De kamgelei, een van de oudste dieren op aarde, kan samensmelten met een ander

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke ontwikkelingen en meer.

CNN
—

Op een zomeravond laat in 2023 ging Kei Jokura het mariene biologielaboratorium van het Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts binnen, opgewonden met een klodder in een beker. De bioloog was net van de eerste verdieping gekomen, waar tanks een kolonie gelatineuze kamkwallen bevatten.

De klodder was groter dan andere, en het leek alsof twee van de gelei tot één waren samengevoegd. “Ik kon mijn ogen eerst niet geloven”, herinnert Jokura zich, destijds postdoctoraal onderzoeker aan de Britse Universiteit van Exeter.

Mariana Rodriguez-Santiago, een postdoctoraal onderzoeker aan de Colorado State University, werkte aan haar eigen project toen Jokura verscheen. “We waren allemaal verbaasd en verbijsterd en dachten: ‘Hoe kunnen ze samensmelten en toch als een eenheid rondzwemmen en bewegen?'” zei ze. Ze pakte een pipet en prikte zachtjes in een van de gelei. Het kronkelde. Tegelijkertijd gebeurde dat ook met degene waaraan het leek te zijn gehecht. “We dachten: kunnen zij hetzelfde voelen? Zijn ze één individu? Twee individuen? Hoe kunnen we dit ontwarren?” herinnerde ze zich.

De daaropvolgende weken hielp Rodriguez-Santiago Jokura bij het combineren van meerdere paren kamgelei, wetenschappelijk bekend als Mnemiopsis leidyi, om te zien wat er gebeurde. De bevindingen van het onderzoek onder leiding van Jokura worden op 7 oktober in het tijdschrift gepubliceerd Huidige biologietoonde aan dat niet alleen twee gelei hun lichaam konden laten samensmelten, maar dat hun zenuwstelsel en spijsverteringsstelsel ook samensmolten. Twee werden effectief één.

“Het fusiefenomeen heeft zeker veel interessante vragen opgeroepen, zoals welke genen betrokken zijn bij fusie, wat er gebeurt met neurale signalering en wat ‘zelf’ en ‘niet-zelf’ definieert”, zegt Jokura, nu postdoctoraal onderzoeker aan het Japanse Nationale Instituut. voor Basisbiologie. “Elk van deze thema’s heeft het potentieel om ons fundamentele begrip van de biologie op de proef te stellen.”

Kam gelei worden over de hele wereld aangetroffen in kustwateren en de diepe oceaan. Hoewel ze op kwallen lijken, steken ze niet en behoren ze tot een ander fylum. Ctenophorawat Grieks is voor ‘kamdragers’. Ze zijn genoemd naar hun kammen, rijen haarachtige aanhangsels, cilia genaamd, die ze gebruiken om door het water te bewegen.

Ctenoforen zijn een van de, zo niet de, oudste dieren op aarde zuster van alle andere dieren in de levensboomdus “ze bieden een werkelijk unieke kans om fundamentele aspecten van de functie van het zenuwstelsel te bestuderen”, zegt Rodriguez-Santiago, co-auteur van de studie.

“Ze behoren tot een groep dieren die er al waren toen de allereerste dieren zich ontwikkelden”, zegt Pawel Burkhardt, een evolutiebioloog en onderzoeker aan de Universiteit van Bergen in Noorwegen. Burkhardt was co-auteur van een ander oktoberrapport over M. leidyi, gepubliceerd in het tijdschrift PNASwaaruit blijkt dat de gelei zich achteruit kan ontwikkelen en na stress kan terugkeren naar een eerdere levensfase. Hij was niet betrokken bij het onderzoek dat verscheen in Current Biology.

“De twee recente artikelen benadrukken dat ctenoforen de mogelijkheid hebben om zich snel aan te passen aan veranderende omgevingen en dat hun ontwikkelingsprogramma’s potentieel flexibeler zijn dan bij andere dieren,” zei hij.

Het kan ook zo zijn, zo suggereert het artikel van Jokura, dat ctenoforen het beschermende allorecognitiemechanisme missen waarmee het ene organisme het verschil kan zien tussen zijn eigen cellen en weefsels en die van een ander organisme. Bij mensen ligt allorecognitie bijvoorbeeld ten grondslag aan de orgaanafstoting die optreedt bij transplantatieoperaties.

Jokura bestudeerde hoe M. leidyi op licht reageert toen hij ontdekte dat twee gewonde exemplaren aan elkaar waren gehecht. Omdat hij nieuwsgierig was naar het fenomeen, begonnen hij en Rodriguez-Santiago te experimenteren. Ze sneden delen van verschillende gelei af en plaatsten de uitgesneden paren een nacht samen in petrischalen.

Negen van de tien paren fuseerden met succes, wat resulteerde in dieren met twee sensorische organen en twee sets anale openingen, terwijl typische gelei er slechts één van elk hebben.

Het bleek dat de fusie veel sneller plaatsvond dan de onderzoekers hadden verwacht, aldus Jokura. “Om het fusieproces te observeren – wanneer en hoe het gebeurt – hebben we time-lapse-beeldvorming uitgevoerd,” zei hij. Het onderzoeksteam plaatste gesneden gelei bij elkaar en wachtte.

Aanvankelijk bleven de gelei hun spieren onafhankelijk samentrekken. Binnen een uur begonnen hun ritmische bewegingen te synchroniseren. Na twee uur waren ze synchroon. Wanneer er zachtjes aan één kant werd gepord, trokken beide zijden van het gecombineerde organisme zich samen.

Beeldvorming toonde een andere laag van de fusie aan: de spijsverteringssystemen van de dieren combineerden ook. De onderzoekers voerden een fluorescerend gelabelde pekelgarnaal in de mond van een paar gelei die twee dagen lang waren gesmolten. Vervolgens volgde het team de beweging van de maaltijd door een microscoop.

De verteerde deeltjes reisden door het spijsverteringskanaal, overschreden de fusiegrens en kwamen in het spijsverteringskanaal van het andere dier terecht – “en het andere individu kon het voedsel uitpoepen”, legde Rodriguez-Santiago uit. Uiteindelijk werd het afval door beide anussen, elk op zijn eigen tijd, verdreven.

Wat Rodriguez-Santiago het meest interessant vindt aan het onderzoek, is de manier waarop het vraagtekens zet bij wat zij beschouwde als ‘behoorlijk harde grenzen’ tussen zichzelf en de ander.

Alloherkenning wordt beschouwd als een beschermende aanpassing omdat het een lichaam in staat stelt vreemde cellen af ​​te stoten die gevaarlijke ziekten zouden kunnen introduceren. Maar deze dieren “omzeilen die zintuiglijke afstoting om vervolgens mogelijk een nog betere overlevingskans te hebben”, zei ze.

Burkhardt gelooft dat de bevindingen wetenschappers ertoe kunnen brengen te begrijpen wanneer dieren allorecognitie hebben ontwikkeld en hoe eenvoudige zenuwstelsels informatie vormen en verwerken.

Jokura wil verder onderzoeken hoe de zenuwstelsels van de gelei in elkaar grijpen na fusie. “Ik zou graag willen onderzoeken hoe hun ‘gedachten’ geïntegreerd zijn,” zei hij. “Door neurale netwerken te visualiseren, kunnen we misschien zoiets als de versmelting van bewustzijn onderzoeken.”

Amanda Schupak is een wetenschaps- en gezondheidsjournalist in New York City.