Keragaman visual makhluk hidup di planet Bumi bukan karena keinginan akan keindahan dan keinginan untuk tampil berbeda, melainkan karena habitat, kebiasaan, dan bahkan preferensi gastronomi. Seseorang lebih memilih untuk tidak diperhatikan, menyatu dengan lingkungan karena warna kamuflase dan bentuk tubuh yang tidak biasa. Seseorang, sebaliknya, dengan segala penampilannya berbicara kepada siapa saja yang berani mendekat, tentang keracunannya. Dan seseorang suka pamer di depan pasangan dan menginjak-injak pesaing ke dalam lumpur. Fitur visual apa pun memiliki beberapa fungsi. Misalnya warna ikan badut dari spesies Amphiprion percula, yang menjadi terkenal di dunia berkat kartun "Finding Nemo", dikaitkan dengan teritorial mereka. Jadi para ilmuwan dari Institut Sains dan Teknologi Okinawa (Jepang) memutuskan untuk mencari tahu bagaimana dan di mana ikan badut mendapatkan garis-garis putih khas mereka di tubuh. Ketika ikan badut menunjukkan garisnya, mekanisme apa yang terlibat di dalamnya, dan apa hubungan anemon dengannya? Kami akan menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini dalam laporan para ilmuwan. Pergilah.
Dasar penelitian
Clownfish adalah genus ikan sirip pari laut dari keluarga Pomacentral, berjumlah sekitar 30 spesies yang menghuni terumbu di Samudra Hindia dan Pasifik.
Ikan badut, meskipun temperamennya panas, tidak asing bagi kerja tim.
Salah satu ciri paling terkenal dari ikan ini adalah hubungan simbiosisnya dengan anemon (anemon) - organisme dari ordo polip karang yang lepas. Mereka terlihat seperti seikat tentakel (Cthulhu menyetujui) dengan atau tanpa kaki yang menempel pada tanah laut yang kokoh. Anemon menjalani gaya hidup menetap dan memakan apa, karena kebodohan mereka atau karena kebetulan keadaan, jatuh ke dalam tentakel mereka. Namun, tidak mungkin untuk melihat serangan tajam atau serangan lainnya, karena anemon membunuh (atau melumpuhkan) mangsanya dengan bantuan sel penyengat (cnidocytes). Korban yang lumpuh (paling banter, sudah mati) kemudian dipindahkan dengan tentakel ke mulut anemon.
Tapi ikan badut, melihat anemon, tidak melihat bahaya, tapi tempat tinggal gratis. Tentakel anemon ditutupi dengan lendir, melindunginya dari aksi sel penyengatnya sendiri. Ikan badut juga tercakup dalam lendir ini, membuatnya kebal terhadap cnidosit yang mematikan. Ikan menggunakan anemon sebagai rumah dan bahkan sebagai sumber makanan (sisa makanan dari anemon, tentakel jatuh, sekresi). Sebagai gantinya, mereka membersihkan anemon dari puing-puing, makanan yang tidak tercerna, dan mengalirkan air melalui tentakelnya, memberikan "ventilasi".
Banyak spesies ikan badut yang sangat iri pada anemon mereka, mengusir siapa pun yang mendekati jarak yang mereka anggap "mencurigakan". Dengan kata lain, meski namanya lucu, ikan ini tidak berperilaku seperti badut baik dari Licedea tetra, melainkan seperti Pennywise.
Banyak ilmuwan mengaitkan warna ikan badut dan teritorialnya. Namun, hingga saat ini belum diketahui bagaimana warna tersebut terbentuk. Secara khusus, para ilmuwan selalu dibingungkan oleh tiga garis putih pada tubuh orang dewasa, yang tidak dimiliki oleh kaum muda. Hal ini menunjukkan bahwa selama hidupnya ikan mengalami beberapa jenis metamorfosis. Tetap mencari tahu yang mana.
Para ilmuwan mencatat bahwa tugas utama biologi adalah memahami spesiasi. Tetapi ini tidak terbatas pada memahami perbedaan antar spesies (dalam istilah yang dilebih-lebihkan), tetapi juga untuk memahami penyebab dan mekanisme yang menyebabkan perbedaan dalam satu spesies, baik fisiologis maupun perilaku.
Keanekaragaman dalam satu spesies dapat dinyatakan sebagai variasi fenotipik antar populasi individu. Tetapi bahkan dalam populasi yang terpisah, mungkin ada perbedaan yang disebabkan oleh pengaruh lingkungan, karakteristik perilaku, atau kondisi perkembangan.
