Quallen und Fliegen verwenden dasselbe Hormon, wenn sie genug zu essen haben – Ars Technica

Das Hungergefühl scheint an der Oberfläche sehr einfach zu sein, aber hinter den Kulissen sind komplexe Netzwerke von Übertragungen und Signalen involviert, wobei mehrere Hormone beeinflussen, ob wir uns entscheiden, eine weitere Mahlzeit zu essen oder nicht. Die Fähigkeit zu wissen, wann man mit dem Essen aufhören muss, scheint bei Tieren weit verbreitet zu sein, was darauf hindeutet, dass es tiefe evolutionäre Wurzeln haben könnte.

Eine neue Studie legt nahe, dass mindestens ein Teil des Systems seinen Ursprung grob auf Tiere zurückführt. Forscher haben ein Hormon identifiziert, das Quallen verwenden, um festzustellen, wann sie satt sind und aufhören zu essen. Sie fanden heraus, dass es in Fruchtfliegen die gleiche Reaktion hervorrufen kann, was darauf hindeutet, dass das System möglicherweise bei den sehr entfernten Vorfahren dieser beiden verwandten Tiere am Werk war. Dieser Vorfahre lebte vor dem Kambrium.

Fische (oder Quallen) füttern

Da ihnen offensichtliche orale Äquivalente fehlen, scheint es schwierig zu sein, festzustellen, ob Quallen fressen, geschweige denn verhungern. Aber ein Team japanischer Forscher zeigte, dass die Art der Qualle Cladonima pacificum Es hat eine Reihe von stereotypen Verhaltensweisen während der Fütterung, einschließlich seiner Tentakel, die sich an der Beute festhalten und die Tentakel dann in eine Glocke zurückziehen, damit die Beute verdaut werden kann. Und wenn Sie die Qualle weiterhin füttern, verlangsamt sich dieser Prozess schließlich, was darauf hindeutet, dass das Tier spürt, dass es gut gefüttert ist. (Dort Film verfügbar, um Quallen zu füttern.)

Um herauszufinden, wie man dies kontrollieren kann, sezierten die Forscher das zentrale Medulla der Qualle, das ihre Verdauungsorgane enthält, und die Glocke, die einen Großteil des neuronalen Netzwerks des Tieres enthält. Dann schauten sie sich an, welche Gene in diesen Geweben aktiv waren, wenn das Tier entweder hungrig oder satt war. Und um sicherzugehen, dass es keine Verwirrung gibt, erstellten sie auch eine vollständige Liste der Gene, die in den Salzgarnelen aktiv sind, die an die Quallen verfüttert wurden. Daraus entwickelten sie eine Liste potenzieller Hormone, die aktiv waren, wenn das Tier gefüttert wurde, aber nicht, wenn es hungrig war.

Schließlich identifizierten sie 43 Gene, die kleine Moleküle codieren, die als Hormon wirken können. Dies sind normalerweise normal große Proteine, die eine sich wiederholende Sequenz haben, sodass sie gespleißt werden können, um eine Gruppe von kurzen Aminosäureketten zu bilden, die als Peptide bezeichnet werden. Manchmal werden diese Peptide weiter modifiziert, bevor sie als Hormone verwendet werden können.

Die Forscher haben alle 43 Gene chemisch synthetisiert und getestet, ob sie das Fressverhalten verändern können. Sie fanden fünf davon; Vier von ihnen wurden aktiviert, nachdem das Tier bis zu dem Punkt gefüttert wurde, an dem es aufhörte zu fressen.

Für die Studie entschieden sich die Forscher, sich auf eines davon zu konzentrieren, mit dem unglücklichen Namen (N) GPPGLWamide (sie bezeichneten es als GLWa, und ich werde dasselbe tun). Die Behandlung von Quallen mit GLWa unterdrückte das Zurückziehen der Tentakel während der Fütterung fast im gleichen Maße wie die Fütterung mehrerer Artemia. Es war auch interessant, weil das Gen, das es codiert, in einer großen Gruppe von Nesseltieren vorhanden ist, einer Gruppe radialsymmetrischer Organismen, zu denen Quallen, Korallen und Anemonen gehören. Dies deutet darauf hin, dass es bei verschiedenen Arten eine Rolle bei der Regulierung des Appetits spielen könnte.

hier, da und überall?

