Em formação

Lampreias e a origem de certas estruturas cerebrais


Não sei por que, mas tive a impressão de que coisas como o tectum óptico e os gânglios da base desenvolveram-se pós-2R (a duplicação dupla do genoma ~ 1/2 Ga).

Lampreias (pelo que eu sei) também têm essas estruturas cerebrais. O problema é que o TimeTree parece indicar que - a menos que o valor discrepante de Otsuka et al esteja correto - as lampreias divergiram antes disso:

Enquanto tentava descobrir qual parte do meu pensamento está errado, encontrei este artigo que sugere que lampreias tinham duplicações de genoma inteiras, mas completamente separadas daquelas em nossa linhagem.

Isso significa que suas estruturas evoluíram de forma convergente? (Talvez sejam coisas "óbvias" para evoluir pós-WGDs?) Ou minha suposição inicial está errada e as estruturas são muito mais antigas que 2R e são pré-divergentes de lampreias?

Ou algo totalmente diferente? Estou confuso e tenho certeza de que estou perdendo alguma coisa: simplesmente não sei o quê.


A lampreia nos estudos evolutivos

As lampreias são uma espécie-chave para estudar a evolução dos caracteres morfológicos no alvorecer dos craniose e ao longo da evolução do filo dos cranios. Aqui, revisamos uma série de campos de pesquisa onde os estudos sobre lampreias trouxeram recentemente percepções significativas e fundamentais sobre o tempo e os mecanismos da evolução, sobre a incrível diversificação da morfologia e sobre o surgimento de novidades entre os Craniates. Relatamos estudos de exemplo recentes sobre crista neural, músculo e aquisição de mandíbulas, onde avanços técnicos importantes na biologia do desenvolvimento da lampreia foram feitos (injeções de morfolino, aplicações de grânulos embebidos em proteínas ou mesmo os primeiros ensaios de transgênese). Descrevemos o progresso na compreensão e conhecimento sobre a anatomia e fisiologia da lampreia (esqueleto, sistema imunológico e secreção bucal), ecologia (ciclo de vida, embriologia), filogenia (duplicações do genoma, monofilia dos ciclostomos), paleontologia, desenvolvimento embrionário e os primórdios da lampreia genômica. Finalmente, em um foco especial no sistema nervoso, descrevemos como as mudanças na sinalização, neurogênese ou padrões de migração neuronal durante o desenvolvimento do cérebro podem estar na origem de algumas diferenças importantes observadas entre os cérebros de lampreia e gnatóstomo.

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Conteúdo

As lampreias vivem principalmente em águas costeiras e doces e são encontradas na maioria das regiões temperadas. Algumas espécies (por exemplo Geotria australis, Petromyzon Marinus, e Entosphenus tridentatus) viajam distâncias significativas em mar aberto, [10] como evidenciado por sua falta de isolamento reprodutivo entre as populações. Outras espécies são encontradas em lagos sem litoral. Suas larvas (amocoetes) têm baixa tolerância a altas temperaturas da água, o que pode explicar por que não estão distribuídos nos trópicos.

A distribuição da lampreia pode ser adversamente afetada pela pesca predatória e poluição. Na Grã-Bretanha, na época da Conquista, lampreias foram encontradas rio acima no rio Tâmisa como Petersham [ citação necessária ] A redução da poluição no Tâmisa e no Rio Wear levou a avistamentos recentes em Londres e Chester-le-Street. [11] [12]

A distribuição de lampreias também pode ser afetada adversamente por barragens e outros projetos de construção devido à interrupção das rotas de migração e obstrução do acesso aos locais de desova. Por outro lado, a construção de canais artificiais expôs novos habitats para colonização, principalmente na América do Norte, onde as lampreias marinhas se tornaram uma praga significativa introduzida nos Grandes Lagos. Programas de controle ativo para controlar lampreias estão passando por modificações devido a preocupações com a qualidade da água potável em algumas áreas. [13]

Anatomia externa básica de uma lampreia

Edição de anatomia

Os adultos se parecem superficialmente com as enguias por terem corpos alongados e sem escamas, e podem variar de 13 a 100 cm (5 a 40 polegadas) de comprimento. Sem barbatanas emparelhadas, as lampreias adultas têm olhos grandes, uma narina no topo da cabeça e sete poros branquiais em cada lado da cabeça.

O cérebro da lampreia é dividido em prosencéfalo, diencéfalo, mesencéfalo, cerebelo e medula. [14]

O coração da lampreia é anterior aos intestinos. Ele contém o seio, um átrio e um ventrículo protegidos pelas cartilagens pericárdicas. [14]

A glândula pineal, um órgão fotossensível que regula a produção de melatonina por meio da captura de sinais de luz através da célula fotorreceptora, convertendo-os em sinais intercelulares da lampreia, está localizada na linha média de seu corpo, para a lampreia, o olho pineal é acompanhado pelo órgão parapineal. [15]

A cavidade bucal, anterior às gônadas, é responsável por se prender, por sucção, a uma pedra ou a sua presa. Isso permite que a língua tenha contato com a pedra para raspar algas ou rasgar a carne de sua presa para beber seu sangue. [16]

A faringe é subdividida na parte ventral formando um tubo respiratório que é isolado da boca por uma válvula chamada véu. Trata-se de uma adaptação da alimentação dos adultos, evitando que os fluidos corporais da presa escapem pelas guelras ou interferindo na troca gasosa, que ocorre bombeando a água para dentro e para fora das bolsas branquiais em vez de absorvê-la pela boca.

Um dos principais componentes físicos da lampreia são os intestinos, que estão localizados ventralmente à notocorda. Os intestinos auxiliam na osmorregulação ao ingerir água de seu ambiente e dessalinizar a água que ingerem para um estado isoosmótico em relação ao sangue, e também são responsáveis ​​pela digestão. [17]

Perto das guelras estão os olhos, que são pouco desenvolvidos e enterrados sob a pele nas larvas. Os olhos consumam seu desenvolvimento durante a metamorfose e são cobertos por uma fina e transparente camada de pele que se torna opaca em conservantes. [18]

Morfologia Editar

As características morfológicas únicas das lampreias, como seu esqueleto cartilaginoso, sugerem que elas são o táxon irmão (ver cladística) de todos os vertebrados com mandíbulas vivos (gnatóstomos). Eles geralmente são considerados o grupo mais basal dos Vertebrados. Em vez de vértebras verdadeiras, eles têm uma série de estruturas cartilaginosas chamadas arcualia dispostas acima da notocorda. Hagfish, que se assemelham a lampreias, tem sido tradicionalmente considerado o táxon irmão dos verdadeiros vertebrados (lampreias e gnatostomos) [19], mas a evidência de DNA sugere que eles são de fato o táxon irmão das lampreias. [20]

Estudos têm demonstrado que as lampreias estão entre os nadadores com maior eficiência energética. Seus movimentos de natação geram zonas de baixa pressão ao redor do corpo, que puxam ao invés de empurrar seus corpos através da água. [21]

Pesquisas sobre lampreias-do-mar revelaram que os machos sexualmente maduros usam um tecido especializado na produção de calor na forma de uma crista de células de gordura perto da nadadeira dorsal anterior para estimular as fêmeas. Depois de ter atraído uma fêmea com feromônios, o calor detectado pela fêmea através do contato corporal irá estimular a desova. [22]

