การศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับทิศทางการหมุนของเปลือกหอยทากพื้นเมืองญี่ปุ่นเผยกลไกการพัฒนาสมมาตรซ้ายขวา

ความแตกต่างเล็กน้อยในยีนสามารถทำให้หอยทากกลายเป็นภาพสะท้อนของกันและกันได้ ขณะนี้ นักวิจัยที่ศึกษาหอยทากพื้นเมืองญี่ปุ่นได้ยืนยันถึงการมีอยู่ของยีนที่ช่วยกำหนดว่าเปลือกของพวกมันจะหมุนตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งให้เบาะแสใหม่เกี่ยวกับวิธีที่สัตว์พัฒนาสมมาตรซ้ายขวา การศึกษานี้นำโดยนักวิจัยจาก University of Nottingham และ Tohoku University ของญี่ปุ่น โดยศึกษาหอยทาก Euhadra ในธรรมชาติ เพื่อทำความเข้าใจกลไกทางชีวภาพที่เรียกว่า "chirality" ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในยีนที่ผลิตโปรตีนที่เรียกว่าไมโอซิน สามารถทำให้หอยทากที่มีสุขภาพดีมีโครงสร้างร่างกายที่ตรงกันข้ามได้

การเปลี่ยนแปลงของยีนและความไม่สมมาตรทางชีวภาพ

การค้นพบนี้ยังสามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์สำรวจปัญหาทางชีววิทยาที่กว้างขึ้น: กลไกเซลล์พื้นฐานเดียวกันอย่างไรจึงสร้างความไม่สมมาตรซ้ายขวาที่สอดคล้องกันในสัตว์ส่วนใหญ่ ในขณะที่อนุญาตให้บางชนิดพัฒนาขึ้นเป็นภาพสะท้อนของกันและกัน

การศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร Current Biology โดยมีชื่อว่า "การเปลี่ยนแปลงโพลีมอร์ฟิซึมโบราณในไมโอซิน I a/b กำหนดความแปรผันทาง chirality ของหอยทาก Euhadra ญี่ปุ่น" ยืนยันว่าการเปลี่ยนแปลงของยีนไมโอซินที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นพื้นฐานของความแตกต่าง โปรตีนไมโอซินช่วยให้เซลล์เคลื่อนที่ เปลี่ยนรูป และมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างภายในที่สนับสนุนพวกมัน นักวิจัยเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโปรตีนมีผลต่อวิธีที่เซลล์หมุนในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาเอ็มบริโอ การเคลื่อนไหวเริ่มต้นนั้นกำหนดทิศทางการหมุนของเปลือกหอยทากและการพัฒนาของอวัยวะภายใน

หอยทากส่วนใหญ่มีเปลือกที่หมุนไปทางขวา เรียกว่า "ขวาหมุน" ในขณะที่หอยทากที่หมุนไปทางซ้ายจะถูกอธิบายว่าเป็น "ซ้ายหมุน" แม้ว่ารูปร่างทั้งสองจะดูเหมือนเป็นภาพสะท้อน แต่ความแตกต่างนี้ไม่ใช่แค่ปัญหาด้านรูปลักษณ์: อวัยวะภายในและการสร้างสืบพันธุ์ของพวกมันอาจจัดเรียงอยู่ในด้านตรงกันข้าม

ความท้าทายในการผสมพันธุ์และการแลกเปลี่ยนยีน

ทีมวิจัยพบว่าหอยทาก Euhadra ญี่ปุ่นทั้งสองรูปแบบพัฒนาตามปกติและไม่มีความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับความไม่สมมาตรทางร่างกายที่เกิดขึ้นในสัตว์ชนิดอื่น ทั้งสองการเปลี่ยนแปลงของยีนนี้ยังมีอายุค่อนข้างนาน แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างนี้ยังคงมีอยู่ในช่วงเวลาของวิวัฒนาการ นักวิจัยยังพบว่าการคัดเลือกตามธรรมชาติส่งผลกระทบต่อรูปแบบซ้ายหมุน ความท้าทายในงานวิจัยคือหอยทากที่เป็นภาพสะท้อนอาจมีปัญหาในการผสมพันธุ์ เนื่องจากอวัยวะสืบพันธุ์ของพวกมันอาจอยู่ในด้านตรงกันข้าม การวิจัยพบกลุ่มหนึ่งในหุบเขาในญี่ปุ่นที่หอยทากทั้งซ้ายและขวาสามารถผสมพันธุ์และแลกเปลี่ยนยีนได้

