Cea mai misterioasă fosilă vie îşi dezvăluie secretele

Descoperirea „peştelui cu picioare” în 1938 răspundea unei vechi dorinţe a biologilor – aceea de a găsi „veriga lipsă” dintre peşti şi animalele tetrapode – cu patru membre – care au colonizat mediul terestru în urmă cu aproximativ 395 milioane de ani.

Chiar dacă cercetările ulterioare au pus la îndoială faptul că peştele nou-descoperit ar fi fost strămoşul direct al tetrapodelor, descoperirea rămâne una extraordinară, de referinţă în istoria zoologiei. Iată, pe scurt, povestea:

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

La data de 23 decembrie 1938, Hendrik Goosen, căpitan al vasului de pescuit Nerine, s-a întors în portul sud-african East London, după o expediţie de pescuit oceanic între gurile de vărsare ale râurilor Chalumna şi Ncera, de pe coasta de vest a ţării. Căpitanul obişnuia ca, atunci când avea în captură peşti mai interesanţi, să-i dea de ştire unei prietene, Marjorie Courtenay-Latimer, care lucra la muzeul din East London. A sunat-o şi de data acesta, spunându-i că pusese deoparte pentru ea un peşte cu totul deosebit.

Marjorie Courtenay-Latimer a fost bucuroasă să primească peştele ciudat dar, deşi a căutat în toate cărţile pe care le-a avut la dispoziţie, nu a reuşit să îşi dea seama cu ce specie avea de-a face. L-a sunat pe unul dintre prietenii ei, profesorul de chimie James Leonard Brierley Smith, dar acesta era plecat în vacanţa de Crăciun. Marjorie Courtenay-Latimer nu putea păstra peştele întreg în condiţii bune, aşa că l-a încredinţat unui taxidermist, pentru a fi naturalizat („împăiat”). La întoarcerea din concediu, profesorul J. L. B. Smith şi-a dat imediat seama că avea de-a face cu ceva extraordinar: un reprezentant al grupului străvechi al celacanţilor (Coelacantha), grup considerat dispărut de peste 65 de milioane de ani. Peştele a primit denumirea ştiinţifică de  Latimeria chalumnae, după numele lui Marjorie Courtenay-Latimer şi al râului Chalumna, iar vestea a făcut înconjurul lumii, punându-i pe jar pe biologi şi paleontologi şi alimentând speranţele în descoperirea „verigii lipsă” din lanţul evolutiv ce lega peştii de tetrapode. 

Multă vreme, Latimeria chalumnae a rămas cunoscut sub numele familiar de „celacantul”, pur şi simplu, fiind socotit un „unicat”, de vreme ce nu se cunoştea nicio altă specie din acest grup care să fi supravieţuit până în zilele noastre. Abia la peste o jumătate de veac de la descoperirea lui Latimeria chalumnae, în 1999, a fost descrisă o a doua specie de celacant, Latimeria menadoensis, din apele Indoneziei. La ora actuală, cunoaştem, aşadar, două specii ale acestui vechi grup de peşti: celacantul african (Latimeria chalumnae) şi cel indonezian (Latimeria menadoensis). Dar cine ştie ce alte specii extraodinare şi străvechi, supravieţuitoare ale unor ere geologice îndepărtate, mişună prin adâncurile oceanului, nedescoperite încă? 

Un peşte cu totul aparte

După trei sferturi de veac de cercetări, oamenii de ştiinţă au ajuns să ştie câte ceva despre Latimeria chalumnae; destul de puţin, totuşi destul pentru a-şi da seama că e o făptură cu totul neobişnuită. 

Celacanţii au apărut acum cca. 400 de milioane de ani şi se credea că ar fi dispărut la sfârşitul Cretacicului, acum aproximativ 65 de milioane de ani, în mare extincţie care a a avut loc atunci, cea în care au dispărut şi dinozaurii. Într-adevăr, marea majoritatea speciilor acestui grup au dispărut, fiind cunoscute doar din vestigii fosile. Dar iată că două, cel puţin, au rezistat timpului şi catastrofelor, supravieţuind până azi. În total, au fost descrise aproximativ 80 de specii de celacanţi (incluzându-le şi pe cele două actuale).