Devido a certas peculiaridades em seu sistema imunológico adaptativo, o estudo das lampreias fornece informações valiosas sobre a evolução da imunidade adaptativa dos vertebrados. Gerado a partir de uma recombinação somática de segmentos de genes repetidos ricos em leucina, os leucócitos lampreia expressam receptores de linfócitos variáveis ​​de superfície (VLRs). [23] Essa característica de evolução convergente permite que eles tenham linfócitos que funcionam como células T e células B presentes no sistema imunológico dos vertebrados superiores. [24]

As lampreias do norte (Petromyzontidae) têm o maior número de cromossomos (164-174) entre os vertebrados. [25]

Lampreia empacotada (Geotria australis) as larvas também têm uma tolerância muito alta para o ferro livre em seus corpos e têm sistemas bioquímicos bem desenvolvidos para a desintoxicação de grandes quantidades desses íons metálicos. [26]

Lampreias são os únicos vertebrados existentes com quatro olhos. [27] A maioria das lampreias tem dois olhos parietais adicionais: um pineal e um parapineal (a exceção são membros de Mordacia). [28]

Edição de adaptações

Diferentes espécies de lampreias têm muitas características físicas comuns. No entanto, a mesma estrutura anatômica pode ter diferentes funções na lampreia, dependendo se ela é carnívora ou não. Por exemplo, as espécies não carnívoras usam seus dentes para raspar algas das rochas para se alimentar, [29] em vez de perfurar a carne dos hospedeiros. A boca e a capacidade de sucção da lampreia não apenas permitem que ela se agarre a um peixe como parasita, [30] mas também fornecem uma capacidade limitada de escalada para que possa viajar rio acima e subir rampas ou rochas para procriar. [31] [30] Esta habilidade foi estudada na tentativa de entender melhor como as lampreias lutam contra a corrente e avançam, apesar de serem capazes de segurar a rocha em um único ponto. [31] Alguns cientistas também esperam projetar rampas [31] que irão otimizar a capacidade de escalada da lampreia, já que as lampreias são avaliadas como alimento no noroeste e precisam ser capazes de subir o rio para se reproduzir. [30]

O último ancestral comum das lampreias parece ter se especializado para se alimentar de sangue e fluidos corporais de outros peixes após a metamorfose. [32] Eles fixam seus aparelhos bucais ao corpo do animal alvo, então usam três placas córneas (lâminas) na ponta de sua língua em forma de pistão, uma transversalmente e duas colocadas longitudinalmente, para raspar os tecidos superficiais até atingirem os fluidos corporais. [33] Os dentes do disco oral são usados ​​principalmente para ajudar o animal a se prender à presa. [34] Feitos de queratina e outras proteínas, os dentes da lampreia têm um núcleo oco para dar espaço para a substituição dos dentes que crescem sob os antigos. [35] Algumas das formas originais de alimentação de sangue evoluíram para espécies que se alimentam de sangue e carne, e algumas que se especializaram em comer carne e podem até invadir os órgãos internos do hospedeiro. Os alimentadores de tecido também podem envolver os dentes do disco oral na excisão do tecido. [36] Como resultado, os carnívoros têm glândulas bucais menores, pois não precisam produzir anticoagulante continuamente e mecanismos para evitar que o material sólido entre nas bolsas branquiais, o que poderia obstruir potencialmente as guelras. [37] Um estudo do conteúdo estomacal de algumas lampreias mostrou restos de intestinos, nadadeiras e vértebras de suas presas. [38] Embora ataques a humanos ocorram, [39] eles geralmente não atacam humanos a menos que morram de fome. [40] [19]

As formas carnívoras deram origem às espécies não carnívoras que se alimentam de algas, [41] e indivíduos "gigantes" entre a pequena lampreia americana de riacho foram ocasionalmente observados, levando à hipótese de que às vezes membros individuais de formas não carnívoras retornam ao estilo de vida carnívoro de seus ancestrais. [42]

Outra adaptação importante da lampreia é sua camuflagem. Semelhante a muitas outras espécies aquáticas, a maioria das lampreias tem o dorso escuro, o que permite que elas se misturem com o solo quando vistas de cima por um predador. Sua parte inferior de cor clara permite que eles se misturem com o ar e a água brilhantes acima deles se um predador os vir de baixo.

A coloração da lampreia também pode variar de acordo com a região e ambiente específico em que a espécie é encontrada. Algumas espécies podem ser distinguidas por suas marcações exclusivas - por exemplo, Geotria australis os indivíduos exibem duas faixas azuladas em todo o comprimento do corpo na idade adulta. [43] Essas marcações também podem às vezes ser usadas para determinar em que estágio do ciclo de vida a lampreia está G. australis os indivíduos perdem essas listras quando se aproximam da fase reprodutiva e começam a viajar rio acima. [43] Outro exemplo é Petromyzon Marinus, que muda para uma cor mais laranja à medida que atinge o estágio reprodutivo em seu ciclo de vida.

Edição de Ciclo de Vida

Os adultos desovam em ninhos de areia, cascalho e seixos em riachos límpidos e, após a eclosão dos ovos, as larvas jovens - chamadas ammocoetas - irão derivar rio abaixo com a corrente até atingirem sedimentos finos e macios em leitos de silte, onde se enterrarão lodo, lama e detritos, passando a existir como filtradores, coletando detritos, algas e microorganismos. [44] Os olhos das larvas são subdesenvolvidos, mas são capazes de discriminar mudanças na iluminância. [45] Ammocoetes podem crescer de 3–4 polegadas (8–10 cm) a cerca de 8 polegadas (20 cm). [46] [47] Muitas espécies mudam de cor durante um ciclo diurno, tornando-se escuras durante o dia e pálidas à noite. [48] ​​A pele também possui fotorreceptores, células sensíveis à luz, a maioria deles concentrados na cauda, ​​o que os ajuda a permanecer enterrados. [49] As lampreias podem passar até oito anos como amocoetas, [50] enquanto espécies como a lampreia ártica podem passar apenas um a dois anos como larvas, [51] antes de sofrer uma metamorfose que geralmente dura de 3 a 4 meses, mas pode variar entre as espécies. [52] Enquanto se metamorfoseiam, eles não comem. [53]

A taxa de água que se move através do aparato de alimentação das amocetas é a mais baixa registrada em qualquer animal alimentado por suspensão e, portanto, eles precisam de água rica em nutrientes para atender às suas necessidades nutricionais. Enquanto a maioria dos alimentadores de suspensão (invertebrados) prosperam em águas contendo menos de 1 mg de sólidos orgânicos suspensos por litro (& lt1 mg / l), as ammoquetas exigem um mínimo de 4 mg / l, com concentrações em seus habitats sendo medidas até 40 mg / l . [54]

Durante a metamorfose, a lampreia perde a vesícula biliar e o trato biliar, [55] e o endóstilo se transforma em uma glândula tireoide. [56]

