Επιστήμονες έχουν καταγράψει την στιγμή κατά την οποία μια καρδιά αρχίζει να χτυπάει, ένα επίτευγμα που είναι ακόμα πιο αξιοσημείωτο αν λάβει κανείς υπόψη τη σχετικά σύντομη ζωή που έχει ένα ψάρι – ζέβρα.
Σε ένα στενό χρονικό περιθώριο, περίπου 20 ωρών, από την ανάπτυξη του ψαριού ζέβρα, η καρδιά του εμβρύου αρχίζει να χτυπά, καθώς σχηματίζεται στο σύνολο, από μεμονωμένα κύτταρα.
«Ήταν σαν κάποιος να είχε γυρίσει έναν διακόπτη», λέει ο βιοφυσικός του Πανεπιστημίου Harvard Adam Cohen, συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία αποτύπωσε σε εικόνα, έμβρυα ψαριών ζέβρα που βρίσκονταν σε ειδικά κατασκευασμένα καλούπια αλόης για να καταγράψει αυτό το μοναδικό γεγονός.
Χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο με απεικόνιση υψηλής ταχύτητας, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Harvard βασίστηκαν σε παλαιότερες μελέτες για τους πρώτους καρδιακούς παλμούς σε κοτόπουλα, αρουραίους και ποντίκια προκειμένου να εξερευνήσουν τα έμβρυα ψαριών-ζέβρα ηλικίας λίγων ωρών και να εντοπίσουν τη στιγμή κατά την οποία αρχίζουν να λειτουργούν τα κύτταρα της καρδιάς.
Από προηγούμενες μελέτες, έχει γίνει σαφές ότι ο πρώτος καρδιακός παλμός υπάρχει ακόμη και πριν σχηματιστεί η πρώτη καρδιακή δομή, που είναι σαν ένας πρωτόγονος σωλήνας. Τα πρώτα σημάδια δραστηριότητας εμφανίζονται σε πληθυσμούς κυττάρων του καρδιακού μυός, που ονομάζονται κύτταρα του μυοκαρδίου, τα οποία οι επιστήμονες έχουν βρει γεμάτα με ιόντα ασβεστίου, αλλά όχι σε οργανωμένη δομή.
Στην σχηματισμένη καρδιά, τα ιόντα ασβεστίου εισέρχονται και εξέρχονται από τα κύτταρα του μυοκαρδίου, δημιουργώντας ηλεκτρική δραστηριότητα που πυροδοτεί τις συσπάσεις της καρδιάς.
Ο επικεφαλής ερευνητής Bill Jia, μαζί με τον Cohen και την υπόλοιπη ομάδα, συνέχισαν την προηγούμενη έρευνα μετρώντας τον τρόπο με τον οποίο τα ιόντα ασβεστίου οργανώνονται και διαδίδονται σε αναπτυσσόμενα έμβρυα ψαριών – ζέβρα για να πυροδοτήσουν τον πρώτο, ενιαίο παλμό της καρδιάς.
«Η καρδιά χτυπά περίπου 3 δισεκατομμύρια φορές κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής και δεν πρέπει ποτέ να σταματά», λέει ο Cohen. «Θέλαμε να δούμε πώς ενεργοποιείται για πρώτη φορά αυτός ο απίστευτος μηχανισμός».
Σιγά σιγά, αραιά κύματα ασβεστίου έγιναν μεγαλύτερα και πιο συχνά καθώς τα αναπτυσσόμενα κύτταρα του μυοκαρδίου συνδέθηκαν σε σχήμα δακτυλίου στη μέση των εμβρύων ψαριών-ζέβρα. Στη συνέχεια, ξαφνικά, τα επίπεδα ασβεστίου αυξήθηκαν πολύ και τα κύτταρα της καρδιάς απελευθέρωσαν ριπές ηλεκτρικής δραστηριότητας που σάρωσαν τον ιστό.
Οι πρώτοι, λιγοστοί, καρδιακοί παλμοί ήταν λίγο ακανόνιστοι, αλλά σύντομα μετατράπηκαν σε ρυθμικές συσπάσεις. «Ένας ρυθμικός, χωρικά δομημένος παλμός προκύπτει πολύ πριν από τη σύνδεση με το κυκλοφορικό σύστημα και την άντληση αίματος», παρατήρησαν οι ερευνητές.
Επιπλέον, οι Jia και συνεργάτες του παρατήρησαν πώς τα κύτταρα της καρδιάς του ψαριού ζέβρα εισέρχονταν σε μια διεγερτική κατάσταση περίπου 90 λεπτά πριν από τον πρώτο καρδιακό παλμό, σαν να ετοιμάζονταν για δράση.
Είναι ενδιαφέρον ότι τα κύματα των ιόντων ασβεστίου που προηγήθηκαν του πρώτου καρδιακού παλμού δεν ξεκινούσαν πάντα από το ίδιο σημείο στα διάφορα έμβρυα, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν υπάρχει τίποτα μοναδικό στα κύτταρα που πυροδοτούνται πρώτα.
Ο τόπος έναρξης της δράσης εμφανιζόταν συχνότερα σε μια κεντρική περιοχή του καρδιακού δακτυλίου και όχι στις εξωτερικές άκρες του, όπου βρίσκονται τα κύτταρα του βηματοδότη που διεγείρουν τις καρδιές των ενηλίκων σε λειτουργία.
Ο Jia και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι η πρώιμη δραστηριότητα στα κύτταρα της καρδιάς, πριν από την πρώτη συστολή, μπορεί να διεγείρει την ανάπτυξη του καρδιαγγειακού συστήματος.
Και δεδομένων των ομοιοτήτων μεταξύ των εμβρύων των ψαριών ζέβρα, των κοτόπουλων, των αρουραίων και των ποντικών, οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι υποκείμενοι μηχανισμοί σχηματισμού της καρδιάς μπορεί να είναι κοινοί σε όλα τα σπονδυλωτά, δηλαδή την ομάδα των οργανισμών με σπονδυλική στήλη στην οποία ανήκουν και οι άνθρωποι.
Εάν ισχύει αυτό, τότε η μελέτη θα μπορούσε να οδηγήσει σε περαιτέρω έρευνα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο προκύπτουν διαταραχές στη λειτουργία της καρδιάς όπως οι αρρυθμίες στους ανθρώπους.
«Παρατηρώντας τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται η καρδιά, μπορούμε να δούμε πώς διαφορετικοί μηχανισμοί ελέγχου στρωματοποιούνται, γεγονός που μπορεί να μας δείξει κάτι για το τι συμβαίνει αν καταρρεύσουν» εξηγεί ο βιολόγος συστημάτων Sean Megason, της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.