Merihobukesed aitavad Tartu teadlastel uurida raseduse evolutsiooni ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Kahe nädalaga kasvavad noored merihobukesed kuni sentimeetri pikkuseks.
Kahe nädalaga kasvavad noored merihobukesed kuni sentimeetri pikkuseks. Autor/allikas: Francisco Otero Ferrer.

Merihobukesed on imelised kalad. Isane kala kasvatab arenevaid embrüoid oma kõhupaunas platsenta sarnase elundi abil – merihobukese raseduse uurimine võimaldab paremini mõista ka raseduse kohastumuslikke protsesse inimestes. Tartu Ülikooli teadlastega teeb koostööd merihobukeste ekspert Kanaari saartelt.

Francisco Otero-Ferrer on merihobukeste elu tutvustades neist müstilistest olenditest silmnähtavalt sisse võetud. Ja seda on lihtne mõista – on ju merihobukesed, nt harilik merihobuke (Hippocampus hippocampus) ja täpiline merihobuke (Hippocampus reidi), grupp kalasid, kelle iseloomulik välimus ja ujumisviis märkamatuks jääda ei saa. Nii ongi merihobukesed inimeste huvisfääris olnud tuhandeid aastaid, vanadest kreeklastest ja roomlastes alates.

Võluvad loomad kuuluvad sugukonda Syngnathidae, koos meridraakonite ja merinõeladega – liigirühma ühiseks nimetajaks on torujalt kokkukasvanud lõuad ja toitumisviis. Toruja suuga imemisaparaadi abil tõmbavad merihobukesed endale toiduotsinguil suhu kõikvõimalikke pisikesi selgrootuid, aga ka kalu ja vetikaid – kellest aga jõud üle käib.

Merihobukesed on laialt levinud erinevates elupaikades: mererohuväljadel, vetikatega kaetud kivistel veealustel nõlvadel, valdavalt troopilistes ja lähistroopilistes meredes, aga põhja poole liikudes isegi kuni Kanada ja Thamesi jõe veteni välja. Merihobukesed on kohutavad ujujad, kuid suurepärased kohanejad erinevate elutingimustega (nt mererohu puudumisel võivad end kinni hoida ka kalavõrkudest) ning vastupidavad akvaariumikalad. Viimane on üks paljudest põhjustest, miks merihobukestest on saanud mitmete uurimisteemade mudelliik.

Merihobuke on kala. Autor/allikas: Erakogu.

Kõik pole aga niivõrd roosiline. Välimuse tõttu on merihobukesed leidnud tee hiina meditsiini, neid peetakse akvaariumites, kasutatakse ehete ja suveniiridena. Lisaks ähvardab merihobukesi hulk keskkonnamuutustega seotud probleeme nagu sobivate elupaikade kadumine. Palju isendeid püütakse välja kaaspüügina kalurite poolt igapäevase kalastamise käigus. Erinevaks otstarbeks müüki jõudnud merihobukeste arv ulatub aastas 15-20 miljoni loomani.

Nii ongi atraktiivse loodukaitselise lipuliigi arvukus asunud ohtlikult langema. Näiteks ühes parimas merihobukeste kasvupiirkonnas, Portugalis Ria Formosa laguunis, kus 2001. aastal loendati hinnanguliselt miljon merihobukest, leidus 2019. aastal neid vaid 150 000. 42 liigist 14 liigi seisund on Maailma Looduskaitseliidu (IUCN) andmetel "ohualdis" ja kahel "väljasuremisohus".

Merihobuke on unikaalse sigimisbioloogiaga liik

Põhjus, miks igapäevaselt Gran Canaria Las Palmase Ülikoolis merihobukesi uuriv teadlane Tartu Ülikooli bio- ja siirdemeditsiini instituudi teadlastega ühises teadusprojektis osaleb, on merihobukeste unikaalne viis järglaste saamiseks. Ja see ei olegi niiväga erinev inimeste omast.

Olgugi, et kala, kasvatab monogaamse eluviisiga merihobuke oma arenevaid embrüoid kehasiseselt kõhupaunas, imetajatele sarnaselt. Veel enam, seda teeb isasloom. Täpsemalt näeb sigimise protsess välja nii, et pärast isase ja emase kala kokkusaamist väljutatakse nii munarakud kui ka isassugurakud väliskeskkonda, merevette. Vee kaudu jõuavad mõlemad suguproduktid isase kõhupauna, kus toimub viljastumine. Kokku toimub see umbes kümne sekundi jooksul.

Kui isased jäävad rasedaks, siis miks kutsuda neid isasteks? – Sellepärast, et isased toodavad ikkagi sperme. Unikaalne sigimise mehhanism võimaldab isastel kokku hoida toodetavate spermide hulka. Spermide arv munaraku kohta on merihobukestel üks väiksemaid loomariigis: 2,5:1 kohta. Võrdluseks, näiteks vette kudevatel sebrakaladel ehk vöödilistel pisidaaniotel toodetakse 48 000 spermi munaraku kohta. Samal ajal ühiselulistel sipelgatel ja mesilastel on sugurakkude omavaheline suhe merihobukestega sarnane.