Latimeria chalumnae este ceea ce se numeşte, în limbajul familiar, o fosilă vie, iar cu un termen mai nou, „taxon Lazăr”, după numele personajului biblic readus la viaţă. Un taxon Lazăr este o specie sau un grup taxonomic (cum sunt celacanţii) care dispare, la un moment dat, din dovezile fosile (şi de aceea este socotit extinct), dar reapare apoi, după multă vreme. S-a crezut că aceşti peşti, celacanţii, sunt extincţi şi iată că ei trăiesc încă, participând la biodiversitatea lumii prin doi reprezentanţi cunoscuţi.

Latimeria chalumnae îşi merită pe deplin faima de care se bucură printre biologi. Este o creatură cu multe trăsături neobişnuite. De exemplu, cu toate că trăieşte în ocean, ba încă la adâncimi destul de mari, fără a ieşi la suprafaţă, este mai înrudit cu peştii pulmonaţi şi cu tetrapodele decât cu peştii actinopterigieni, grupul de peşti osoşi „obişnuiţi” care constituie 99% din fauna mondială de peşti. 

Are numeroase particularităţi neobişnuite ale scheletului, o inimă alcătuită altfel decât a celorlalţi peşti, un soi de plămân vestigial, umplut cu ţesut adipos, şi alte caracteristici ciudate, care îl deosebesc de marea majoritate a peştilor lumii. 

Nici ouăle sale nu seamănă cu ale altor peşti osoşi: mai toţi depun ouă „multe şi mărunte” – un mare număr de icre de dimensiuni mici comparativ cu talia peştelui adult. În schimb, Latimeria chalumnae „fabrică” nişte ouă de mărimea unor portocale, uriaşe pentru un peşte (chiar pentru un peşte mare ca el, căci poate atinge 1,8 metri în lungime). Specia este ovovivipară, adică ouăle fecundate se dezvoltă în corpul mamei – perioada de gestaţie fiind de cca. 1 an -,  ieşind din ou tot aici, iar femela, în cele din urmă, elimină puii gata eclozaţi (”naşte pui vii”, după expresia curentă).

Iar la exterior, cea mai frapantă trăsătură sunt „labele” – pedunculii musculoşi de care sunt ataşate unele dintre înotătoare şi care îi dau aspectul atât de straniu de „peşte cu picioare”. 

Nu-şi folosesc însă aceste „picioare” pentru a merge pe fundul oceanului, ci înoată sau se lasă duşi de curenţi, folosindu-şi cele 8 înotătoare pentru manevre precise de direcţie. Aceşti peşti trăiesc la adâncimi de 100-500 metri; sunt prădători, hrănindu-se cu alţi peşti; ziua stau ascunşi în crăpături de stânci submarine sau peşteri subacvatice, iar noaptea ies după hrană.

Latimeria chalumnae este considerată o specie ameninţată (la fel ca şi Latimeria menadoensis), deşi se ştiu atât de puţine lcururi despre celacanţii vii de azi, încât adevăratul statut al speciilor este dificil de stabilit. 

Înainte ca lumea ştiinţifică să descopere acest peşte şi să se arate interesată de el, Latimeria chalumnae nu avea probleme în zonele în care trăieşte (Kenya, Tanzania, Mozambic, Africa de Sud, Madagascar, Comore). Era prins uneori, accidental, de pescarii locali, care însă îl aruncau la loc în apă, nu îl consumau, deoarece carnea lui  are un gust neplăcut şi este şi oarecum toxică; conţine cantităţi mari de grăsimi, uree, esteri ai unor acizi graşi şi alte substanţe indigeste ce pot produce diaree. Însă, de când biologii au început să umble după celacanţi, pescarii nu mai aruncă aceşti peşti, ci caută să-i vândă, un comportament care ar putea duce la micşorarea populaţiilor de Latimeria chalumnae. Atât această specie, cât şi „sora” ei, Latimeria menadoensis, fac azi obiectul unor programe de conservare menite să menţină echilibrul populaţiilor. Nici nu mai este necesar să subliniem cât de important este să fie protejate aceste specii – „ferestre” vii spre trecutul îndepărtat al vieţii pe Terra.