Dalam beberapa kasus, variabilitas fenotipik dapat mencerminkan plastisitas perkembangan adaptif, mis. kemampuan organisme untuk mengubah lintasan perkembangannya untuk menciptakan fenotipe yang secara tepat disesuaikan dengan kondisi lingkungan. Contoh plastisitas tersebut adalah variasi warna pada hewan dari spesies yang sama.
Dengan kata lain, ini terlihat cukup sederhana, tetapi pada kenyataannya, perubahan plastik semacam itu terkait dengan perubahan kompleks pada tingkat fisiologis, seluler, dan molekuler. Para ilmuwan dengan jujur ββmengakui bahwa meskipun plastisitas diketahui oleh sains, mekanisme yang mendasari plastisitas tersebut secara praktis tidak dipelajari.
Dalam hal ini, perlu diperhatikan proses penting dan tidak biasa lainnya yang terjadi selama perkembangan beberapa organisme - metamorfosis. Proses ini disebabkan oleh perubahan serius dalam struktur tubuh (atau bagiannya) selama perkembangan individu. Metamorfosis diatur oleh hormon tiroid (TH dari hormon tiroid). Akibatnya, setiap perubahan TH selama metamorfosis yang disebabkan oleh hormon-hormon ini dapat mempengaruhi proses dan hasil dari proses transformasi tubuh yang sedemikian kompleks. TH juga berperan penting dalam transisi pigmentasi dari larva menjadi dewasa. Misalnya, pada ikan zebra ( Danio rerio ), TH mendorong pematangan sel pigmen tertentu, melanofor hitam, dan xantofor kuning.
Danio rerio juga disebut kaus kaki wanita (yang mengatakan bahwa ahli ikan tidak memiliki selera humor).
Oleh karena itu, ada kemungkinan besar bahwa pola serupa harus diamati pada ikan badut. Dalam pekerjaan yang kami pertimbangkan hari ini, para ilmuwan memutuskan untuk menguji hubungan antara TH dan metamorfosis warna ikan badut, dan juga mempertimbangkan pengaruh potensial dari habitat (dua spesies anemon yang berbeda) pada proses ini.
Studi ini berfokus pada spesies Amphiprion ocellaris dan Amphiprion percula yang berkerabat dekat , yang hidup bersimbiosis dengan anemon di kawasan tropis Indo-Pasifik. Para ilmuwan telah menemukan bahwa A. percula muda menunjukkan tingkat pembentukan garis putih yang berbeda tergantung pada spesies anemon di mana mereka tinggal: pada anemon dari spesies Stichodactyla giganteagaris-garis muncul lebih cepat, dan lebih lambat di anemon laut Heteractis magnifica . Akibatnya, pembentukan belang (yaitu, perubahan metamorf tertentu) tidak hanya dipengaruhi oleh faktor internal (hormon tiroid), tetapi juga oleh faktor eksternal (habitat).
Hasil penelitian
Selama perkembangan postembrionik, individu Amphiprion secara bertahap memperoleh garis-garis di kepala, batang, dan batang ekor. Di Teluk Kimbe, Papua Nugini, A. percula ditemukan pada dua spesies anemon yang berbeda: S. gigantea dan H. magnifica , tetapi ikan yang hidup di sana termasuk dalam populasi yang sama.
Image # 1
Namun, A. percula muda yang hidup di anemon laut S. gigantea memiliki lebih banyak garis putih daripada A. percula muda yang hidup di anemon laut H. magnifica . Pada 33% dari 148 individu (200 sampai 250 hari) di anemon S. gigantea memiliki tiga garis putih, sedangkan hanya 5% dari 118 individu pada usia yang sama di H. magnifica memiliki tiga garis ( 1A dan 1B ).
Pengamatan menunjukkan bahwa spesies anemon (yaitu habitat) mempengaruhi waktu pembentukan garis putih pada A. percula muda . Analisis regresi berganda membantu untuk memeriksa kebenaran pernyataan ini, yang memungkinkan seseorang untuk menetapkan ketergantungan satu variabel pada dua atau lebih variabel independen. Seperti yang diharapkan, analisis menegaskan bahwa remaja yang hidup di S. gigantea selalu memiliki lebih banyak belang daripada individu anemon laut H. magnifica.( 1C dan 1D ).