Algumas espécies, incluindo aquelas que não são carnívoras e não se alimentam mesmo após a metamorfose, [53] vivem em água doce durante todo o seu ciclo de vida, desovando e morrendo logo após a metamorfose. [57] Em contraste, muitas espécies são anádromas e migram para o mar, [53] começando a se alimentar de outros animais enquanto ainda nadam rio abaixo após sua metamorfose fornecer-lhes olhos, dentes e uma boca sugadora. [58] [57] Aqueles que são anádromos são carnívoros, alimentando-se de peixes ou mamíferos marinhos. [10] [59] [60]

As lampreias anádromos passam até quatro anos no mar antes de migrar de volta para a água doce, onde desovam. Os adultos criam ninhos (chamados de redds) movendo pedras, e as fêmeas liberam milhares de ovos, às vezes até 100.000. [57] O macho, entrelaçado com a fêmea, fertiliza os ovos simultaneamente. Por serem semíparos, os dois adultos morrem depois que os óvulos são fertilizados. [61]

Os taxonomistas colocam lampreias e peixes-bruxa no subfilo Vertebrata do filo Chordata, que também inclui os subfilos invertebrados Tunicata (ascídias) e os Cephalocordata semelhantes a peixes (lanceletes ou Anfioxus). Estudos filogenéticos moleculares e morfológicos recentes colocam lampreias e peixes-bruxa na superclasse Agnatha ou Agnathostomata (ambos significando sem mandíbulas). A outra superclasse de vertebrados é Gnathostomata (boca com mandíbula) e inclui as classes Chondrichthyes (tubarões), Osteichthyes (peixes ósseos), Anfíbios, Reptilia, Aves e Mammalia.

Alguns pesquisadores classificaram as lampreias como os únicos sobreviventes da classe Cephalaspidomorphi. [62] Cephalaspidomorpha às vezes é dado como uma subclasse de Cephalaspidomorphi. Evidências fósseis agora sugerem que lampreias e cefalaspídeos adquiriram seus caracteres compartilhados por evolução convergente. [63] [64] Como tal, muitos trabalhos mais recentes, como a quarta edição de Peixes do mundo, classificam lampreias em um grupo separado chamado Hyperoartia ou Petromyzontida, [62] mas se isso é realmente um clado é questionado. Nomeadamente, foi proposto que as não lampreias "Hyperoartia" estão de facto mais próximas dos vertebrados com mandíbulas.

Apesar do debate sobre sua sistemática, as lampreias constituem uma única ordem. Petromizontiformes. Às vezes, ainda é vista a grafia alternativa "Petromizoniformes", com base no argumento de que o gênero de tipo é Petromyzon e não "Petromyzonta" ou similar. Ao longo da maior parte do século 20, os dois nomes foram usados ​​indiscriminadamente, até mesmo pelo mesmo autor em publicações subsequentes. Em meados da década de 1970, o ICZN foi chamado para definir um nome ou outro e, após muito debate, teve de resolver a questão por meio de votação. Assim, em 1980, a grafia com um "t" venceu e, em 1981, tornou-se oficial que todos os táxons de nível superior baseados em Petromyzon tem que começar com "Petromyzont-".

A taxonomia a seguir é baseada no tratamento pela FishBase em abril de 2012 com a filogenia compilada por Mikko Haaramo. [65] Dentro da ordem estão 10 gêneros vivos em três famílias. Dois dos últimos são monotípicos em nível de gênero hoje, e em um deles uma única espécie viva é reconhecida (embora possa ser um complexo de espécies crípticas): [66]

Geotria Gray 1851 (lampreia em bolsa)

Mordacia Gray 1853 (lampreias com topete do sul)

  • Geotria australisGray 1851 (Lampreia empacotada)
  • Mordacia lapicida(Gray 1851) (Lampreia chilena)
  • Mordacia Mordax(Richardson 1846) (Lampreia australiana)
  • Mordacia PraecoxPotter 1968 (Lampreia de riacho australiana / não parasita)
  • Petromyzon MarinusLinnaeus 1758 (Lampreia do mar)
  • Ichthyomyzon bdellium(Jordan 1885) (Lampreia de Ohio)
  • Ichthyomyzon castaneusGirard 1858 (Lampreia de castanha)
  • Fóssor de ictiomizonReighard e amp Cummins 1916 (Lampreia do riacho do norte)
  • Ichthyomyzon gageiHubbs e amp Trautman 1937 (Lampreia do riacho do sul)
  • Ichthyomyzon greeleyiHubbs & amp Trautman 1937 (Lampreia do riacho da montanha)
  • Ichthyomyzon unicuspisHubbs & amp Trautman 1937 (Lampreia prateada)
  • Caspiomyzon wagneri(Kessler 1870) Berg 1906 (Lampreia do Cáspio)
  • Caspiomyzon graecus(Renaud & amp Economidis 2010) (Lampreia de riacho jônico)
  • Caspiomyzon hellenicus(Vladykov et al. 1982) (Lampreia grega)
  • Tetrapleurodon geminisÁlvarez 1964 (Lampreia de riacho mexicana)
  • Tetrapleurodon spadiceus(Feijão 1887) (Lampreia mexicana)
  • Entosphenus FollettiVladykov e amp Kott 1976 (Lampreia de riacho do norte da Califórnia)
  • Entosphenus lethophagus(Hubbs 1971) (Lampreia do riacho Pit-Klamath)
  • Entosphenus macrostomus(Beamish 1982) (Lampreia do lago)
  • Entosphenus minimus(Bond e Kan 1973) (Lampreia Miller Lake)
  • Entosphenus similisVladykov & amp Kott 1979 (Lampreia do rio Klamath)
  • Entosphenus tridentatus(Richardson 1836) (Lampreia do Pacífico)
  • Lethenteron alaskenseVladykov e amp Kott 1978 (Lampreia de riacho do Alasca)
  • Apêndice de Lethenteron(DeKay 1842) (Lampreia de riacho americana)
  • Lethenteron camtschaticum(Tilesius 1811) (Lampreia ártica)
  • Lethenteron kessleri(Anikin 1905) (Lampreia do riacho da Sibéria)
  • Lethenteron ninaeNaseka, Tuniyev e amp Renaud 2009 (Lampreia da Transcaucásia Ocidental)
  • Lethenteron reissneri(Dybowski 1869) (Lampreia de riacho do Extremo Oriente)
  • Lethenteron zanandreai(Vladykov 1955) (Lampreia da Lombardia)
  • Eudontomyzon stankokaramani(Karaman 1974) (Lampreia do riacho Drin)
  • Eudontomyzon morii(Berg 1931) (Lampreia coreana)
  • Eudontomyzon danfordiRegan 1911 (Lampreia de riacho dos Cárpatos)
  • Eudontomyzon mariae(Berg 1931) (Lampreia de riacho ucraniano)
  • Eudontomyzon vladykovi(Oliva e Zanandrea 1959) (Lampreia de Vladykov)
  • Lampetra aepyptera(Abbott 1860) (Menor lampreia de riacho)
  • Lampetra alavariensisMateus et al. 2013 (Lampreia portuguesa)
  • Lampetra auremensisMateus et al. 2013 (Lampreia Alcorão)
  • Lampetra ayresi(Günther 1870) (Lampreia do rio ocidental)
  • Lampetra fluviatilis(Linnaeus 1758) (Lampreia europeia)
  • Lampetra hubbsi(Vladykov e amp Kott 1976) (Lampreia do riacho Kern)
  • Lampetra lanceolataKux e Steiner 1972 (Lampreia de riacho turco)
  • Lampetra lusitanicaMateus et al. 2013 (lampreia lusitânica)
  • Lampetra pacificaVladykov 1973 (Lampreia do riacho do Pacífico)
  • Lampetra planeri(Bloch 1784) (Lampreia de riacho europeu)
  • Lampetra richardsoniVladykov e amp Follett 1965 (Lampreia do riacho ocidental)
  • Entosphenus macrostomusDr. Dick Beamish 1980 (Lampreia do lago Cowichan)