Genetica unei fosile vii

Recent, Latimeria chalumnae a cunoscut o revenire în prim-planul cercetărilor. Un grup internaţional de oameni de ştiinţă a reuşit să secvenţieze genomul acestei creaturi, descifrând şi „citind” înşiruirea de gene care cuprind zestrea genetică a acestui animal şi care ar putea explica atât unele dintre trăsăturile lui uimitoare, cât şi mistere mai profunde ale evoluţiei formelor de viaţă de pe Pământ.

Însuşi procesul de secvenţiere a genomului a fost o provocare din multe puncte de vedere. Celacanţii sunt rareori capturaţi, sunt ameninţaţi, aşa că procurarea mostrelor de ţesut şi extragerea materialului genetic din ele au fost etape dificile, ca să nu mai vorbim de secvenţierea în sine. Dar efortul, care a implicat specialişti din mai multe ţări, i-a şi unit în perspectiva acestui scop comun, iar caracterul internaţional al acestui proiect de cercetare este unul dintre aspectele sale cele mai valoroase, cred oamenii de ştiinţă implicaţi.

Încă de la descoperirea sa, în 1938, biologii s-au întrebat cum de supravieţuise Latimeria chalumnae până în ziua de azi, neschimbat de atâtea milioane de ani, iar unii au emis ipoteza că acest peşte evoluează neobişnuit de încet, că genele sale sunt foarte „conservatoare” şi suferă schimbări într-un ritm mai lent decât în cazul altor specii de vieţuitoare.

Şi, într-adevăr, analizând genomul speciei, savanţii au confirmat această supoziţie:

„Am constatat că, în general, genele [speciei Latimeria chalumnae] evoluează semnificativ mai lent decât în cazul oricărui alt peşte şi al oricărui vertebrat terestru pe care l-am studiat”, spune Jessica Alföldi, de la Broad Institute, unul dintre autorii articolului publicat în revista Nature.

Dar de ce evoluează celacanţii aşa de lent? O posibilă explicaţie, spun cercetătorii, este aceea că nu au, pur şi simplu, nevoie să se schimbe, să se adapteze la condiţii noi: trăiesc în apele oceanului, la adâncimi la care mediul s-a schimbat prea puţin în milioane  de ani.

„Vorbim adesea de modul în care speciile s-au schimbat în timp”, spune Kerstin Lindblad-Toh, de asemenea autor al articolului şi specialist în cadrul Broad Institute. „Dar există câteva locuri pe Pământ unde organismele n-au avut nevoie să se schimbe, iar acesta e unul dintre ele. Celacanţii sunt, după cât se pare, foarte specializaţi pentru traiul în acest mediu specific, neschimbător şi extrem – sunt ideal adaptaţi la viaţa în adâncuri exact în forma de acum.”

Secvenţierea genomului celacantului a permis cercetătorilor să investigheze câteva probleme care datau de multă vreme. 

De pildă, celacanţii au anumite caracteristici care amintesc ciudat de mult de cele specifice animalelor care trăiesc pe uscat, inclusiv „labele” înotătoarelor, care seamănă cu membrele tetrapodelor. Un alt grup ciudat de peşti actuali (numiţi dipnoi, sau peşti pulmonaţi), au şi ei înotătoare asemănătoare (imaginea de mai jos). Este foarte probabil ca dintr-una dintre aceste specii străvechi de peşti „cu picioare” să fi evoluat primii amfibieni tetrapozi care au ieşit din apă şi au păşit pe uscat, dar, până în prezent, cercetătorii nu putuseră stabili care dintre cele două grupuri – celacanţii sau dipnoii –  e candidatul cel mai promiţător.

Acum, pe lângă faptul că au secvenţiat întregul genom (aproape 3 miliarde de litere – baze azotate – ale ADN-ului de Latimeria chalumnae), cercetătorii au mai studiat şi ARN-ul ambelor specii de celacanţi în comparaţie cu cel al dipnoilor. Aceste informaţii au permis compararea genelor omoloage asociate cu dezvoltarea şi funcţionarea creierului, rinichilor, ficatului, splinei şi intestinului la celacanţi, dipnoi şi alte 20 de specii de vertebrate. Iar rezultatele au arătat că tetrapodele sunt mai apropiate genetic de peştii dipnoi decât de celacanţi.