Gambar β2
Pembentukan belang berhubungan langsung dengan proses perkembangan pascembrionik, khususnya metamorfosis. Oleh karena itu, dengan menelusuri tahapan proses ini, dimungkinkan untuk membangun hubungan antara pita dan tingkat hormon tiroid (TH).
Tampilan A. ocellaris menunjukkan dua skema pigmentasi dalam perkembangan waktu sebelum langkah β5 (sekitar 9 hari setelah menetas), larva memiliki ksantofory kuning * dengan sekumpulan bintang melanofor yang membentuk dua garis horizontal menutupi myotom * (merah panah di 2A- 2D ).
Chromatophores * - sel yang mengandung pigmen atau pemantul cahaya, dibagi menjadi beberapa subclass tergantung pada warnanya:
xanthophores - kuning;
eritropir - merah;
leukofor - putih;
melanophores - hitam / coklat;
cyanophores - biru;
iridofor - keperakan.
Miotome * adalah rudimen berpasangan dari otot rangka dalam embrio chordata.Dimulai pada tahap kelima, larva memperoleh tiga garis vertikal putih (panah putih pada 2E - 2G ), xanthophor oranye di luar garis putih masa depan (panah oranye pada 2E), dan melanofor didistribusikan ke seluruh tubuh (panah hitam pada 2E dan 2F ) . Melanofor ini ada di seluruh tubuh dan memiliki kepadatan lebih tinggi di perbatasan garis putih ( 2F dan 2G ).
Untuk pemahaman yang lebih baik tentang perubahan pola pada tubuh individu yang terjadi pada tahap keempat, perlu dilakukan penilaian terhadap ekspresi gen pigmentasi pada tahap postembrionik. Untuk ini, RNA diekstraksi dari larva pada setiap tahap pengembangan untuk analisis transkriptom. Penekanan utama ditempatkan pada studi gen pigmentasi ( 2H ), khususnya pada gen iridofor, karena mereka bertanggung jawab untuk pembentukan garis-garis putih.
Diketahui bahwa tahapan 1-3 sangat berbeda dengan tahapan 4-7 pada komponen utama 2 (PC2; 2H dan 2I ).
(PCA principal component analysis) β , .Di antara gen yang terkait dengan PC2, gen fhl2b, pnp4a dan prkacaa lebih menonjol pada tahap 5-7 dibandingkan dengan tahap 1-3. Di sisi lain, gen gbx2, trim33, gmps, dan oca2 lebih menonjol pada tahap 1-3 dibandingkan dengan tahap 5-7 ( 2J ).
Juga, selama analisis, pembagian tahapan yang jelas diamati untuk semua kategori fungsional: spesifikasi sel pigmen, pengembangan xanthophores, sintesis pigmen pteridine xanthophores, pengembangan melanophores, regulasi melanogenesis dan biogenesis melanosom.
Pengamatan ini menunjukkan bahwa pada tahap keempat ada beberapa perubahan penting dalam perkembangan warna, yang melibatkan ketiga jenis sel pigmen.
Mengingat bahwa hormon tiroid (TH) berperan penting dalam proses metamorfosis, yang mengontrol pola pigmentasi pada banyak ikan teleost, maka logis jika TH mengatur waktu pembentukan garis putih selama metamorfosis ikan badut.
Untuk menguji hipotesis ini, pengujian dilakukan di mana larva tahap perkembangan ketiga terpapar berbagai konsentrasi (10 -6 , 10 -7 dan 10 -8 M) dari hormon tiroid aktif T3. Tiga hari setelah pengobatan dengan T3, subjek menunjukkan tampilan garis putih lebih awal dibandingkan individu dari kelompok kontrol.
Gambar No. 3
Efek percepatan ini tergantung dosis pada T3. Tiga hari kemudian, dua pita muncul dalam proporsi subjek eksperimen berikut: 0% - kelompok kontrol; 50% - pada 10 -8 M T3; 78% - pada 10 -7 M dan 73% - pada 10 -6 M ( 3A - 3E ).
Kemudian tes serupa dilakukan, tetapi dengan pemblokiran TH melalui campuran MPI (methimazole, potassium perklorate, dan iopanoic acid). Larva yang diberi perlakuan tahap perkembangan ketiga menunjukkan keterlambatan sembilan hari dalam pembentukan belang putih dibandingkan dengan kelompok kontrol (kelompok uji pada 3H dan kelompok kontrol pada 3G). Sekitar 75% individu dari kelompok kontrol memiliki garis-garis pada kepala dan tubuh, dari kelompok uji hanya 15% individu yang memiliki garis-garis, sisanya dibiarkan tanpa pigmentasi ( 3F ). Garis-garis putih pada ikan dari kelompok uji semuanya terbentuk meskipun ada pemblokiran TH, tetapi hanya setelah 25 hari ( 3I ).
