Gen Sonic Hedgehog mendorong perkembangan embrio anggota tubuh mamalia dan insang hiu. Bisakah anggota tubuh kita berevolusi dari insang?
Kerangka hiu bambu embrionik, dilihat dari bawah. Pelengkap lengkungan insang memanjang dari setiap sisi kepala. Tepat di bawah mereka ada sepasang sirip. Gambar melalui Andrew Gillis.
Pada tahun 1878, ahli anatomi Jerman Karl Gegenbaur menyarankan bahwa anggota tubuh manusia yang berpasangan - seperti tangan dan kaki kita - berevolusi dari sirip ikan berpasangan, dan, sebelum itu, dari insang ikan. Tetapi tidak ada bukti fosil untuk membuktikan teorinya.
Penelitian genetik baru menunjukkan bahwa Gegenbaur mungkin berada di jalur yang benar. Sebuah makalah yang diterbitkan pada bulan April 2016, dalam jurnal Pengembangan melaporkan bahwa gen Sonic Hedgehog - yang sudah diketahui penting untuk pengembangan embrio pada mamalia, seperti manusia, termasuk pembentukan anggota badan - juga bertanggung jawab untuk mengembangkan pelengkap yang disebut sinar cabang dalam embrio skate.
Flap kulit yang melindungi insang ikan bertulang rawan - hiu, skate, pari - didukung oleh struktur tulang rawan seperti lengkung. Yang menonjol dari lengkungan tulang rawan ini adalah sinar cabang.
Andrew Gillis, di Universitas Cambridge dan juga berafiliasi dengan Laboratorium Biologi Kelautan, adalah peneliti utama dalam penelitian ini. Dia mengatakan dalam sebuah pernyataan:
Gegenbaur memandang cara sinar-sinar cabang ini terhubung ke lengkungan insang dan memperhatikan bahwa itu terlihat sangat mirip dengan cara sirip dan tungkai kerangka mengartikulasikan dengan bahu.
Gen Sonic Hedgehog, dinamai oleh seorang peneliti di Harvard Medical School setelah seri video game Sonic the Hedgehog oleh Sega, mengarahkan pengembangan anggota tubuh berpasangan pada mamalia. Apa yang ditemukan di sini adalah bahwa gen yang sama ini juga mengarahkan sinar cabang, yang mendukung insang hiu, sinar dan sepatu roda.
Peran gen dalam perkembangan embrio mamalia - serta hiu, pari dan sepatu roda yang muncul jauh lebih awal dalam catatan fosil - menunjukkan bahwa anggota tubuh berevolusi dari pelengkap insang.
Namun, kemungkinan lain adalah bahwa gen Sonic Hedgehog terjadi pada dua jenis hewan yang sangat berbeda dan digunakan untuk tujuan yang berbeda. Gillis berkata:
Fakta bahwa gen Sonic Hedgehog melakukan dua fungsi yang sama dalam pengembangan lengkungan insang dan sinar cabang dalam embrio skate seperti halnya dalam pengembangan anggota badan dalam embrio mamalia dapat membantu menjelaskan bagaimana Gegenbaur sampai pada teori kontroversialnya tentang asal usul sirip dan anggota badan.
Persiapan kerangka skate, pada tahap akhir perkembangan embrionik. Gambar melalui Andrew Gillis.
Gillis menjelaskan bahwa gen Sonic Hedgehog membentuk sumbu tungkai pada awal perkembangan embrio mamalia dan terus membimbing pertumbuhan sampai tungkai itu terbentuk sepenuhnya. Dia berkata:
Di tangan, misalnya, Sonic Hedgehog memberi tahu anggota tubuh bagian mana yang akan menjadi ibu jari dan sisi mana yang akan menjadi jari kelingking.
Gillis dan timnya menemukan bahwa gen Sonic Hedgehog berfungsi serupa dalam pertumbuhan sinar cabang embrio skate dan perkembangan anggota tubuh embrio mamalia. Mereka mengganggu fungsi gen pada fase perkembangan yang berbeda dalam embrio skate. Ketika gen Sonic Hedgehog dihambat selama fase pertumbuhan awal, sinar cabang tumbuh dari sisi yang salah dari lengkungan insang skate. Ketika dilakukan pada fase pertumbuhan kemudian, sinar cabang berkembang dengan benar tetapi lebih sedikit dari biasanya.
Dalam gambar embrio skate ini, strip ungu gelap membentang di sepanjang setiap bagian lengkung insang yang dikembangkan oleh gen Sonic Hedgehog. Gambar melalui Andrew Gillis.
Gillis berkomentar dalam pernyataannya:
Dibawa ke ekstrem, percobaan ini dapat ditafsirkan sebagai bukti bahwa anggota tubuh berbagi program genetik dengan lengkungan insang karena sirip dan anggota badan berevolusi dengan transformasi lengkungan insang dalam vertebrata leluhur, seperti yang diusulkan oleh Gegenbaur.
Namun, bisa juga bahwa struktur ini berevolusi secara terpisah, tetapi menggunakan kembali program genetik yang sudah ada sebelumnya. Tanpa bukti fosil, ini tetap menjadi sedikit misteri - ada celah dalam catatan fosil antara spesies tanpa sirip dan kemudian tiba-tiba spesies dengan sirip berpasangan.
Jadi kita belum bisa memastikan bagaimana pasangan lampiran berevolusi.
Either way ini adalah penemuan yang menarik, karena memberikan bukti untuk hubungan evolusi mendasar antara sinar cabang dan anggota badan. Sementara ahli paleontologi mencari fosil untuk mencoba merekonstruksi sejarah evolusi anatomi, kami secara efektif mencoba merekonstruksi sejarah evolusi program genetika yang mengendalikan perkembangan anatomi.
Apa yang kita pelajari adalah bahwa banyak fitur novel mungkin tidak muncul tiba-tiba dari awal, tetapi dengan mengutak-atik dan menggunakan kembali sejumlah kecil program perkembangan kuno.
Video di bawah ini menunjukkan perkembangan embrio dari skate kecil (Leucoraja erinacea):
Intinya: Gen Sonic Hedgehog mendorong perkembangan embrio anggota tubuh mamalia dan insang hiu. Bisakah anggota tubuh kita berevolusi dari insang?