Sinapomorfias são certas características que são compartilhadas ao longo da história evolutiva. Organismos que possuem notocórdio, cordão nervoso oco dorsal, fendas faríngeas, glândula pituitária / endóstilo e cauda pós-anal durante o processo de seu desenvolvimento são considerados cordados. As lampreias contêm essas características que as definem como cordados. A anatomia da lampreia é muito diferente com base no estágio de desenvolvimento em que se encontram. [69] A notocorda é derivada do mesoderma e é uma das características definidoras de um cordado. O notocórdio fornece sinais e pistas mecânicas para ajudar o organismo ao nadar. O cordão nervoso dorsal é outra característica das lampreias que as define como cordados. Durante o desenvolvimento, esta parte do ectoderma rola criando um tubo oco. É frequentemente por isso que é referido como o cordão nervoso "oco" dorsal. O terceiro traço cordado, que são as fendas da faringe, são as aberturas encontradas entre a faringe ou a garganta. [70] As fendas faríngeas são órgãos filtrantes de alimentação que ajudam no movimento da água pela boca e para fora dessas fendas ao chorar. Durante o estágio larval da lampreia, eles contam com a alimentação do filtro como mecanismo para obter seu alimento. Quando as lampreias atingem sua fase adulta, tornam-se parasitas de outros peixes, e essas fendas branquiais tornam-se muito importantes para auxiliar na respiração do organismo. A sinapomorfia cordada final é a cauda pós-anal, que é uma cauda muscular que se estende por trás do ânus.

Freqüentemente, larvas de anfioxus e lampreias adultas são comparadas por anatomistas devido às suas semelhanças. As semelhanças entre o anfioxo adulto e as larvas de lampreia incluem uma faringe com fendas faríngeas, uma notocorda, um cordão nervoso oco dorsal e uma série de somitos que se estendem anteriormente à vesícula ótica. [72]

Editar registro fóssil

Fósseis de lampreia são raros porque a cartilagem não fossiliza tão prontamente quanto o osso. As primeiras lampreias fósseis foram originalmente encontradas em calcários do início do Carbonífero, sedimentos marinhos na América do Norte: Mayomyzon pieckoensis e Hardistiella montanensis, do Mississippian Mazon Creek lagerstätte e a sequência de calcário Bear Gulch. Nenhuma das lampreias fósseis encontradas até agora tinham mais de 10 cm (3,9 polegadas), [73] e todas as formas paleozóicas foram encontradas em depósitos marinhos. [74]

Na edição de 22 de junho de 2006 de Natureza, Mee-mann Chang e seus colegas relataram sobre um fóssil de lampreia da Formação Yixian da Mongólia Interior. A nova espécie, morfologicamente semelhante ao Carbonífero e outras formas, recebeu o nome de Mengae mesomizon ("Lampreia mesozóica de Meng Qingwen").

O fóssil extremamente bem preservado mostrou um disco oral sugador bem desenvolvido, um aparato branquial relativamente longo mostrando uma cesta branquial, sete bolsas branquiais, arcos branquiais e até mesmo as impressões de filamentos branquiais e cerca de 80 miômeros de sua musculatura. Ao contrário dos fósseis norte-americanos, seu habitat era quase certamente de água doce. [75]

Meses depois, um fóssil de lampreia ainda mais antigo que o gênero Mazon Creek foi relatado nas rochas do Grupo Witteberg perto de Grahamstown, no Cabo Oriental da África do Sul. Datando 360 milhões de anos, esta espécie, Priscomyzon riniensis, é muito semelhante às lampreias encontradas hoje. [76] [77] [78]

A lampreia tem sido amplamente estudada porque seu cérebro relativamente simples é considerado, em muitos aspectos, como refletindo a estrutura cerebral dos primeiros ancestrais vertebrados. Começando na década de 1970, Sten Grillner e seus colegas do Instituto Karolinska em Estocolmo seguiram o extenso trabalho sobre a lampreia iniciado por Carl Rovainen na década de 1960, que usou a lampreia como um sistema modelo para desenvolver os princípios fundamentais do controle motor em vertebrados começando na medula espinhal e trabalhando em direção ao cérebro. [80]

Em uma série de estudos de Rovainen e seu aluno James Buchanan, as células que formavam os circuitos neurais da medula espinhal, capazes de gerar os padrões motores rítmicos subjacentes à natação, foram examinadas. Observe que ainda faltam detalhes no esquema de rede, apesar das afirmações de Grillner de que a rede é caracterizada (Parker 2006, 2010 [81] [82]). Os circuitos da medula espinhal são controlados por áreas locomotoras específicas no tronco cerebral e no mesencéfalo, e essas áreas são, por sua vez, controladas por estruturas cerebrais superiores, incluindo os gânglios da base e o tectum.

Em um estudo sobre o tectum da lampreia publicado em 2007, [83] eles descobriram que a estimulação elétrica poderia provocar movimentos oculares, movimentos de flexão lateral ou atividade de natação, e o tipo, amplitude e direção do movimento variavam em função da localização dentro do tectum que foi estimulado. Esses achados foram interpretados como consistentes com a ideia de que o tectum gera locomoção direcionada a um objetivo na lampreia.

Lampreias são usadas como organismo modelo na pesquisa biomédica, onde seus grandes axônios reticulospinais são usados ​​para investigar a transmissão sináptica. [84] Os axônios da lampreia são particularmente grandes e permitem a microinjeção de substâncias para manipulação experimental.

Eles também são capazes de recuperação funcional completa após a transecção completa da medula espinhal. Outra característica é a capacidade de deletar vários genes de suas linhagens de células somáticas, cerca de 20% de seu DNA, que são vitais durante o desenvolvimento do embrião, mas que em humanos podem causar problemas como câncer mais tarde na vida, após terem servido seus propósito. Ainda não se sabe como os genes destinados à exclusão são direcionados. [85] [86]

Como comida Editar

As lampreias são usadas há muito tempo como alimento para humanos. [87] Eles eram muito apreciados pelos antigos romanos. Durante a Idade Média eram amplamente consumidos pelas classes altas em toda a Europa, especialmente durante a Quaresma, quando comer carne era proibido, devido ao seu sabor e textura carnosa. Afirma-se que o rei Henrique I da Inglaterra gostava tanto de lampreias que freqüentemente as comia tarde na vida e com problemas de saúde, contra o conselho de seu médico a respeito de sua riqueza, e teria morrido por comer "um excesso de lampreias". Se sua indulgência de lampreia realmente causou sua morte, não está claro. [88]

Em 4 de março de 1953, a torta da coroação da Rainha Elizabeth II foi feita pela Força Aérea Real usando lampreias. [89]

No sudoeste da Europa (Portugal, Espanha e França), Finlândia e na Letônia (onde a lampreia é vendida rotineiramente em supermercados), as lampreias são uma iguaria muito apreciada. Na Finlândia (condado de Nakkila), [90] e na Letônia (Município de Carnikava), a lampreia do rio é o símbolo do lugar, encontrada em seus brasões. Em 2015, a lampreia de Carnikava foi incluída na lista de Denominações de Origem Protegidas da Comissão Europeia. [91]

A lampreia-do-mar é a espécie mais procurada em Portugal e uma das duas únicas que legalmente podem levar a designação comercial de "lampreia" (lampreia): o outro sendo Lampetra fluviatilis, a lampreia do rio europeu, ambos segundo a Portaria (Regulamento do Governo n.º 587/2006, de 22 de junho). O "Arroz de lampreia" ou arroz de lampreia é um dos pratos mais importantes da cozinha portuguesa.