นี่ทำให้ทีมวิจัยมีโอกาสตรวจสอบว่าทั้งสองรูปแบบนี้สามารถอยู่ร่วมกันในกลุ่มเดียวกันได้อย่างไร แทนที่จะศึกษาพวกมันในฐานะกลุ่มที่แยกออกจากกัน

การค้นพบเหล่านี้แตกต่างจากสิ่งที่นักวิจัยสังเกตเห็นในหอยทากในบ่อน้ำ ในสัตว์เหล่านั้น การกลายพันธุ์ของยีนอื่นสามารถสร้างตัวอย่างที่หมุนซ้าย แต่สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความผิดปกติในการพัฒนาด้วย ใน Euhadra ญี่ปุ่น การเปลี่ยนแปลงของไมโอซินสร้างรูปแบบที่ตรงกันข้ามโดยไม่มีปัญหาการพัฒนาที่ชัดเจน การศึกษานี้ให้แนวทางที่มีประโยชน์ในการสำรวจปัญหาทางชีววิทยาที่มีมายาวนาน: สัตว์สร้างการจัดเรียงร่างกายซ้ายขวาที่สอดคล้องกันได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น หัวใจของมนุษย์มักอยู่ทางด้านซ้าย ขณะที่อวัยวะภายในอื่นๆ จะอยู่ในตำแหน่งเฉพาะ แม้ว่าจะมีการกลับด้านเกิดขึ้นได้ แต่กรณีเหล่านี้เกิดขึ้นไม่บ่อยเท่ากับความแปรผันตามธรรมชาติของหอยทากเหล่านี้ และบางกรณีก็เกี่ยวข้องกับความผิดปกติในการพัฒนา

การทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงของไมโอซินสร้างหอยทากที่เป็นภาพสะท้อนได้อย่างไร อาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการระบุขั้นตอนเซลล์ที่กำหนดความไม่สมมาตรของร่างกายในสัตว์ต่างๆ

อย่างไรก็ตาม การค้นพบนี้ไม่ได้หมายความว่าการเปลี่ยนแปลงของยีนเดียวกันกำหนดตำแหน่งอวัยวะในมนุษย์ นักวิจัยกล่าวว่ายังมีคำถามสำคัญอยู่: เซลล์สามารถสร้างร่างกายที่พัฒนาทางตรงกันข้ามได้อย่างไรภายใต้สมการโมเลกุลพื้นฐานเดียวกัน หอยทาก Euhadra ญี่ปุ่นมอบโอกาสที่หายากในการศึกษาปัญหานี้

ความหมายทางพันธุกรรมของทิศทางการหมุนของเปลือกหอยทาก

การศึกษานี้เผยให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของยีนมีผลต่อทิศทางการหมุนของเปลือกหอยทากอย่างไร และให้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับการพัฒนาความไม่สมมาตรซ้ายขวาในสิ่งมีชีวิต โดยการสำรวจหอยทาก Euhadra ญี่ปุ่น นักวิจัยพบว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในไมโอซินสามารถนำไปสู่โครงสร้างที่เป็นภาพสะท้อนในหอยทากที่มีสุขภาพดี ซึ่งมีความสำคัญทางชีววิทยา ไม่เพียงแต่ช่วยให้เข้าใจถึงกระบวนการพัฒนาของสัตว์ แต่ยังอาจให้เบาะแสเกี่ยวกับความผิดปกติในการพัฒนาของสัตว์ชนิดอื่นๆ ที่สำคัญกว่านั้น การศึกษานี้เปิดโอกาสให้สำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์สามารถสร้างทิศทางการพัฒนาที่แตกต่างกันภายใต้พื้นฐานโมเลกุลเดียวกัน ซึ่งมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการวิจัยทางชีววิทยา