Naukowcy z Austrii i Niemiec odkryli przełącznik genetyczny, który reguluje wykształcanie się mięśni biorących udział w lataniu u much - organizmów wyposażonych w bardzo małe skrzydełka w porównaniu do swoich gabarytów. Badania, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature, sugerują, że w trakcie rozwoju organizmu białka spalt przełączają miofibryle z kanalikowych na włókienkowe. Ta funkcja została potencjalnie zachowana w sercu kręgowców - mięsień stymulowany napięciem przypomina mięsień wykorzystywany przez owady do latania.

Naukowcy pracujący pod kierunkiem Instytutu Biochemii im. Maxa Plancka (MPI) w Niemczech twierdzą, że gen spalt odgrywa zasadniczą rolę w wytwarzaniu ultraszybkich supermięśni. "Bez spalt muchy wykształcają jedynie zwykłe mięśnie nóg zamiast mięśni biorących udział w lataniu" - zauważa Frank Schnorrer z Instytutu Biochemii im. Maxa Plancka, współautor raportu z badań.

Aby sprawnie latać muchy muszą szybko trzepotać swoimi małymi skrzydełkami. Znajome bzyczenie i brzęczenie, które słyszymy jest wynikiem tego ruchu. Muszka owocówka, Drosophila melanogaster, porusza swoimi skrzydełkami z częstotliwością 200 herców; jej mięśnie biorące udział w lataniu kurczą się i rozluźniają 200 razy na sekundę.

"W porównaniu z tym obrazem, sprinter pokonujący 100 metrów, który porusza swoimi nogami jedynie kilka razy na sekundę, porusza się jak ślimak" - mówi dr Schnorrer, kierownik grupy ds. dynamiki mięśni w Instytucie Bioinformatyki im. Maxa Plancka. Ale jak to się dzieje, że muszka owocówka potrafi trzepotać skrzydłami z tak wysoką częstotliwością?

Naukowcy wyjaśniają, jak wszystkie ruchy ciała, w tym drganie skrzydełek, są kontrolowane przez mięśnie. Niemniej jest coś niepowtarzalnego w mięśniach biorących udział w lataniu. Skurcze regulowane są wprawdzie przez impulsy nerwowe, ale także przez napięcie. U każdej muchy wyróżnia się dwie kategorie mięśni biorących udział w lataniu, a każda z nich umożliwia drganie skrzydełek. Jeden typ porusza skrzydełkami w dół i rozciąga drugi typ, co wywołuje skurcz. A zatem skrzydełka muchy są ponownie podnoszone i rozpoczyna się stabilne drganie skrzydełek.

Brak spalt uniemożliwia latanie. Czynniki transkrypcyjne takie jak spalt mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowej transkrypcji informacji genetycznej na kwas rybonukleinowy (RNA) i białka niezbędne w odpowiednim typie komórki. Spalt występuje wyłącznie w mięśniach biorących udział w lataniu i odpowiada za specyficzną architekturę miofibryli - twierdzą naukowcy, dodając, że same te komponenty włókien mięśniowych biorą udział w wywoływaniu skurczu mięśnia w odpowiedzi na przyłożone napięcie w czasie drgania.

Muchy przeżywają bez spalt, ale nie mogą latać. Mięśnie biorące udział w lataniu nie reagują już na napięcie i zachowują się jak zwykłe mięśnie nóg. Naukowcy stworzyli już mięśnie przypominające te, które biorą udział w lataniu, w nogach muchy w następstwie wprowadzenia spalt.

Zespół twierdzi, że wyniki mogą okazać się istotne dla sektora medycznego. "W mięśniach człowieka nie występuje spalt i niemal nie są one regulowane przez napięcie" - wyjaśnia dr Schnorrer. "Jednak mięsień sercowy człowieka gromadzi spalt, a napięcie wewnątrz komory wpływa na intensywność bicia serca. Nie wiadomo jeszcze, czy spalt odgrywa rolę w regulacji pracy serca i to wymaga zbadania".

© Unia Europejska 2005 - 2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Schönbauer, C, et al. (2011) 'Spalt mediates an evolutionarily conserved switch to fibrillar muscle fate in insects'. Nature, 2011; 479 (7373): 406 DOI: 10.1038/nature10559