Lampreias também são consumidas na Suécia, Rússia, Lituânia, Estônia, Japão e Coréia do Sul. [ citação necessária ] Na Finlândia, são normalmente consumidos grelhados ou fumados, mas também em conserva ou em vinagre. [93]

O muco e o soro de várias espécies de lampreias, incluindo a lampreia Cáspia (Caspiomyzon wagneri), lampreias de rio (Lampetra fluviatilis e L. planeri), e lampreia do mar (Petromyzon Marinus), são tóxicos e requerem uma limpeza completa antes de serem cozinhados e consumidos. [94] [95]

Na Grã-Bretanha, lampreias são comumente usadas como isca, normalmente como isca morta. O lúcio, a perca e o chub podem ser apanhados em lampreias. Lampreias congeladas podem ser compradas na maioria das lojas de iscas e equipamentos.

Como pragas Editar

As lampreias marinhas tornaram-se uma praga importante nos Grandes Lagos da América do Norte. Geralmente, acredita-se que eles obtiveram acesso aos lagos por meio de canais durante o início do século 20, [96] [97] mas essa teoria é controversa. [98] Eles são considerados uma espécie invasora, não têm inimigos naturais nos lagos e se alimentam de muitas espécies de valor comercial, como a truta do lago. [96]

As lampreias são agora encontradas principalmente nos riachos que alimentam os lagos e controladas com barreiras especiais para evitar o movimento de adultos a montante, ou pela aplicação de tóxicos chamados lampricidas, que são inofensivos para a maioria das outras espécies aquáticas, entretanto, esses programas são complicados e caro, e não erradica as lampreias dos lagos, mas apenas as mantém sob controle. [99]

Novos programas estão sendo desenvolvidos, incluindo o uso de lampreias masculinas quimicamente esterilizadas em um método semelhante à técnica do inseto estéril. [100] Finalmente, feromônios críticos para o comportamento migratório da lampreia foram isolados, suas estruturas químicas determinadas e seu impacto no comportamento da lampreia estudado, em laboratório e na natureza, e esforços ativos estão em andamento para fornecer quimicamente e para abordar as considerações regulatórias que pode permitir que esta estratégia prossiga. [101] [102] [103]

O controle de lampreias marinhas nos Grandes Lagos é conduzido pelo Serviço de Pesca e Vida Selvagem dos EUA e pelo Departamento Canadense de Pesca e Oceanos, e é coordenado pela Comissão de Pesca dos Grandes Lagos. [104] O lago Champlain, delimitado por Nova York, Vermont e Quebec, e os lagos Finger de Nova York também são o lar de grandes populações de lampreias marinhas que justificam o controle. [105] O programa de controle da lampreia do Lago Champlain é gerenciado pelo Departamento de Conservação Ambiental do Estado de Nova York, pelo Departamento de Peixes e Vida Selvagem de Vermont e pelo Serviço de Pesca e Vida Selvagem dos EUA. [105] O programa de controle da lampreia marinha Finger Lakes de Nova York é administrado exclusivamente pelo Departamento de Conservação Ambiental do Estado de Nova York. [105]

No folclore Editar

No folclore, as lampreias são chamadas de "enguias de nove olhos". O nome é derivado das sete fendas branquiais externas que, junto com uma narina e um olho, revestem cada lado da seção da cabeça de uma lampreia. Da mesma forma, a palavra alemã para lampreia é Neunauge, que significa "nove olhos", [106] e em japonês são chamados yatsume-unagi (八 つ 目 鰻, "enguias de oito olhos"), que exclui a narina da contagem. No folclore britânico, o monstro conhecido como Lambton Worm pode ter sido baseado em uma lampreia, já que é descrito como uma criatura parecida com uma enguia com nove olhos. [ citação necessária ]

Na literatura Editar

Vedius Pollio mantinha uma poça de lampreias nas quais os escravos que incorriam em seu desagrado eram lançados como alimento. [107] Em uma ocasião, Védio foi punido por Augusto por tentar fazê-lo em sua presença:

. um de seus escravos quebrou uma taça de cristal. Vedius ordenou que ele fosse apreendido e depois condenado à morte, mas de uma forma incomum. Ele ordenou que ele fosse jogado nas enormes lampreias que ele tinha em seu tanque de peixes. Quem não pensaria que ele fez isso para exibição? No entanto, foi por crueldade. O menino escorregou das mãos do captor e correu para os pés de Augusto, perguntando nada mais do que uma maneira diferente de morrer - ele não queria ser comido. Augusto ficou comovido com a novidade da crueldade e ordenou que ele fosse solto, todas as taças de cristal quebradas diante de seus olhos e o tanque de peixes enchido.

Este incidente foi incorporado à trama do romance de 2003 Pompéia por Robert Harris no incidente de Ampliatus alimentando um escravo de suas lampreias.

Lúcio Licínio Crasso foi ridicularizado por Cneu Domício Ahenobarbo (cos. 54 aC) por chorar pela morte de sua lampreia de estimação:

Então, quando Domício disse ao orador Crasso: Você não chorou pela morte da lampreia que guardava no seu tanque de peixes? - Não é verdade, disse Crasso novamente, enterrou três mulheres sem nunca derramar uma lágrima? - Plutarco, Sobre a inteligência dos animais, 976a [109]

This story is also found in Aelian (Various Histories VII, 4) and Macrobius (Saturnalia III.15.3). It is included by Hugo von Hofmannsthal in the Chandos Letter:

And in my mind I compare myself from time to time with the orator Crassus, of whom it is reported that he grew so excessively enamoured of a tame lamprey – a dumb, apathetic, red-eyed fish in his ornamental pond – that it became the talk of the town and when one day in the Senate Domitius reproached him for having shed tears over the death of this fish, attempting thereby to make him appear a fool, Crassus answered, "Thus have I done over the death of my fish as you have over the death of neither your first nor your second wife."

I know not how oft this Crassus with his lamprey enters my mind as a mirrored image of my Self, reflected across the abyss of centuries.