Manipulasi dengan TH juga mempengaruhi sel pigmen. Jumlah melanofor meningkat secara signifikan dalam waktu 48 jam setelah aplikasi 10-6 M T3 ( 3J ). Di sisi lain, memblokir TH dengan MPI menyebabkan penurunan jumlah melanofor 48 dan 72 jam setelah pengobatan ( 3J ) hampir tidak terlihat .
Secara keseluruhan, hasil tes ini menunjukkan bahwa TH mengontrol waktu pembentukan garis putih dan juga mempengaruhi sel pigmen (iridofor dan melanofor).
Untuk lebih akurat menentukan bagaimana tepatnya TH mempengaruhi iridofor, kami menganalisis ekspresi gen iridofor (fhl2a, fhl2b, apoda.1, saiyan, dan gpnmb) setelah pengobatan larva dengan TH eksogen.
Larva tahap perkembangan ketiga diberi perlakuan T3 pada berbagai konsentrasi (10-6, 10-7 dan 10-8 M) selama 12, 24, 48 dan 72 jam. Ekspresi gen yang dipelajari dikontrol menggunakan nanostrings di RNA yang diisolasi dari seluruh larva.
Setelah pengobatan dengan T3, lebih banyak transkrip dari gen ini yang terdeteksi dibandingkan dengan kelompok kontrol (tanpa pengobatan T3). Dalam beberapa kasus (apod1a dan gpnmb) efek ini muncul setelah 12 jam, dan dalam kasus lain (fhl2a, fhl2b dan saiyan) hanya setelah 24 atau 48 jam. Oleh karena itu, TH memengaruhi ekspresi gen yang diekspresikan dalam iridofor ikan badut.
Selanjutnya, para ilmuwan memutuskan untuk menguji apakah TH mendorong diferensiasi iridofor. Untuk ini, larva tahap perkembangan ketiga dirawat dengan T3 (dosis 10 -6 M) untuk waktu yang lama. Ini adalah perbandingan remaja pada tahap keenam, ketika garis-garis di kepala dan tubuh mulai berkembang pada ikan badut.
Anehnya, anak-anak dari kelompok uji (perlakuan T3) tidak sepenuhnya membentuk pita, berbeda dengan kelompok kontrol. Pemeriksaan rinci individu dari kelompok uji mengungkapkan banyak iridofor ektopik di samping. Ikan ini juga memiliki warna jingga yang kurang cerah.
Pemrosesan dengan MPI menghasilkan garis-garis normal. Namun, warnanya lebih kusam karena kurangnya iridofor atau endapan guanin kristal di dalam iridofor, biasanya bertanggung jawab atas warna putih (atau warna-warni) dari garis-garis ( 3I ).
Hasil ini menunjukkan bahwa TH eksogen menyebabkan penurunan warna oranye dan cacat pada pembentukan garis putih.
Gambar No. 4
Namun, perawatan TH mempercepat proses goresan. Ingatlah bahwa ikan dari spesies A. percula yang hidup di anemon laut S. gigantea membentuk garis-garis putih lebih cepat daripada rekan mereka yang hidup di anemon spesies lain. Oleh karena itu, harus ada hubungan antara formasi stripe, TH dan habitat.
Untuk memeriksa hal ini, para ilmuwan memilih 12 individu berukuran 12-27 mm (satu garis putih sedang terbentuk atau sudah terbentuk) yang hidup di S. gigantea (n = 6) dan di H. magnifica (n = 6). Selanjutnya, para ilmuwan mengukur level TH masing-masing individu.
Perbandingan menunjukkan bahwa konsentrasi T3 secara signifikan lebih tinggi pada hewan muda S. gigantea versus H. magnifica ( 4A ). Selanjutnya dilakukan perbandingan ekspresi gen pada hewan muda dari H. magnifica (n = 3) dan dari S. gigantea (n = 3).
Dari 19063 gen yang dianalisis, hanya 21 yang secara signifikan lebih diekspresikan pada individu dari S. gigantea , sedangkan 15 secara signifikan lebih diekspresikan pada individu dari H. magnifica ( 4B ).
