Pred več kot stoletjem se je embriologinja Hilde Mangold lotila nenavadnega poskusa, ki je spremenil biologijo. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je kot doktorandka presadila skupke celic iz zarodkov ene vrste pupkov v zarodke druge vrste. Presajene celice so sprožile nastanek sekundarne telesne osi, skupaj z živčnim sistemom in predhodnikom hrbtenice. Mangold je dokazala, da se je večina sekundarne telesne osi razvila iz tkiv zarodka prejemnika.
Odkritje zarodnih »organizatorjev«, ki usmerjajo nastanek telesne osi, je ustvarilo povsem novo področje razvojne biologije, pravi Stanislav Kremnyov, biolog z Univerze Friedricha Schillerja v Jeni, ki še danes dela po Mangoldinih stopinjah. V reviji Nature nedavno objavljeni študiji Kremnyov s sodelavci poroča o odkritju nove zarodne organizatorske celice pri rebračah (Ctenophora) ter o njihovi uspešni presaditvi v morske vetrnice (Cnidaria) – ki spadajo v povsem drugo deblo –, kar je privedlo do razvoja dodatnih ust in žrel.
Mnogi raziskovalci menijo, da rebrače spadajo v najzgodnejšo vejo družinskega drevesa živali.
Kremnyov s sodelavci trdi, da je pojav organizatorskih celic pomagal pri preobrazbi enoceličnih organizmov v živali.
Delovodje telesa
Čeprav je Mangold leta 1924 tragično umrla v eksploziji plina doma, je njen mentor Hans Spemann zahvaljujoč odkritju prejel Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino leta 1935. Spemannov laboratorij je postal novo središče razvojne biologije in privabil vodilne strokovnjake, da bi preučevali organizatorske celice ter iskali podobne funkcije tudi v drugih razvijajočih se tkivih.
»Počeli so norosti,« pravi Kremnyov. Tkiva polžev in mišjih jajčec so denimo presadili v zarodke žab in tako dokazali, da imajo tudi ta sposobnost organiziranja. Pozneje, v osemdesetih in devetdesetih letih, so raziskovalci razkrili molekularne temelje organizatorskih celic: signalne molekule, znane kot morfogeni.
Po Kremnyovovih besedah se organizatorske celice in morfogeni, ki jih izločajo, v razvijajočem se zarodku obnašajo kot gradbeni delovodja: celicam povedo, kaj morajo početi in kaj graditi.
Raziskave organizatorjev so se doslej večinoma osredotočale na vretenčarje. Leta 2007 pa je mednarodna raziskovalna skupina take celice odkrila v zarodkih morske vetrnice (Nematostella vectensis). Ta spada v živalsko razvojno linijo, ki se je odcepila po nastanku rebrač. Rezultat je odprl resna vprašanja o evolucijskem izvoru organizatorskih celic.
Usta in žrela
Kremnyovov mentor in soavtor študije, razvojni biolog Andreas Hejnol, na Univerzi Friedricha Schillerja v Jeni vzdržuje »živalski vrt« nenavadnih nevretenčarjev, v katerem so tudi morske vetrnice, repati črvi in ploščati črvi. V ta »mikroživalski vrt« je Kremnyov, ko je začel delati v laboratoriju, dodal še rebračo (Mnemiopsis leidyi).
M. leidyi je izjemno plodna in vsak dan odlaga prozorne zarodke. Pri preučevanju živali je Kremnyov opazil nastanek zarodnih struktur, imenovanih blastoporus, ki pri drugih živalih gostijo zarodne organizatorske celice. Te strukture se pojavijo med procesom, imenovanim gastrulacija, ki se pri rebračah zgodi nekaj ur po oploditvi.
Da bi preveril, ali lahko celice blastoporusa delujejo kot organizator, je strokovnjak del tkiva zarodka M. leidyi presadil na drug del drugega zarodka M. leidyi. Rezultati so se ujemali z Mangoldinimi: nastale ličinke so imele dvoje popolnoma delujočih ust. Ko je Kremnyov tkiva vrste M. leidyi presadil v zarodke morske vetrnice N. vectensis, so bili rezultati pri približno 10 % presaditev podobni. Te ličinke so imele dvoje ust in dva kanala žrela.
Nadaljnji poskusi so nakazali, da delovanje organizatorskih celic vrste M. leidyi delno usklajujejo isti signalni poti, za katere so leta 2007 dokazali, da so aktivne tudi v organizatorskih celicah morskih vetrnic. Te so sorodne tudi z molekularnimi akterji v organizatorskih celicah vretenčarskih zarodkov.
»Ti gradbeni delovodje znajo komunicirati v univerzalnem jeziku. Celicam iz različnih debel lahko povedo, kaj naj gradijo,«
pravi Kremnyov.
Izvor živali
Odkritje, da organizatorske celice rebrač uravnava signalno omrežje, podobno kot pri drugih živalih, je zelo vznemirljivo in podpira zamisel, da je bil pojav organizatorske dejavnosti morda ključni korak v evoluciji živali. Raziskovalci menijo, da so bili enocelični predniki prvih živali sposobni tvoriti specializirane celice in oblikovati skupke. A po mnenju ekipe Kremnyova in Hejnola so prav organizatorske celice v teh skupkih zagotovile red.
Carl-Philipp Heisenberg, razvojni biolog z Inštituta za znanost in tehnologijo Avstrija, meni, da je treba povezati še nekaj molekularnih točk, da bi povsem razumeli, kako delujejo organizatorske celice rebrač – in v kolikšni meri se prekrivajo s podobnimi celicami vretenčarjev.
Mark Martindale, razvojni biolog z Univerze St. Augustine na Floridi, pa ni prepričan, da transplantacijski poskusi zagotavljajo dokaz o obstoju organizatorskih celic rebrač. Po njegovem ni dokazov, da bi presajene celice spremenile usodo sosednjih celic prejemnika, kar je ena od značilnih lastnosti organizatorskih celic. Celotna zamisel, da gre za organizator, je izjemno dvomljiva, pravi strokovnjak.
Ena od informacij, ki bi raziskovalcem lahko pomagala bolje razumeti izvor organizatorjev, je, ali jih imajo spužve ali ne.
Razvojna linija spužev se je od drugih vej ločila blizu »korenin« družinskega drevesa živali, kmalu za rebračami (nekateri strokovnjaki celo trdijo, da je bila linija spužev prva veja, ki se je odcepila). Preučevanje spužvinih zarodkov in njihovo vzdrževanje v laboratorijskih razmerah pa je velik izziv.
Zato ni jasno, ali imajo zarodki spužev sploh kakšne blastoporuse, podobne tistim pri drugih živalih, pravi Kremnyov. S tem se strinja tudi Martindale: »Obšel sem svet, da bi našel spužvo, ki bi bila primeren model za embriološke poskuse. A doslej take še nisem našel.«
