Kiam homoj demandas pri mia plej ŝatata rano, kio surprize ofte okazas, mia respondo estas tuja kaj klara. Ekzistas neniu alia rano kiu havas tiel atentokaptan vivstilon kaj interesan rolon en homa historio kiel Xenopus laevis. Adaptite al preskaŭ plene subakva vivo, kaj uzite por genetikaj eksperimentoj kaj eĉ gravedectestoj, ĝi estas viva ekzemplo samtempe de la mirindeco de la naturo kaj la drastaj efikoj de homa interveno.
La vizaĝo de kanibalo
Xenopus nature vivas subakve en partoj de Afriko sub Saharo. Malkiel aliaj ranoj, kiuj trapasas multan tempon sur seka tero, Xenopus forlasas la akvon preskaŭ neniam. Unu el ĝiaj anatomiaj adaptaĵoj al ĉi tiu vivstilo estas la malgrandaj strukturoj laŭ la flankoj de ĝia korpo, kiuj aspektas iomete kiel ĉenoj de kudreroj. Per la tielnomataj flankaj linioj, la rano povas percepti akvofluojn kaj elektrajn kampojn, per kiuj ĝi detektas siajn predojn. Malkiel multaj aliaj ranoj, kiuj kaptas predojn per glueca lango, Xenopus uzas siajn longajn fingrojn por disŝiri kaj enbuŝigi kion ajn ĝi trovas. Ĝi preferas vivantajn predojn, sed manĝas ankaŭ jam mortajn organismojn. Sur la menuo estas interalie insektoj, fiŝoj, amfibioj kaj plantoj. Sed specife kiam la manĝo malabundas, Xenopus ne hezitas manĝi ovojn, ranidojn kaj plenkreskajn membrojn de sia propra specio.
Kara, ĉu la rano jam ovumis?
Xenopus kaptis la atenton de scivolemuloj antaŭ longa tempo, sed ĝi iĝis specife interesa en la 30aj jaroj de la antaŭa jarcento, kiam la biologo Lancelot Hogben kaj liaj kolegoj studis hormonojn. Ili akcidente malkovris ke oksa hormono kiu similas al hCG, hormono en la urino de gravedaj virinoj, povas ovumigi Xenopus. Ili poste konfirmis ke la injektado de urino de graveda virino havas la saman efikon kaj ke oni povas uzi ĉi tiun fenomenon kiel gravedecteston. Kvankam la metodo estas kruela kompare al hodiaŭaj alternativoj, ĝi estis plibonigo kompare al la tiamaj metodoj, por kiuj oni bezonis mortigi kaj dissekci bestojn. La testo iĝis granda sukceso kaj gvidis al grandskala komerco, kiu disvastigis la ranon tra la mondo.
Mi unue legis pri la stranga rakonto de Xenopus kiel gravedectesto en la libro “Svaparnas Planet” (La planedo de la fungoj), verkita de Jesper Nyström. Vidi la senespriman vizaĝon de Xenopus sur plenpaĝa bildo unue surprizis min, sed la rilato inter Xenopus kaj fungoj rapide evidentiĝis. Xenopus povas infektiĝi de la fungo Batrachochytrium dendrobatidis, kies sporoj povas disvastiĝi en akvo kaj ankri sin en la haŭto de amfibioj. Ĝi misreguligas la balancon de jonoj en la ĉeloj, kio povas gvidi al koratako kaj ofte mortigas la viktimon. Sed pro tio ke Xenopus pli bone rezistas la fungon ol aliaj amfibioj, ĝi povas facile transdoni ĝin. Bedaŭrinde, la disvastigado de Xenopus por sciencaj kaj komercaj celoj disvastigis ankaŭ ĉi tiun fungan infekton kaj kontribuis al la malapero de dekoj da specioj de amfibioj. Ĉi tiel Xenopus montras kiel neantaŭvidebla estas la efikoj de nova specio sur ekosistemo. Jes, la rano estas sukcesa kaj konkurencas kun aliaj amfibioj, sed eĉ pli terura estas la fungo kiun ĝi kunportas.
