

In humans, the precursors of B cells and T cells begin in the bone marrow but develop along different paths, reuniting in the spleen and lymph nodes, where they collaborate to mount immune responses and take down pathogens.

In the 1970s, the discovery of B cells gave birth to monoclonal antibody technology. Basically, this allowed researchers to make clones of antibodies that target particular cells or proteins.

Over the past few decades the FDA has approved more than a dozen monoclonal antibodies to treat cancers. Because they can more specifically target cancer cells, antibodies aren’t as destructive to healthy cells as chemotherapy or radiation.

More recently, monoclonal antibodies have been enlisted to fine-tune the immune system. The drug that enabled former President Jimmy Carter to beat metastatic melanoma? A monoclonal antibody. 

Researchers have created antibodies for even more diseases, such as inherited high cholesterol, rheumatoid arthritis, multiple sclerosis, and Ebola.

Disease-fighting clues

Cooper had begun studying lampreys and their immune systems to figure out which came first, B cells or T cells. The secondary benefits of this research are still unfolding: What kinds of disease-fighting clues and cures might lamprey antibodies contain?

Lampreys’ antibody-like molecules are called “variable lymphocyte receptors” or VLRs. 

Masa Hirano, assistant professor of pathology and laboratory medicine, is investigating new lymphocytes (B and T cells) in lampreys.

Masa Hirano, assistant professor of pathology and laboratory medicine, is investigating new lymphocytes (B and T cells) in lampreys.

When Cooper and colleagues first discovered VLRs at the University of Alabama-Birmingham, the scientists recognized that they might also have potential as diagnostic tools or cancer-fighting drugs. 

When Cooper came to Emory in 2008, his team continued to explore how to harness lamprey antibodies’ unique properties. VLRs could offer some advantages over standard, mammalian antibodies that are currently used against cancer and autoimmune diseases. As proteins, VLRs are sturdy and don’t need to be refrigerated. And they are simple—they come in one piece and are easier to engineer genetically.

“In every case we’ve tested, VLRs were more specific than a standard antibody,” Cooper says, citing experiments in which lamprey antibodies were isolated after the lampreys were immunized with anthrax spores. 𠇎ven when VLRs recognize the same target as a conventional antibody, they recognize it differently. I think it’s because their structure is simpler and more rigid.”

And possibly, a whole lot older.

500 million year advantage  

Lamprey antibodies are relative strangers to certain modern pathogens. When fighting disease, this lack of antibody familiarity allows doctors a leg up. 

Because VLRs come from vertebrates so far removed from humans, they can be used to target important molecules that have persisted in similar form through millions of years of evolution—so-called 𠇌onserved antigens.” 

Our immune system generates vast libraries of potential antibodies, but the ones that react against “self”(something already in the body) are generally muted or edited out. If they weren’t, our immune system would be in perpetual overdrive, similar to what occurs in autoimmune diseases. 

If researchers are trying to make antibodies against something in mice, they can get around this muting response by immunizing and collecting antibodies from different animals—say, rabbits or goats—instead. But what if they are dealing with a molecule that’s common to almost all mammals? That’s where lampreys come in. “It’s hard to generate a classical monoclonal antibody against a conserved antigen,” Cooper says. 𠇋ut if you are separated by 500 million years of evolution, like lampreys are, you may have a better chance.”

One example of an immune target that has been difficult is plasma cells, the bone marrow cells that churn out antibodies. In a sense, plasma cells are specialized, fully mature B cells the healthy counterparts to multiple myeloma cells. 

Former Cooper lab member Goetz Ehrhardt, now at the University of Toronto, immunized lampreys with bone marrow from a multiple myeloma patient. Scientists were able to pick out a VLR that reacted specifically with plasma cells and myeloma cells. The VLR they found targets the same molecule as a recent FDA-approved treatment for multiple myeloma—proof that lamprey antibodies could be useful.

�use of the unique origins of lamprey antibodies and their radically distinct protein architecture, these molecules may be able to recognize structures that conventional antibodies cannot,” Ehrhardt says. 

Weaponizing antibodies

A biotech company called NovAb, formed with the help of the Georgia Research Alliance, aims to commercialize lamprey antibodies. NovAb created a “weaponized” version of the same antibody that recognizes plasma cells and has shown good results in the lab. In mice, this version works just as well as standard treatments, says company CEO Ed Cannon.

In Emory’s Department of Pediatrics, Associate Professor Trent Spencer and graduate student Robert Moot have also been experimenting with lamprey antibodies for possible use against leukemia or neuroblastoma, a common form of tumor in children.  

Looking ahead, Cannon and Cooper say that lamprey-derived molecules may have special roles to play that ordinary antibodies can’t. “We are not interested in reproducing or replacing existing drugs,” Cannon says. “We are more interested in targeting molecules against which conventional antibody technology has been often unsuccessful.” 

One possible target: brain cancer stem cells.  

While the potential anticancer weapons proliferate, Cooper’s lab continues to unearth more of lampreys’ basic biology. 

Despite the progress of the last decade, how lampreys slice and dice their genes to create a huge variety of antibodies is still mysterious. 

And, perhaps because of lampreys’ status as pests, little is known about the viruses that lampreys’ immune systems are called upon to fight. “Viruses played a huge role in shaping the evolution of the vertebrate immune system,” says virologist and cell death expert Ed Mocarski, an Emory Woodruff Professor in microbiology and immunology. “If more is known about viruses that infect lampreys, it could unlock other molecular details about lamprey immunology.”