In George R. R. Martin's novel series, A Song of Ice and Fire, Lord Wyman Manderly is mockingly called "Lord Lamprey" by his enemies in reference to his rumored affinity to lamprey pie and his striking obesity. [111]

Kurt Vonnegut, in his late short story "The Big Space Fuck", posits a future America so heavily polluted – "Everything had turned to shit and beer cans", in his words – that the Great Lakes have been infested with a species of massive, man-eating ambulatory lampreys. [112]


Early evolution of the brain's cortex revealed in new study

A new study on the lamprey brain has enabled researchers at Karolinska Institutet in Sweden to push the birth of the cortex back in time by some 300 million years to over 500 million years ago, providing new insights into brain evolution. The study is published in the scientific journal Nature Ecology & Evolution.

The human brain is one of the most complex structures that evolution has created. It has long been believed that most of the forebrain evolution took place largely in mammals and that the brains of simpler, pre-mammalian animal groups such as fish and amphibians lack a functional cortex. The cortex, which is the outer layer of the brain, controls the more complex cerebral functions like vision and movement and higher skills such as language, memory and emotion.

"We've spent a long time studying brain evolution using the lamprey, which is one of the oldest groups of extant vertebrates," says Sten Grillner, last author of the study and professor of neurophysiology at the Department of Neuroscience, Karolinska Institutet. "Here we've made detailed studies of the lamprey brain, combining neurophysiological analyses with histochemical techniques."

In the study, the researchers show that even the lamprey, which existed hundreds of millions of years before mammals, possesses a detailed blueprint for the development of the cortex, the basal ganglia and the dopamine system -- all the vital ingredients of integrative cerebral function.

The researchers also found that the lamprey's cortex has a visual area on which different parts of its visual field are represented. Sensory and motor areas have also been discovered.

"This shows that the birth of the cortex has to be pushed back about 300 million years," says Professor Grillner. "This, in turn, means that the basic plan of the human brain was defined already over 500 million years ago, that's to say before the lamprey branched off from the evolutionary line that led to mammals and humans."

The study shows that all the main components of the human brain are also to be found in the lamprey brain, albeit with much fewer nerve cells in each part.

"That vital parts of the lamprey brain are conserved and organised in the same way as in the human brain was unexpected," he continues. "These findings are crucial to our understanding of how the brain evolved and how it has been designed through evolution."

The study was financed with grants from the Swedish Research Council, the EU's Seventh Framework Programme for Research and Technological Development, the Parkinson Foundation and Karolinska Institutet.


Lamprey

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Lamprey, any of about 43 species of primitive fishlike jawless vertebrates placed with hagfishes in the class Agnatha. Lampreys belong to the family Petromyzonidae. They live in coastal and fresh waters and are found in temperate regions around the world, except Africa. The eel-like, scaleless animals range from about 15 to 100 centimetres (6 to 40 inches) long. They have well-developed eyes, one or two dorsal fins, a tail fin, a single nostril on top of the head, and seven gill openings on each side of the body. Like the hagfishes, they lack bones, jaws, and paired fins. The skeleton of a lamprey consists of cartilage the mouth is a round sucking aperture provided with horny teeth.

Lampreys begin life as burrowing freshwater larvae (ammocoetes). At this stage, they are toothless, have rudimentary eyes, and feed on microorganisms. After several years, they transform into adults and typically move into the sea to begin a parasitic life, attaching to a fish by their mouths and feeding on the blood and tissues of the host. To reproduce, lampreys return to freshwater, build a nest, then spawn (lay their eggs) and die.

Not all lampreys spend time in the sea. Some are landlocked and remain in fresh water. A notable example is a landlocked race of the sea lamprey (Petromyzon marinus) This form entered the Great Lakes of North America and, because of its parasitic habits, had a disastrous killing influence on lake trout and other commercially valuable fishes before control measures were devised. Other lampreys, such as the brook lamprey (Lampetra planeri), also spend their entire lives in fresh water. They are nonparasitic, however, and do not feed after becoming adults instead, they reproduce and die.

Lampreys have long been used to some extent as food. They are, however, of no great economic value.


Lampreys give clues to evolution of immune system

Biologists have discovered that primitive, predatory lampreys have structures within their gills that play the same role as the thymus, the organ where immune cells called T cells develop in mammals, birds and fish.

The finding suggests that in vertebrate evolution, having two separate organs for immune cell development -- the bone marrow for B cells and the thymus for T cells -- may have preceded the appearance of the particular features that mark those cells, such as antibodies and T cell receptors.

The results will be published Feb. 3 by the journal Natureza.

The first author of the paper is postdoctoral fellow Baubak Bajoghli at the Max Planck Institute of Immunobiology and Epigenetics in Freiburg, Germany. The co-senior authors are Thomas Boehm, MD, group leader at the Max Planck Institute, and Max Cooper, MD, professor of pathology and laboratory medicine at Emory University School of Medicine and the Emory Vaccine Center, and a Georgia Research Alliance Eminent Scholar.

"Our research has allowed us to see that lampreys have cells that resemble our T cells and B cells, but until recently, we didn't know where they developed or much about how," says Cooper, who made pioneering studies of the "two-arm" nature of the immune system, including defining the role of the thymus, at the University of Minnesota in the 1960s.

"We can now assume that the lamprey has a dual immune defense system similar to that of humans," says Boehm.

For commercial and recreational fishermen, lampreys represent a threat. For biologists, lampreys represent an opportunity to envision the evolutionary past, because of their status as "living fossils" that haven't changed in millions of years. Lampreys are thought to be an early offshoot on the evolutionary tree, before sharks and fish. Their lack of jaws distinguishes them from sharks or other types of fish.

Despite their primitive nature, lampreys do have a surprisingly sophisticated immune system. Blood cells develop in lampreys' typhlosole, an organ that lies next to the intestine. Lampreys have proteins in their blood that grab on to invaders like our antibodies, but structurally, those proteins don't look like antibodies.

Mammals, birds and fish have two types of immune cells, which each develop in separate places. B cells, which produce antibodies, develop in the bone marrow and fetal liver, while T cells, which recognize their targets by cell-to-cell contact, develop in the thymus. In humans, the thymus is located in the upper chest, under the throat.

The vertebrate thymus is a place where developing T cells must "sink or swim," because immature T cells must rearrange certain genes as part of their development. Most of the cells die because the rearrangement process is imprecise, and cells with improperly rearranged genes are screened out. The Emory/Max Planck team discovered that this same type of screening of non-functional genes appears to be occurring in the lamprey "thymoids" located in the tips of the gill filament.

"We don't know much about how this process is happening, but we were able to show that functional copies are found in the blood, while non-functional copies are only found in the thymoid," Cooper says.

In addition, in cells lining both the vertebrate thymus and lamprey thymoid, a gene is turned on (FOXN1) that is essential for thymus development in mice and humans, the scientists found. Mice that have this gene mutated lack a thymus and are called "nude" mice because they have no hair.

"Taken together, the results suggest that this basic feature of the immune system, where two types of cells develop in separate places, may have evolved before jawed and jawless vertebrates split onto different paths," Cooper says. "Having two companion arms of the immune system may be important so that the two arms can regulate each other and prevent autoimmunity."

The research was supported by the Max-Planck Society, the German Research Foundation, the National Institutes of Health and the Georgia Research Alliance.

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Emory University. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Learning from Lampreys

Lampreys are described as primitive predators, aggressive flesh feeders, and piston-tongued parasites. To watch a lamprey attach itself to the glass of an aquarium or dangle off the side of an unfortunate fish causes an involuntary shudder. 