Aber die Verwandten von GLWa sind nicht auf Nesseltiere beschränkt. Entfernt verwandte Versionen sind bei Tieren weit verbreitet. Dies garantiert jedoch nicht, dass die Peptide in denselben Prozessen verwendet werden. Um zu sehen, was GLWa anderswo leisten könnte, wandten sich die Forscher daher einem geeigneten Forschungstier zu, der Fruchtfliege. Drosophiladas einen nahen Verwandten von GLWa namens MIP hat.

Mit dem Hormon behandelte Fliegen zeigen auch eine Unterdrückung des Fressverhaltens. Und diejenigen, denen das Gen fehlt, das das Hormon kodiert, ernähren sich weiter, auch wenn sie bereits viel zu essen haben. Das Fliegenäquivalent scheint also die gleichen Dinge zu tun.

Das Erstaunliche ist jedoch, dass die Quallenversion des Hormons in Fliegen wirkt. Sie könnten das Gen, das die Fliegenversion des Hormons kodiert, durch ein Quallengen ersetzen, und die Fliegen würden die normale Regulierung der Nahrungsaufnahme zeigen. Oder Sie behandeln die Fliegen einfach mit einem Quallenhormon und unterdrücken ihre Nahrungsaufnahme.

Fruchtfliegen gehören zur Gruppe der Bilateria, zu der alle Tiere mit einer bestimmten rechten und linken Seite gehören. Wir wissen, dass Bilatarier und Nesseltiere sehr früh in der Geschichte des Tierlebens von einem gemeinsamen Vorfahren abgewichen sind und dass dies vor der Entstehung der meisten heutigen Tiergruppen geschehen sein muss, was in der kambrischen Zeit geschah – es gibt eindeutige Beweise für präkambrische Bilatarier .

Die Tatsache, dass das Hormon in so weit voneinander entfernten Arten funktioniert, legt nahe, dass es möglicherweise viel früher in der Geschichte des tierischen Lebens entstanden ist. Die Forscher stellen auch fest, dass es anscheinend Verwandte dieses Hormons bei Tieren gibt, die sich noch früher verzweigt haben, wie zum Beispiel Schwämme, die überhaupt kein Fressverhalten zu haben scheinen. Es gibt sogar Hinweise auf ein ähnliches Gen in Zellen, die näher mit Tieren verwandt sind und als repressives Flagellum bezeichnet werden.

Eine mögliche Erklärung ist, dass dieses System schon früh in der Geschichte des tierischen Lebens auf der Erde das Fressverhalten regulierte. Dagegen spricht allerdings, dass Organismen wie Schwämme offenbar kein Fressverhalten haben, also nicht klar ist, was ein solches Hormon bei diesen Tieren bewirken würde. Die zweite Einschränkung ist, dass wir nicht wissen, wie dieses Hormon funktioniert. Sie binden normalerweise an eine Art von Rezeptor, aber dieses Forschungsteam hat keinen GLWa-Rezeptor identifiziert, daher ist es unmöglich zu wissen, ob das gleiche Signalsystem sowohl in Fliegen als auch in Quallen verwendet wird oder Hormone, die für dieselbe Art spezifisch sind, dieselbe Reaktion hervorrufen durch ganz andere Mechanismen.

Es gibt viele potenzielle Ansätze, um sich ein besseres Bild davon zu machen, was mit dem Ursprung der Appetitkontrolle los ist. Daher wird es dem Forschungsteam hier nicht an Experimenten mangeln, um diese Arbeit fortzusetzen.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2221493120 (über DOIs).