Prin urmare, „veriga lipsă” dintre peşti şi tetrapode nu par să fie celacanţii, nu ei sunt strămoşii direcţi ai vertebratelor terestre cu patru membre.

Cu toate acestea, celacanţii rămân piese-cheie în studiul procesului esenţial care a fost cucerirea uscatului de către animalele vertebrate. 

Chiar dacă dipnoii sunt mai apropiaţi de tetrapodele terestre decât celacanţii, genomul dipnoilor rămâne deocamdată un mister: având 100 de miliarde de baze azotate, este pur şi simpu prea mare pentru ca oamenii de ştiinţă să-l poată secvenţia, asambla şi analiza, cu mijloacele de care dispun în prezent.

În schimb, genomul mai restrâns al celacantului african (comparabil ca mărime cu cel uman) se pretează descifrării cu metodele disponibile la ora actuală şi oferă indicii valoroase privind schimbările genetice care au permis tetrapodelor să prospere pe uscat.

Oamenii de ştiinţă au căutat, pe de o parte, să afle ce gene au pierdut vertebratele atunci când au trecut la viaţa pe uscat, iar pe de altă parte, ce elemente reglatoare (părţi ale genomului care controlează unde, când şi în ce măsură sunt activate anumite gene) au dobândit.

Iar descoperirile au fost cât se poate de interesante. Iată câteva:

Simţul mirosului

Numeroase modificări reglatoare au influenţat genele implicate în percepţia olfactivă şi detectarea mirosurilor din aer. Specialiştii cred că, atunci când vertebratele au cucerit uscatul, au avut nevoie de noi mijloace de a detecta substanţele chimice din acest nou mediu înconjurător.

Imunitatea

Comparând genomul celacantului african cu genoamele animalelor terestre, a fost descoperit un număr semnficativ de modificări reglatoare legate de funcţia imunitară, iar oamenii de ştiinţă consideră că aceste schimbări ar putea fi legate de răspunsul organismului la noii patogeni întâlniţi în mediul terestru.

Dezvoltarea evolutivă

Cercetătorii au identificat mai multe zone-cheie ale genomului, care ar fi putut fi „cooptate” pentru a controla inovaţiile organismului tetrapodelor, precum formarea membrelor şi a degetelor ori a placentei mamiferelor. Una dintre aceste zone, numită HoxD, conţine o anumită secvenţă de gene care este comună celacanţilor şi tetrapodelor; este probabil ca această secvenţă să fi fost  pusă, de tetrapode, „în slujba” formării membrelor anterioare şi posterioare.

Ciclul ureei

Peştii elimină excesul de azot din corp excretând amoniac în apă; în schimb, vertebratele terestre (inclusiv omul) prezintă un alt mecanism de „gestionare” a azotului: transformă rapid amoniacul în uree, mai puţin toxică, printr-o succesiune de reacţii chimice care constituie ciclul ureei. În urma studiului comparativ al genoamelor, la celacanţi şi alte vertebrate, au fost identificate indicii ale evoluţiei care a dus la dezvoltarea acestui mecanism, esenţial în condiţiile traiului permanent în afara apei:  cercetătorii au descoperit că cele mai importante gene implicate în acest ciclu au fost modificate la tetrapode, pentru a le permite să rezolve problema excesului de azot în condiţiile vieţii pe uscat.

Dar acesta este doar începutul descoperirilor. Genomul celacanţilor ar putea deţine multe alte indicii importante pentru cei care cercetează evoluţia tetrapodelor. 

Mai rămân încă multe lucruri extraordinare de aflat despre aceşti peşti; specialiştii anticipează că viitoarele studii asupra imunităţii, fiziologiei, respiraţiei şi altor aspecte ale biologiei acestor vieţuitoare ne vor duce, în cele din urmă, spre o înţelegere mai profundă a fenomenului „marii treceri” de la viaţa în apă la cea pe uscat – unul dintre cele mai fascinante episoade din istoria vieţii pe Pământ.