Xenopus kiel modelorganismo
Kvankam la uzo de Xenopus kiel gravedectesto rapide malkreskis kiam pli modernaj alternativoj aperis, ĝi restas modelorganismo por genetikaj kaj embriologiaj eksperimentoj. Ĝi estas studata por fari ĝeneralajn konkludojn pri pli granda grupo de specioj, kiuj eble ne ĉiuj taŭgas por scienca esplorado. Unu kialo por fari tiajn eksperimentojn kun Xenopus anstataŭ homoj estas ke la leĝoj pri eksperimentado kun homoj estas tre striktaj kaj ke multaj homoj opinias ke eksperimentoj kun aliaj bestoj estas etike pli akcepteblaj. Alia kialo estas simpla praktikeco. Ranoj produktas multajn ovojn kiuj rapide disvolviĝas, dum homaj embrioj malfacile akireblas kaj prizorgeblas. Eĉ se homaj embrioj teorie donus pli fidindajn respondojn al demandoj pri homa biologio, oni povas fari multe pli da eksperimentoj per malpli da rimedoj se oni uzas embriojn de Xenopus.
En la dua eldono de la libro “Molecular Embryology: Methods and Protocols” (Molekula Embriologio: Metodoj kaj Protokoloj), la aŭtoroj Jones kaj Smith priskribas kiel facile oni povas ovumigi Xenopus nun ke la hormono hCG estas komerce havebla sen la uzo de homa urino:
“Do, Xenopus estas la specio de amfibio de kiu plej facile akireblas embrioj, specife ĉar nun eblas aĉeti hCG de (la entrepreno) Sigma, tiel evitante la postulon, en okupita biologia laboratorio, pri konstanta provizado de gravedaj kolegoj”
Sed la praktikeco de Xenopus en la laboratorio ne estas limigita al ĝiaj abundaj ovoj. La sama libro nomas ekzemple ke ĝia akvema vivstilo igas ĝin pli facile tenebla ol aliaj amfibioj kaj ke ili relative bone rezistas malsanojn kaj infektojn. Aldone, la embrioj estas relative grandaj kaj disvolviĝas ekster la korpo de la patrino, kio igas ilin facile observeblaj kaj manipuleblaj. Estas facile imageble kial sciencistoj elektus Xenopus se la esplorceloj permesas tion.
Kosmovojaĝado kaj ranaj robotoj
La nombro de sciencaj publikaĵoj en kiuj Xenopus ludas rolon estas vastega, sed ekzistas kelkaj tendencoj. Oni ĝenerale uzas la ranon por pli bone kompreni embrian disvolviĝon kaj diversajn malsanojn. Xenopus, ekzemple, estis la unua vertebrulo en kiu oni malkovris Hox-genojn, kiuj antaŭe estis konataj de artropodoj kiel drozofilo.1 Ĉi tiuj genoj gravas por la strukturado de la longa akso de embrio. En artropodoj oni detale esploris kiel ili difinas kiuj segmentoj havu krurojn kaj kiuj ne. La fakto ke Xenopus uzas tre similajn genojn por sia embria disvolviĝo montras ke ĉi tiu meĥanismo estas nekredeble antikva heredaĵo de la komuna antaŭulo de artropodoj kaj vertebruloj. Ĉi tiel, Xenopus ludas rolon en la relative nova scienca kampo “evo-devo”, kiu esploras la profundajn ligojn inter evoluo kaj embria disvolviĝo.
Alia atentokapta atingo pri kiu nur malmultaj specioj povas fanfaroni estas ke Xenopus plurfoje vizitis la kosmon. La unua fojo estis en la 70aj jaroj, kiam la Sovetunio sendis Xenopus-ovojn al la kosmostacioj Салют-4 (Salut-4) kaj Салют-6 (Salut-6).2 Ĉi tiuj kaj postaj eksperimentoj montris ke la embria disvolviĝo povas okazi senprobleme en la kosmo kaj ke la ranidoj bone adaptiĝas al la kondiĉoj surtere post la vojaĝo. Intertempe homoj loĝas en la kosmo dum longaj periodoj kaj fantazias pri permanenta restado. Mi preferus resti surtere, sed eble la unua homa embrio en la kosmo okazos pli frue ol ni pensas.