Di antara gen yang diekspresikan secara berbeda, ditemukan gen duoks, yang mengkode oksidase ganda yang terlibat dalam produksi TH. Gen ini diekspresikan secara berlebihan pada S. gigantea dibandingkan dengan H. magnifica . Akibatnya, laju pembentukan garis putih di A. percula dikaitkan dengan tingkat T3 diferensial, yang, pada gilirannya, dikaitkan dengan ekspresi duoks diferensial.
Pada tahap akhir, para ilmuwan memeriksa apakah duoks diperlukan untuk membentuk pola iridofor. Untuk tes ini, ikan zebra digunakan, di mana pematangan iridofor bergantung pada TH.
Pada larva kelompok kontrol, iridofor yang padat membentuk satu baris tengah lebar, kemudian baris tengah kedua mulai terbentuk di bagian perut. Pada larva yang kekurangan duox, hanya satu zona perantara yang lebih luas ( 4C ) yang telah berkembang .
Akibatnya, sebagian besar ikan dari kelompok kontrol mengembangkan dua baris perantara lengkap, sedangkan pada ikan yang kekurangan duox hanya satu ( 4D dan 4E ). Hal ini menunjukkan bahwa duox, mungkin bekerja melalui TH, berkontribusi pada waktu munculnya daerah antar pita dari iridofor dan pembentukan pola antara pita pada ikan zebra.
Untuk pengenalan yang lebih mendetail tentang nuansa penelitian ini, saya menganjurkan agar Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan padanya.
Epilog
Dalam karya ini, para ilmuwan memutuskan untuk mengungkap rahasia garis-garis putih pada tubuh ikan badut. Ternyata warna yang tidak rumit ini (terutama dibandingkan dengan beberapa ikan lain) adalah hasil kerja bersama beberapa faktor penting: gen, hormon, dan bahkan anemon tempat hidup ikan badut.
Pengamatan yang paling tidak biasa adalah bahwa ikan dari populasi yang sama, tetapi hidup dalam dua spesies anemon yang berbeda, bentuk warnanya berbeda (dalam hal waktu). Perbandingan gen ikan ini menunjukkan hanya 36 gen yang berbeda. Di antara mereka, para ilmuwan telah mengisolasi gen duox, yang mengkode protein dengan nama yang sama, yang terlibat dalam pembentukan oksidase ganda. Gen ini berperan penting dalam produksi hormon tiroid (TH), yang selanjutnya mempengaruhi laju pembentukan pola pigmen pada tubuh ikan badut.
Tetapi mengapa ikan dari satu anemon laut βmewarnaiβ lebih cepat dari yang lain? Ilmuwan belum siap memberikan jawaban pasti, tapi mereka punya teori. Aktinia, di mana coretan tubuh terbentuk lebih cepat, mungkin lebih beracun. Oleh karena itu, kadar hormon tiroid meningkat sebagai respons terhadap toksisitas ini.
Para ilmuwan sendiri percaya bahwa perbedaan laju pembentukan strip pada individu dari populasi yang sama hanyalah salah satu dari banyak tanda taktik adaptif berbeda yang digunakan ikan untuk meningkatkan koeksistensi efektif dengan anemon. Di masa mendatang, mereka bermaksud untuk melakukan analisis komparatif yang lebih menyeluruh terhadap ikan yang hidup di anemon berbeda untuk mengidentifikasi perbedaan tambahan.
Alam tampak sederhana dan tidak rumit: pepohonan tumbuh, burung berkicau, lebah berdengung, dll. Tetapi setelah pemeriksaan lebih dekat, kita mulai memperhatikan berapa banyak proses kompleks yang terjadi dalam kehidupan bahkan serangga terkecil atau tanaman yang paling luas. Semua sifat, karakteristik, dan kualitas yang dimiliki organisme adalah hasil dari evolusi yang panjang dan cermat, yang tujuan utamanya adalah bertahan hidup. Dan jika suatu organisme ingin bertahan hidup di dunia yang terus berubah, ia harus menggunakan seluruh gudang bakat adaptif, dari yang paling primitif hingga yang paling kompleks.
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan semoga akhir pekan Anda menyenangkan, guys! :)
Sedikit iklan
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman, cloud VPS untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server level awal yang kami ciptakan untuk Anda: The Whole Truth About VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps dari $ 19 atau bagaimana membagi server dengan benar? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Apakah Dell R730xd 2x lebih murah di pusat data Maincubes Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - Dari $ 99! Baca tentang Bagaimana membangun infrastruktur bldg. kelas dengan menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 dengan biaya β¬ 9.000 untuk satu sen?