Lamprey antibody technology also could be applied against HIV, influenza, and other infectious agents. 

Although ancient in origin, lampreys could become the foundation for the next generation of immunotherapy weapons, able to boost our body’s own ability to fight disease.

That’s enough to make these toothy parasites seem downright valiant. 


Souhrn

The information that is now available provides powerful clues to the sequence of events that occurred during the evolution of the vertebrate eye. That process involved a vast number of slight improvements to a primordial photoreceptive region, though very few of the transitional steps have survived to the present day, because of competition from animals with eyes that were superior. Furthermore, there are likely to be few signs in the fossil record because the refinements occurred in soft tissue that is rarely preserved. We propose that the “eye” of the hagfish provides a glimpse into a state that arose some 530 Mya, in which craniate animals had evolved bilateral non-imaging photoreceptive organs. The subsequent stages of evolution of the optical apparatus and information-processing capacity of the retina occurred with remarkable rapidity, within a period of 30 million years, so that by 500 Mya early vertebrates possessed eyes fundamentally similar to our own.


Možnosti přístupu

Získejte plný přístup k deníku na 1 rok

Všechny ceny jsou ČISTÉ ceny.
DPH bude přidáno později v pokladně.
Výpočet daně bude dokončen při pokladně.

Získejte časově omezený nebo plný přístup k článkům na ReadCube.

Všechny ceny jsou ČISTÉ ceny.


Jawless fish brains more similar to ours than previously thought

(top) The embryonic gnathostome brain based on a mouse embryo (day 12.5). Inset shows a transverse section at the level of the hindbrain showing the position of the rhombic lip. (middle and bottom) Embryonic hagfish and lamprey brains (stages 53 and 26, respectively) as revealed by the present study. rl, rhombic lip MGE, medial ganglionic eminence. Credit: RIKEN

Researchers at the RIKEN Evolutionary Morphology laboratory and other institutions in Japan have shown that complex divisions in the vertebrate brain first appeared before the evolution of jaws, more than 500 million years ago. Published in Příroda, the study shows that two elements of brain genoarchitecture thought to be unique to jawed vertebrates are actually present in two jawless fish—the hagfish and lamprey.

Most living vertebrate species have jaws, a development thought to have occurred sometime in the Paleozoic era. Jawed vertebrates—including humans—share many developmental characteristics that have remained unchanged for millennia. The brain's basic developmental plan was thought by many scientists to have reached completion in jawed vertebrates because the brains of lampreys and hagfish—the only jawless fish that remain alive today—seem to lack two key domains.

Recent evidence brought this into question, and as the only lab in the world able to study hagfish embryos, the RIKEN team led by Shigeru Kuratani was in a unique position to use techniques derived from developmental biology to tackle this critical issue.

The vertebrate brain develops from a neural tube that is divided into sections. The development of each section is very specific, and is controlled by the expression of particular genes at very precise times and locations. These gene-expression patterns—or the genoarchitecture—are highly conserved in jawed vertebrates. Lampreys—a type of jawless fish—appear to lack two brain regions common to jawed vertebrates—the cerebellum and a region called the medial ganglionic eminence, or MGE, from which the pallidum and cortical interneurons originate.

In jawed vertebrates, the MGE develops from a forward section of the neural tube that expresses Nkx2.1 and Hedgehog genes, and the cerebellum develops from a region called the rhombic lip that expresses Pax6. In hagfish, the team found a region in the correct location that expresses both Nkx2.1 and a Hedgehog gene that was identified for the first time in this study. This indicated that the hagfish brain does indeed have an MGE region. Similarly, although hagfish do not have a true cerebellum, the team was able to identify a clear rhombic lip region that expresses Pax6.

At this point, the team was confident that the brains of both hagfish and jawed vertebrates contain similar developmental patterning.

"The problem was that lampreys had not yet been shown to have a similar patterning," explains Kuratani. "The shared pattern of brain development between hagfish and jawed vertebrates raised the possibility that the apparently primitive brain of the lamprey is simply a lamprey-unique characteristic."

Additionally, without an answer to the lamprey question, these shared patterns could be interpreted as changes that independently occurred in each lineage—jawed and jawless—after they split from each other.

To address the issue, the team reinvestigated the lamprey, and discovered several new Nkx2.1 genes expressed in the correct location, but did not find any Hedgehog expression, indicating that the lamprey MGE is slightly different from that found in jawed vertebrates. Then the team looked at lamprey larvae and found a rhombic-lip like region that expresses Pax6B, albeit slightly differently than in hagfish or jawed vertebrates.

"We found that jawed-vertebrate patterning was more similar to the hagfish than to lampreys," says Kuratani, "and the evidence indicates that this is likely due to secondary evolutionary changes in lamprey evolution, rather than changes unique to jawed vertebrates."

"With these new findings from hagfish and lampreys, we have shown that both of the extant jawless-fish species have a rhombic lip and an MGE —the sources of the cerebellum, pallidum, and GABAergic interneurons in jawed vertebrates. This firmly places the development of these genoarchitectural patterns back to a common ancestor shared by jawless and jawed vertebrates."


Podívejte se na video: INCREDIBLE Lamprey Dissection! LAMPREY. River Monsters (Leden 2022).