Kvankam la ideo de ranoj en la kosmoj sonas futureca, ĝi estas relative ĉiutaga kompare al “Xenobot”-oj.3 Temas pri malgrandaj robotoj faritaj el Xenopus-ĉeloj, kiuj kombinas ĉiujn kradvortojn de sensacia novaĵartikolo. Oni dezajnas Xenobot-ojn per inteligenta komputila programo, kiu simulas kiel la ĉeloj interagas kun la medio. Tiel la ĉeloj povas evolui en la komputilo por plenigi iun taskon kiel eble plej bone. Kiam la komputilo trovis la plej bonan strukturon por la Xenobot, oni kreskigas ĝin el la praĉeloj de Xenopus-embrio. Konsistante el haŭtaj kaj koraj ĉeloj, kelkaj partoj de la Xenobot ritme kuntiriĝas, dum aliaj restas pasivaj. Tiel la Xenobot povas moviĝi sur surfacoj kaj interagi kun la medio. La kreintoj povas imagi multajn aplikojn por ĉi tiu teĥnologio. Malkiel kutimaj robotoj, Xenobot-oj konsistas nur el biologiaj materialoj, kio signifas ke ili povas digestiĝi, lasante neniun spuron. Ili ankaŭ riparas sin mem kaj en la estonteco eble povos reprodukti sin, permesante grandskalan produktadon. Eble Xenobot-oj iam vojaĝos tra niaj korpoj, liverante kuracilojn aŭ farante internan ĥirurgion. Aldone, la estaĵoj estas interesaj el pli fundamenta perspektivo. Oni povas havi interesan diskuton pri ĉu Xenobot-oj estas organismo aŭ maŝino, kaj ju pli ili kompleksiĝas, des pli malfacila tiu diskuto iĝas.
Respekto por la rano!
Ne eblas ignori la kontribuojn kaj oferojn de Xenopus por la homa socio, eĉ se ili ne elektis tion. Oni ja facile forgesas la sennombrajn modernajn teĥnologiaĵojn por kiuj oni iam uzis bestojn. Per la lecionoj kiujn biologoj lernis de la embria disvolviĝo de Xenopus, ni povas pli bone kompreni nin mem kaj niajn malsanojn. Sed tiuj lecionoj havis altajn kostojn. Eksperimentoj povas suferigi aŭ mortigi bestojn kaj la disvastiĝo de Xenopus tra la mondo severe minacas aliajn amfibiojn. Estas pripensinde ke la kialoj pro kiuj ni esploras modelorganismon malofte estas aŭtentika intereso pri la organismo kaj la naturo. Ni studas ilin ĉefe ĉar ili estas utilaj, danĝeraj aŭ abundaj, sed ne sufiĉe similaj al homoj por veki simpation. Eble la plej grava leciono kiun Xenopus povas instrui al ni estas ke ni estas intime konektitaj al la resto de la vivanta mondo kaj ke esplori la naturon estas maniero por esplori nin mem. Kaj tiu vidpunkto postulas profundan respekton por niaj ĉirkaŭaĵoj.
Bibliografio
1. Carrasco, A. E.; McGinnis, W.; Gehring, W. J.; De Robertis, E. M. Cloning of an X. Laevis Gene Expressed during Early Embryogenesis Coding for a Peptide Region Homologous to Drosophila Homeotic Genes. Cell 1984, 37 (2), 409–414. https://doi.org/10.1016/0092-8674(84)90371-4.
2. Horn, E. R. Xenopus Laevis – a Success Story of Biological Research in Space. Advances in Space Research 2006, 38 (6), 1059–1070. https://doi.org/10.1016/J.ASR.2004.11.016.
3. Kriegman, S.; Blackiston, D.; Levin, M.; Bongard, J. A Scalable Pipeline for Designing Reconfigurable Organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2020, 117 (4), 1853–1859. https://doi.org/10.1073/PNAS.1910837117/SUPPL_FILE/PNAS.1910837117.SM02.MP4.