In the Great Lakes region, lampreys are viewed as fish-killing pests and an invasive species and are regularly poisoned to control their numbers. In Europe during the Middle Ages they were considered a delicacy. 

But in immunologist Max Cooper’s Emory Vaccine Center lab, researchers see lampreys as windows into the distant past and biomedical treasure troves that may contain disease-fighting secrets from another eon. 

Max Cooper, a Georgia Research Alliance Eminent Scholar, is interested in the lamprey’s unique immune system, which separated from our own about 500 million years ago. Here he holds a juvenile lamprey.

Lampreys and their close cousins, hagfish𠅋oth jawless vertebrates𠅊re early offshoots on the evolutionary tree, having diverged from jawed fish and sharks and, ultimately, humans, hundreds of millions of years ago. 

“Our studies led to the discovery that two very different types of adaptive immune systems have evolved in vertebrates,” says Cooper. Adaptive immune systems can “remember” and target certain pathogens they have਎ncountered before. 

While lampreys may look primitive, like parasitic tubes with teeth, they have sophisticated immune systems, which is why Cooper is interested in them.

To defend themselves against microbes, lampreys’ immune cells produce proteins that grab onto foreign substances, much the same as our own antibodies. But these proteins don’t look anything like the antibodies found in mammals, birds, and jawed fish.

So studying these creatures provides scientists a glimpse of where the human immune system came from𠅊s well as how ours might have looked if evolution had taken a different path. 

While vertebrates went on to develop jaws, and eventually evolved into mammals, primates, and humans, vertebrates without jaws (lampreys and hagfish) stayed similar in form to their genetic forebears.

Max Cooper, a Georgia Research Alliance Eminent Scholar, is interested in the lamprey’s unique immune system, which separated from our own about 500 million years ago. Here he holds a juvenile lamprey.

Mature lampreys attach themselves to fish and feed on their innards or their blood. While adults can extend as long as your arm, Cooper’s lab studies the finger-sized larvae. In the wild, these lamprey larvae feed on the muck at the bottom of streams and rivers for a few years before getting big enough to go foraging. “We work with the juveniles, which are like teenagers if humans became adults at age 50,” says Jonathan Rast, senior scientist.

In Emory’s animal facilities, scientists keep lampreys in tubs and feed the larvae brewer’s yeast. Cooper’s lab gets its lampreys from biologists in the Midwest, who catch lampreys by first stunning them with electricity.

“We used to do the same kind of thing when I was growing up in Mississippi,” Cooper says. “It was called ‘telephone fishing’ because someone would crank the magnet from a telephone.”

The story of why lampreys came to attract Cooper’s attention, however, begins more than five decades ago—not with fish, but with fowl. 

Invader Alert

Two main types of white blood cells, or lymphocytes, drive our adaptive immune responses: T cells, which use cell-to-cell contact, and B cells, which produce antibodies.

T cells shuttle through our bodies ready to respond to invaders—think K-9 sniffers. Some T cells can target and kill cells that are infected by viruses because tiny traces of the invader are found on the target cells’ surfaces. 

In contrast, B cells are like factories designed to make bombs (antibodies) that will blow up one specific enemy.

We know about B cells and T cells because of pioneering work done by Cooper in the 1960s with Robert Good at the University of Minnesota that helped lay the foundation for modern immunology. 

Cooper started his career as a pediatrician and became interested in children with inherited immunodeficiencies. One group of kids had trouble fighting viruses, while others had trouble making antibodies. 

This led him to study birds, because in the 1950s, researchers at Ohio State had already had some success modeling antibody deficiency in chickens.

B is for bursa

B cells are named after an organ found only in birds, called the bursa of Fabricius. T cells are named after the thymus, where they develop in both birds and mammals. 

Cooper and Good were the first to demonstrate that the B cells needed for antibody production develop in the bursa, and that B cells and T cells develop in different places.

“The effect of this accomplishment is difficult to overstate,” wrote Alexander Gitlin and Michel Nussenzweig in the journal Natureza. “Through their discovery of the B and T cell systems, Cooper and his colleagues set in motion a series of landmark findings… As these discoveries continue to affect human health, it remains important to remember their origins in an experiment performed 50 years ago, by Cooper, in chickens.”

In humans, the precursors of B cells and T cells begin in the bone marrow but develop along different paths, reuniting in the spleen and lymph nodes, where they collaborate to mount immune responses and take down pathogens.

In the 1970s, the discovery of B cells gave birth to monoclonal antibody technology. Basically, this allowed researchers to make clones of antibodies that target particular cells or proteins.

Over the past few decades the FDA has approved more than a dozen monoclonal antibodies to treat cancers. Because they can more specifically target cancer cells, antibodies aren’t as destructive to healthy cells as chemotherapy or radiation.

More recently, monoclonal antibodies have been enlisted to fine-tune the immune system. The drug that enabled former President Jimmy Carter to beat metastatic melanoma? A monoclonal antibody. 

Researchers have created antibodies for even more diseases, such as inherited high cholesterol, rheumatoid arthritis, multiple sclerosis, and Ebola.

Disease-fighting clues

Cooper had begun studying lampreys and their immune systems to figure out which came first, B cells or T cells. The secondary benefits of this research are still unfolding: What kinds of disease-fighting clues and cures might lamprey antibodies contain?

Lampreys’ antibody-like molecules are called “variable lymphocyte receptors” or VLRs. 

Masa Hirano, assistant professor of pathology and laboratory medicine, is investigating new lymphocytes (B and T cells) in lampreys.

Masa Hirano, assistant professor of pathology and laboratory medicine, is investigating new lymphocytes (B and T cells) in lampreys.

When Cooper and colleagues first discovered VLRs at the University of Alabama-Birmingham, the scientists recognized that they might also have potential as diagnostic tools or cancer-fighting drugs. 

When Cooper came to Emory in 2008, his team continued to explore how to harness lamprey antibodies’ unique properties. VLRs could offer some advantages over standard, mammalian antibodies that are currently used against cancer and autoimmune diseases. As proteins, VLRs are sturdy and don’t need to be refrigerated. And they are simple—they come in one piece and are easier to engineer genetically.

“In every case we’ve tested, VLRs were more specific than a standard antibody,” Cooper says, citing experiments in which lamprey antibodies were isolated after the lampreys were immunized with anthrax spores. 𠇎ven when VLRs recognize the same target as a conventional antibody, they recognize it differently. I think it’s because their structure is simpler and more rigid.”

And possibly, a whole lot older.

500 million year advantage  

Lamprey antibodies are relative strangers to certain modern pathogens. When fighting disease, this lack of antibody familiarity allows doctors a leg up. 

Because VLRs come from vertebrates so far removed from humans, they can be used to target important molecules that have persisted in similar form through millions of years of evolution—so-called 𠇌onserved antigens.” 

Our immune system generates vast libraries of potential antibodies, but the ones that react against “self”(something already in the body) are generally muted or edited out. If they weren’t, our immune system would be in perpetual overdrive, similar to what occurs in autoimmune diseases. 