Kui sarnased on siis merihobukese põu ja inimese emakas? – Merihobuke on muidugi kala, kuid sarnasusi on. Isase kala kõhupaunas on inimese platsentale sarnane kude, mis tekib vaid "raseduse" ajaks ning milles on süvendid arenevatele embrüotele. Isane kala suudab reguleerida mitmeid oma põue sisetingimusi, näiteks soolsust ja pH-d. Sarnaselt platsentale on ka põue sisemine külg hea verevarustusega, mida kontrollitakse sarnaselt imetajatele hormoonidega prolaktiin ja progesteroon.

Merihobuke on akvaariumitingimustes kergelt peetav ja vastupidav mudelorganism. Pildil katseakvaariumid. Autor/allikas: Francisco Otero Ferrer.

Tartu Ülikooli bio- ja siirdemeditsiini instituudi doktorant, Freddy Lättekivi, selgitab sedavõrd omapärase kohastumuse evolutsioonilist tausta:

"Imetajate rasedus ja merihobukeste (ja laiemalt Syngnathidae) rasedus on tekkinud evolutsiooni käigus täiesti eraldi ja teineteisest sõltumatult. On arvatud, et n-ö kehasisene rasedus on evolutsiooni käigus iseseisvalt tekkinud koguni kuni 140 erineval korral. Selles kontekstis on tõesti tähelepanuväärne, et merihobukese ja inimese (imetajate) rasedus nii sarnased protsessid on.

Arvatakse, et evolutsioon on iseseisvalt raseduseni jõudnud nii mitmel korral just seetõttu, et see protsess suurendab oluliselt järglaste ellujäämise tõenäosust – aitab neil paremini üle elada embrüonaalse ja varajase arengu etappe ja muudab paljunemise lõppkokkuvõttes edukamaks. Seeläbi suureneb selle liigi ja nende loomade kohasus ehk sigimisedukus.

Ühtlasi näib, et järglaste arengu n-ö füüsiline kaitse ei ole raseduse ainuke kohasust tõstev omadus, vaid see annab võimaluse ka järglase arengut suunata. Ehk siis, eksisteerivad paljuski veel seni kirjeldamata mehhanismid, mis annavad embrüo arengule sisendi sellest, millist keskkonda emas(isas)organism tajub.

Üldisemalt kirjeldab seda protsessi nn PAR hüpotees (predictive adaptive response), mille kohaselt püüab embrüo kui arenev organism iseseisvaks eluks n-ö ette kohaneda ja olla valmis vastavateks ideaalist erinevateks tingimusteks. Kui tegelikud keskkonna tingimused osutuvad aga millekski muuks kui selleks, milles arenev organism ennast ette valmistas, võib selline n-ö mööda kohanemine osutuda hoopis kahjulikuks ja kutsuda esile haiguseid, sest organism on "valest" keskkonnast pidevas stressis. Enamasti on seda protsessi uuritud just toitumise kontekstis, kus erinevates raseduse (ja ka sellele eelnevates) etappides emasloomade toitumist muutes ilmnevad järglastel erinevused fenotüübis, mis mõjutavad neid just hilisemas elus. Ilma katseid tegemata on seda protsessi inimeste puhul tagantjärele palju uuritud nn Hollandi näljatalve kohordis.

Üldiselt võib öelda, et selles nähtuses on veel palju teadmata ja n-ö mitte-geneetilised või konventsionaalses mõttes mitte-pärilikud mehhanismid (sh epigeneetika), mis siiski informatsiooni vanematelt järglastele edasi kannavad, on hetkel populaarsust koguv uurimisteema. Keskne küsimus käesolevas ühises merihobukeste projektis ongi olnud see, kas protsess toimub ka merihobudes, kus hoopis isased on rasedad. Milline võiks olla selles kontekstis emas- ja isaslooma mõjude erinevus. Nende küsimuste uurimine võib edendada üldisi teadmisi PAR hüpoteesi kohta ja need teadmised võivad olla ülekantavad ka inimestele.

Üldiselt merihobukestel uurimisobjektina mingit märgatavat eelist näiteks hiirte ees kindlasti ei ole. Evolutsiooniliselt on hiired ikkagi inimesele olulisemalt lähemad kui kalad. Kui nüüd mingi eelis kindlasti välja pigistada, siis see, et merihobukestel käib paljunemine kiiremini. Ehk siis, määratud ajaühikus paljuneb üks paar merihobukesi rohkem ja annab suurema "pesakonna" kui hiired. Isane merihobuke sisuliselt rasestub kohe pärast sünnitust uuesti. Emane ei anna isasele asu. Ühtlasi ei kaldu nad oma järglasi ära sööma, erinevalt hiirtest.

