Prije više od stoljeća embriologinja Hilde Mangold upustila se u neobičan pokus koji je revolucionirao biologiju. Dvadesetih godina prošlog stoljeća, još kao doktorandica, presadila je skupine stanica iz embrija jedne vrste tritona u embrije druge vrste. Presađene stanice potaknule su nastanak sekundarne tjelesne osi, zajedno sa živčanim sustavom i začetkom kralježnice. Mangold je pokazala da se veći dio sekundarne tjelesne osi razvio iz tkiva embrija primatelja.
Otkriće embrionalnih „organizatora” koji usmjeravaju nastanak tjelesne osi otvorilo je posve novo područje razvojne biologije, kaže Stanislav Kremnyov, biolog sa Sveučilišta Friedrich Schiller u Jeni, koji i danas radi slijedeći Mangoldine tragove. U časopisu Nature nedavno objavljenoj studiji Kremnyov i njegovi kolege izvještavaju o otkriću nove embrionalne organizatorske stanice kod rebraša (Ctenophora), kao i o njezinu uspješnom presađivanju u moruzgve (Cnidaria) – koje pripadaju posve drugom koljenu – što je dovelo do razvoja dodatnih usta i ždrijela.
Mnogi istraživači smatraju da rebraši pripadaju najranijoj grani obiteljskog stabla životinja.
Kremnyov i njegovi kolege tvrde da je pojava organizatorskih stanica pomogla pretvorbi jednostaničnih organizama u životinje.
Predradnici tijela
Iako je Mangold 1924. tragično poginula u eksploziji plina u kući, zahvaljujući njezinu otkriću njezin mentor Hans Spemann dobio je 1935. Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu. Spemannov laboratorij postao je novo središte razvojne biologije i privukao vodeće stručnjake da proučavaju organizatorske stanice te traže slične funkcije i u drugim tkivima u razvoju.
„Radili su lude stvari”, kaže Kremnyov. Primjerice, u embrije žaba presađivali su tkiva puževa i miševa, čime su dokazali da i ona imaju sposobnost organiziranja. Kasnije, osamdesetih i devedesetih godina, istraživači su otkrili molekularne temelje organizatorskih stanica: signalne molekule poznate kao morfogeni.
Prema Kremnyovljevim riječima, organizatorske stanice i morfogeni koje otpuštaju ponašaju se poput građevinskog predradnika u embriju koji se razvija: govore stanicama što trebaju raditi i što trebaju izgraditi.
Istraživanja organizatora do sada su se uglavnom usredotočivala na kralježnjake. No 2007. je međunarodna istraživačka skupina otkrila takve stanice u embrijima moruzgve (Nematostella vectensis). One pripadaju životinjskoj lozi koja se odvojila nakon nastanka rebraša. Taj je rezultat otvorio ozbiljna pitanja o evolucijskom podrijetlu organizatorskih stanica.
Usta i ždrijela
Kremnyovljev mentor i koautor studije, razvojni biolog Andreas Hejnol sa Sveučilišta Friedrich Schiller u Jeni, održava neobičan „zoološki vrt” beskralježnjaka u kojem su i moruzgve, kolutićavci sa repom i plošnjaci. U taj „mikro zoološki vrt” Kremnyov je dodao i jednog rebraša (Mnemiopsis leidyi) kad je počeo raditi u laboratoriju.
M. leidyi iznimno je plodan i svakodnevno polaže prozirne embrije. Proučavajući tu životinju, Kremnyov je uočio nastanak embrionalnih struktura zvanih blastospore, koje kod drugih životinja smještaju embrionalne organizatorske stanice. Te se strukture pojavljuju tijekom procesa zvanog gastrulacija, koji se kod rebraša događa nekoliko sati nakon oplodnje.
Kako bi provjerio mogu li stanice blastospore djelovati kao organizator, stručnjak je dio tkiva embrija vrste M. leidyi presadio na drugi dio embrija druge jedinke M. leidyi. Rezultati su se podudarili s Mangoldinima: nastale ličinke razvile su dva potpuno funkcionalna usta. Kad je Kremnyov tkiva vrste M. leidyi presadio u embrije moruzgve N. vectensis, rezultati su bili slični u otprilike 10% presađivanja. Te su ličinke imale dva usta i dva kanala ždrijela.
Daljnji pokusi upućivali su na to da rad organizatorskih stanica vrste M. leidyi dijelom koordiniraju isti signalni putovi za koje je 2007. pokazano da su aktivni i u organizatorskim stanicama moruzgvi. Oni su srodni i s molekularnim sudionicima u organizatorskim stanicama embrija kralježnjaka.
„Ti predradnici mogu komunicirati univerzalnim jezikom. Mogu reći i stanicama različitih koljena što da grade”
– kaže Kremnyov.
Podrijetlo životinja
Otkriće da organizatorske stanice rebraša regulira signalna mreža slična onoj kod drugih životinja vrlo je uzbudljivo i podupire zamisao da je pojava organizatorske aktivnosti mogla biti ključan korak u evoluciji životinja. Istraživači smatraju da su jednostanični preci prvih životinja mogli stvarati specijalizirane stanice i oblikovati nakupine. No prema timu Kremnyova i Hejnola, upravo je aktivnost organizatorskih stanica unosila red u te nakupine.
Carl-Philipp Heisenberg, razvojni biolog s Instituta za znanost i tehnologiju Austrija, smatra da je potrebno povezati još poneku molekularnu točku kako bismo u potpunosti razumjeli kako funkcioniraju organizatorske stanice rebraša – i koliko se preklapaju sa sličnim stanicama kralježnjaka.
Mark Martindale, razvojni biolog sa Sveučilišta Florida u St. Augustineu, međutim nije uvjeren da pokusi presađivanja pružaju dokaz o postojanju organizatorskih stanica rebraša. Prema njegovu mišljenju nema dokaza da presađene stanice mijenjaju sudbinu susjednih stanica primatelja, što je jedno od obilježja organizatorskih stanica. Cijela zamisao da je riječ o organizatoru izrazito je upitna, kaže stručnjak.
Jedna od informacija koja bi istraživačima mogla pomoći da bolje razumiju podrijetlo organizatora jest imaju li ih spužve ili ne.
Loza spužvi odvojila se od ostalih grana blizu „korijena” obiteljskog stabla životinja, ubrzo nakon rebraša (neki stručnjaci čak tvrde da je loza spužvi bila prva koja se odvojila). Proučavanje embrija spužvi i njihovo držanje u laboratorijskim uvjetima, međutim, velik je izazov.
Zato nije jasno imaju li embriji spužvi uopće blastospore slične onima kod drugih životinja, kaže Kremnyov. S time se slaže i Martindale: „Obišao sam svijet da pronađem spužvu prikladnu kao model na kojoj bismo mogli provoditi embriološke pokuse. Ali do sada nisam našao nijednu.”