If researchers are trying to make antibodies against something in mice, they can get around this muting response by immunizing and collecting antibodies from different animals—say, rabbits or goats—instead. But what if they are dealing with a molecule that’s common to almost all mammals? That’s where lampreys come in. “It’s hard to generate a classical monoclonal antibody against a conserved antigen,” Cooper says. 𠇋ut if you are separated by 500 million years of evolution, like lampreys are, you may have a better chance.”

One example of an immune target that has been difficult is plasma cells, the bone marrow cells that churn out antibodies. In a sense, plasma cells are specialized, fully mature B cells the healthy counterparts to multiple myeloma cells. 

Former Cooper lab member Goetz Ehrhardt, now at the University of Toronto, immunized lampreys with bone marrow from a multiple myeloma patient. Scientists were able to pick out a VLR that reacted specifically with plasma cells and myeloma cells. The VLR they found targets the same molecule as a recent FDA-approved treatment for multiple myeloma—proof that lamprey antibodies could be useful.

�use of the unique origins of lamprey antibodies and their radically distinct protein architecture, these molecules may be able to recognize structures that conventional antibodies cannot,” Ehrhardt says. 

Weaponizing antibodies

A biotech company called NovAb, formed with the help of the Georgia Research Alliance, aims to commercialize lamprey antibodies. NovAb created a “weaponized” version of the same antibody that recognizes plasma cells and has shown good results in the lab. In mice, this version works just as well as standard treatments, says company CEO Ed Cannon.

In Emory’s Department of Pediatrics, Associate Professor Trent Spencer and graduate student Robert Moot have also been experimenting with lamprey antibodies for possible use against leukemia or neuroblastoma, a common form of tumor in children.  

Looking ahead, Cannon and Cooper say that lamprey-derived molecules may have special roles to play that ordinary antibodies can’t. “We are not interested in reproducing or replacing existing drugs,” Cannon says. “We are more interested in targeting molecules against which conventional antibody technology has been often unsuccessful.” 

One possible target: brain cancer stem cells.  

While the potential anticancer weapons proliferate, Cooper’s lab continues to unearth more of lampreys’ basic biology. 

Despite the progress of the last decade, how lampreys slice and dice their genes to create a huge variety of antibodies is still mysterious. 

And, perhaps because of lampreys’ status as pests, little is known about the viruses that lampreys’ immune systems are called upon to fight. “Viruses played a huge role in shaping the evolution of the vertebrate immune system,” says virologist and cell death expert Ed Mocarski, an Emory Woodruff Professor in microbiology and immunology. “If more is known about viruses that infect lampreys, it could unlock other molecular details about lamprey immunology.”

Lamprey antibody technology also could be applied against HIV, influenza, and other infectious agents. 

Although ancient in origin, lampreys could become the foundation for the next generation of immunotherapy weapons, able to boost our body’s own ability to fight disease.

That’s enough to make these toothy parasites seem downright valiant. 


Resumo

The information that is now available provides powerful clues to the sequence of events that occurred during the evolution of the vertebrate eye. That process involved a vast number of slight improvements to a primordial photoreceptive region, though very few of the transitional steps have survived to the present day, because of competition from animals with eyes that were superior. Furthermore, there are likely to be few signs in the fossil record because the refinements occurred in soft tissue that is rarely preserved. We propose that the “eye” of the hagfish provides a glimpse into a state that arose some 530 Mya, in which craniate animals had evolved bilateral non-imaging photoreceptive organs. The subsequent stages of evolution of the optical apparatus and information-processing capacity of the retina occurred with remarkable rapidity, within a period of 30 million years, so that by 500 Mya early vertebrates possessed eyes fundamentally similar to our own.


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Jawless fish brains more similar to ours than previously thought

(top) The embryonic gnathostome brain based on a mouse embryo (day 12.5). Inset shows a transverse section at the level of the hindbrain showing the position of the rhombic lip. (middle and bottom) Embryonic hagfish and lamprey brains (stages 53 and 26, respectively) as revealed by the present study. rl, rhombic lip MGE, medial ganglionic eminence. Credit: RIKEN

Researchers at the RIKEN Evolutionary Morphology laboratory and other institutions in Japan have shown that complex divisions in the vertebrate brain first appeared before the evolution of jaws, more than 500 million years ago. Publicado em Natureza, the study shows that two elements of brain genoarchitecture thought to be unique to jawed vertebrates are actually present in two jawless fish—the hagfish and lamprey.

Most living vertebrate species have jaws, a development thought to have occurred sometime in the Paleozoic era. Jawed vertebrates—including humans—share many developmental characteristics that have remained unchanged for millennia. The brain's basic developmental plan was thought by many scientists to have reached completion in jawed vertebrates because the brains of lampreys and hagfish—the only jawless fish that remain alive today—seem to lack two key domains.

Recent evidence brought this into question, and as the only lab in the world able to study hagfish embryos, the RIKEN team led by Shigeru Kuratani was in a unique position to use techniques derived from developmental biology to tackle this critical issue.

The vertebrate brain develops from a neural tube that is divided into sections. The development of each section is very specific, and is controlled by the expression of particular genes at very precise times and locations. These gene-expression patterns—or the genoarchitecture—are highly conserved in jawed vertebrates. Lampreys—a type of jawless fish—appear to lack two brain regions common to jawed vertebrates—the cerebellum and a region called the medial ganglionic eminence, or MGE, from which the pallidum and cortical interneurons originate.

In jawed vertebrates, the MGE develops from a forward section of the neural tube that expresses Nkx2.1 and Hedgehog genes, and the cerebellum develops from a region called the rhombic lip that expresses Pax6. In hagfish, the team found a region in the correct location that expresses both Nkx2.1 and a Hedgehog gene that was identified for the first time in this study. This indicated that the hagfish brain does indeed have an MGE region. Similarly, although hagfish do not have a true cerebellum, the team was able to identify a clear rhombic lip region that expresses Pax6.

At this point, the team was confident that the brains of both hagfish and jawed vertebrates contain similar developmental patterning.

"The problem was that lampreys had not yet been shown to have a similar patterning," explains Kuratani. "The shared pattern of brain development between hagfish and jawed vertebrates raised the possibility that the apparently primitive brain of the lamprey is simply a lamprey-unique characteristic."

Additionally, without an answer to the lamprey question, these shared patterns could be interpreted as changes that independently occurred in each lineage—jawed and jawless—after they split from each other.

To address the issue, the team reinvestigated the lamprey, and discovered several new Nkx2.1 genes expressed in the correct location, but did not find any Hedgehog expression, indicating that the lamprey MGE is slightly different from that found in jawed vertebrates. Then the team looked at lamprey larvae and found a rhombic-lip like region that expresses Pax6B, albeit slightly differently than in hagfish or jawed vertebrates.

"We found that jawed-vertebrate patterning was more similar to the hagfish than to lampreys," says Kuratani, "and the evidence indicates that this is likely due to secondary evolutionary changes in lamprey evolution, rather than changes unique to jawed vertebrates."

"With these new findings from hagfish and lampreys, we have shown that both of the extant jawless-fish species have a rhombic lip and an MGE —the sources of the cerebellum, pallidum, and GABAergic interneurons in jawed vertebrates. This firmly places the development of these genoarchitectural patterns back to a common ancestor shared by jawless and jawed vertebrates."


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