Käesoleva projekti raames oligi koostöö selline, et transkriptoomika (geenide ekspressiooni) uuringud  ja andmeanalüüs tehti bio- ja siirdemeditsiini instituudis patofüsioloogia osakonnas Transgeno projektis. Transgeno projektis töötav teadur James Ord oli ka see, kes selle suure ja mitmekülgse projekti tulemused koherentseks teadusartikliks kokku kirjutas. Kokkuvõtvalt võikski öelda, et PAR hüpotees leidis kinnitust ka merihobukestes, mis omakorda näitab taas kui sarnased on need kaks erinevat rasedust."

Paljudes kohtades maailmas on merihobukeste arvukus drastiliselt langenud. Autor/allikas: Erakogu/Thomas Wilfried

Sa oled mida sööd – ja su järglastele kehtib see ka

Oma varasemates teadustöödes merihobukestega on Francisco Otero-Ferrer keskendunud ka sellele, kuidas mõjutab "raseduse" eelne ja "raseduse" ajal tarbitud toit merihobukeste järglaste kvaliteeti. On ju üldteada tõde, et ka inimeste raseduse perioodil on kvaliteetne toit oluliseks loote arengut mõjutavaks faktoriks. Kes poleks kuulnud uue aja vanasõna: "Sa oled see, mida sööd!"

Merihobukeste puhul näitas eksperiment selgelt, et sama kehtib ka nende järglaste kohta. Taaskord koos Tartu Ülikooli teadlastega uuriti kvaliteetse toidu mõju avalduvatele geenidele ja ka mõõdetavatele välistele tunnustele.  – Muutused olid nähtavad mõlemas. Täpsemalt ei arenenud "raseduse" ajal kehva kvaliteediga toitu söönud merihobukeste järglaste suu (pikkus ja kuju) selliseks nagu on vaja edukaks toidu hankimiseks. Katsu sa püüda väledaid vähikesi kui mokad on lühikesed ja kõverad.

Sellistel muudatustel võivad olla kaugeleulatuvad tagajärjed liigi seni kiiduväärsele kohanemisvõimele. Ebakvaliteetne toit (näiteks kahaneva bioloogilise mitmekesisuse tagajärjel) ja põlvede kaupa edasi päranduvad muutused suu kujus võivad viia selleni, et tugevama evolutsioonilise surve alla jäänud populatsioonid surevad välja.

Küsimusi tekkis juurde

"Me justkui avasime Pandora laeka!" toob Francisco Otero-Ferrer kujundliku võrdluse. "Seniste teadustöödega me mitte ei lahendanud mingit suurt küsimust, vaid hoopis tekitasime neid suure hulga juurde. Näiteks: kas isased merihobukesed on suutelised oma kõhupaunas olevaid embrüoid toitma, sarnaselt imetajatele. Merinõeladel on seda stabiilsete isotoopide abil näidatud, kuid keegi ei tea, kas sama toimub ka merihobukestel."

"Teiseks – keegi ei tea, kust saavad toitu kala kõhupaunas arenevad maimud pärast seda kui nende rebukott on ära kasutatud, kuid maimud veel paunast välja ei lähe. Kas see toimub paunas oleva kehavedeliku kaudu? Kõhupaunast väljuvad maimud on 0,8-1 cm pikkused ja kulub kaks nädalat, enne kui nad selliseks kasvavad."

Olgugi, et lisaküsimusi tekkis mitmeid, ei paista see teadlast heidutavat – teaduspoolest pakubki selliste müsteeriumite lahendamine teadlastele just suurimat naudingut ning see on põhjus, miks teadlaseks hakataksegi. Lisaks sigimisbioloogiale on Otero-Ferreri plaan vaadata lähemalt ka suurt pilti, mereökosüsteeme ja elupaikasid laiemalt, et hoida silm peal keskkonnas toimuvatel muutustel. Merihobukestel ju toidupoode pole ning kvaliteetset toitu leiab vaid sealtsamast looduskeskkonnast.

Viited teadustöödele:

- Otero-Ferrer, F., Izquierdo, M., Fazeli, A., Holt, W.V. 2016. Embryonic developmental plasticity in the long-snouted seahorse (Hippocampus reidi, Ginsburg 1933) in relation to parental preconception diet. Reprod Fertil Dev. 28(7): 1020-1028.

- Crespi B, Semeniuk C. 2004. Parent-offspring conflict in the evolution of vertebrate reproductive mode. Am Nat 163:635–653.

- Goodwin NB, Dulvy NK, Reynolds JD. 2002. Life history correlates of the evolution of live bearing in fishes. Phil Trans R Soc B 357:259–267.

- Low FM, Gluckman PD, Hanson MA. 2012. Developmental Plasticity, Epigenetics and Human Health. BCM Evol Biol 4:650-665.

- Fleming TP et. al. 2012. Nutrition of females during the peri-conceptional period and effects on foetal programming and health of offspring. Anim Reprod Sci 130:193-197.

- Schulz LC. 2010. The Dutch Hunger Winter and the developmental origins of health and disease. PNAS 107:16757-16758.

TransGeno ERA Chair projekt on rahastatud Euroopa Liidu Horisont 2020 teaduse ja innovatsiooni raamprogrammist (lepingu number 6689889).

Toimetaja: Randel Kreitsberg, Tartu Ülikool

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: