Organ

  English version

Akses cepat: tubuhsarafbergerak – bernapassirkulasipencernaanekskresi
For almost every organ in humans there is a match in flies, and common genes regulate their development, organisation and function.

Untuk hampir setiap organ pada manusia ada kecocokan dengan organ yang ada pada lalat, dan gen yang serupa juga mengatur perkembangan, organisasi dan fungsi organ tersebut.

Pendahuluan

Hewan memiliki persyaratan fisiologis yang mendasar. Sama seperti kita, lalat pun harus bernapas, mencerna makanan, bergerak, belajar dan berkoordinasi agar bisa bertahan hidup. Dikarenakan oleh sejarah evolusi yang dekat dengan kita, banyak organ kita memiliki asal usul yang sama dan memiliki fungsi yang serupa, dan perkembangan, organisasi dan fungsi organ-organ tersebut sering diatur oleh gen yang sama.

Penguraian fungsi utama gen-gen yang bersangkutan beserta tumbuh-kembang dan beragam proses fisiologis yang diatur oleh gen-gen tersebut, dapat dilakukan secara efisien dan ekonomis dengan menggunakan Drosophila, seperti yang dijelaskan di bawah tab “Mengapa lalat?“. Penerapan pengetahuan baru yang diperoleh dari Drosophila ke organ tubuh manusia dalam menjelaskan kesehatan dan penyakit adalah strategi yang ampuh, digunakan secara luas dan terbukti sangat baik untuk mengilhami dan mempercepat penelitian pada hewan tingkat tinggi dan manusia – seringkali disebut menggunakan lalat sebagai “tabung reaksi”. Di halaman ini, organ dan jaringan yang paling penting akan dijelaskan dan dibandingkan secara singkat – dapat menjadi sumber yang berguna untuk sekolah dan juga untuk universitas.

Jika Anda ingin mengetahui bagaimana organ-organ ini dibentuk selama perkembangan lalat, silakan kunjungi Volker Hartenstein’s Atlas of Drosophila development atau laman FlyMove/Organogenesis.

Organisasi tubuh

Seperti yang diilustrasikan oleh berbagai warna pada gambar di bawah ini, tubuh manusia dan lalat terbagi menjadi beberapa segmen. Saat melihat tubuh kita dari luar, segmentasi ini mungkin tidak terlihat pada pandangan pertama. Namun, hal tersebut menjadi jelas saat melihat saraf segmental yang berasal dari sumsum tulang belakang (spinal cords) kita dalam pola reguler (satu pasang per segmen; lihat gambar bagian selanjutnya) atau dengan mempertimbangkan tulang belakang (vertebrae) di tulang punggung manusia yang masing-masing mencerminkan satu segmen. Segmen ini disusun menjadi unit struktural yang lebih besar, dan pada manusia dan lalat kita dapat membedakan kepala (head), dada (thorax) dan perut (abdomen). Meskipun struktur pelengkap manusia dan lalat berbeda (2 lengan dan 2 kaki versus 6 kaki, 2 sayap, dan 2 halteres), kesemuanya memiliki prinsip umum serupa berada pada lokasi stereotip hanya dari sejumlah kecil segmen tubuh tertentu.

Lalat dan manusia menunjukkan anatomi segmental (warna berbeda) yang terbagi menjadi kepala, dada dan perut

Lalat dan manusia menunjukkan anatomi segmental (warna berbeda) yang terbagi menjadi kepala, dada dan perut

Pembagian tubuh kita menjadi beberapa segmen, pengorganisasian tubuh menjadi kepala, dada dan perut, serta lokasi yang tepat dari struktur pelengkap diatur melalui proses tumbuhkembang yang tepat yang disebut mekanisme pembentukan pola (patterning mechanisms). Gambaran detail mengenai bagaimana proses tersebut terjadi pada embrio lalat dapat dilihat pada video berikut ini:

DAMPAK: Penelitian pada mekanisme pembentukan pola tubuh di Drosophila telah merevolusi biologi modern dan karenanya dianugerahi Medali Nobel (lihat juga blog post berikut). Penemuan ini memberikan pemahaman baru mengenai fungsi gen dan jaringan berbagai gen (gene networks) yang mengatur susunan tubuh lalat, yang ternyata sangat mirip dengan proses yang terjadi dalam perkembangan mamalia. Hal ini menemukan sejumlah besar mekanisme biologis mendasar yang kemudian memberi kita pemahaman tentang beragam proses penting yang mendasari timbulnya penyakit pada manusia termasuk kanker (lihat juga film berikut ini).

——————— kembali ke atas ———————-

Sistem saraf

Dengan menggunakan saraf segmental sebagai contoh, sistem saraf juga terbagi menjadi beberapa segmen. Pada lalat dan manusia, saraf segmental terdiri atas:

  • Saraf motorik mengirimkan informasi dari sistem saraf pusat (SSP) ke otot dan kelenjar. Saraf ini sering terkena penyakit motorneuron yang menyebabkan kelumpuhan bertahap (lihat penjelasannya di sini).
  • Saraf sensorik mengirimkan informasi dari organ sensorik ke SSP. Saraf ini (bersama dengan saraf motorik) mengalami gangguan pada penyakit Charcot–Marie–Tooth yang menyebabkan degradasi otot secara bertahap karena kurangnya pemakaian.

Pada kedua organisme, sel tubuh dari sel saraf (neuron) yang membentuk saraf sensorik, terletak di luar SSP: pada manusia terutama di ganglia serabut dorsal (diwarnai merah pada gambar di bawah), pada lalat di dalam organ sensorik di permukaan tubuh (lihat ilustrasi). Pada kedua organisme tersebut, organ sensorik digunakan untuk penglihatan, penciuman, rasa, pendengaran, informasi mekanik, suhu dan rangsangan berbahaya.

Lalat dan manusia menunjukkan subdivisi SSP ke otak (di daerah kepala) dan ventral/sumsum tulang belakang (di dada). Unit fungsional terkecil, sel saraf, juga memiliki banyak kesamaan pada manusia dan lalat, dan gen yang sama melengkapi mereka dengan sinapsis dan kemampuan untuk menghasilkan potensial aksi. Banyak mekanisme mendasar tentang perkembangan dan fungsinya telah ditemukan pada lalat, termasuk mekanisme neurodegenerasi (untuk info yang lebih banyak ada di sini). Perilaku kita dikendalikan melalui sistem saraf dan, bahkan pada tingkat ini, kita berbagi kesamaan tertentu (silakan lihat contoh perilaku yang berhubungan dengan alkohol di sini).

Organisasi sistem saraf ke otak di kepala, ventral/sumsum tulang belakang di dada dan saraf segmental

Pada lalat dan manusia, ventral/sumsum tulang belakang terutama berisi jaringan neuron yang mengatur kejadian lokal di dalam dada (trunks), seringkali dalam satu segmen, dan contoh yang bagus adalah motor reflexes. Sebaliknya, otak terhubung ke semua segmen dan bertindak sebagai pusat koordinasi untuk keseluruhan tubuh. Dengan demikian, otak lalat dan manusia sangat terspesialisasi dan terbagi ke dalam pusat fungsional untuk penglihatan, penciuman, koordinasi motorik, pembelajaran dan banyak perilaku lainnya.

Otak diorganisasikan menjadi beberapa pusat fungsional dalam bentuk kode warna untuk otak manusia dan lalat.

Untuk melihat lebih banyak ilustrasi sistem saraf Drosophila, dapat ditelusuri di sini.

DAMPAK: Penelitian pada sistem saraf Drosophila telah memberikan kontribusi yang besar bagi neurobiologi modern (Bellen et al., 2010, Nat Rev Neurosci 11, 514ff.). Beberapa contoh di antaranya adalah: (1) Penemuan gen pertama yang mendasari potensial aksi (hingga kini masih dipelajari dalam riset epilepsi). (2) Telah memberi kita pemahaman mengenai gen-gen sinaptik dan mekanisme dasar tentang regulasi pesel punca neuron. (3) Memberikan penjelasan awal mengenai mekanisme wiring sistem saraf selama pengembangan. (4) Memberikan kontribusi besar pada pemahaman kita tentang bagaimana jaringan (network) saraf membentuk dasar seluler pembelajaran (learning) dan perilaku (behaviour) (informasi tambahan dapat lihat pada laman Virtual Fly Brain) yang memberikan data, strategi, dan teknik yang sangat informatif untuk Proyek otak manusia. Melalui penggunaan Drosophila sebagai organisme model, gen pertama yang berhubungan dengan (5) proses pembelajaran, (6) mekanisme molekuler dari jam biologis (biological clock), dan juga (7) pemahaman tentang fungsi gen dalam neurodegenerasi (silakan lihat di sini), (8) peran dan regulasi tidur, (9) fisiologi penglihatan, dan (10) menghasilkan Medali Nobel (Nobel Prize) untuk penemuan penting mengenai dasar seluler dan genetik dari indera penciuman.

——————— kembali ke atas ———————-

Bergerak

Gerakan di dalam tubuh kita bergantung pada kekuatan kontraktil otot-otot berikut ini:

  • Otot jantung adalah otot yang melapisi dinding jantung dan berbeda dengan otot lainnya karena memiliki sifat listrik mirip neuron, baik pada manusia maupun lalat (lihat sirkulasi);
  • Otot halus menggerakkan jaringan lunak di tubuh kita, seperti misalnya gerakan peristaltik usus atau penyempitan pembuluh darah yang mengatur tekanan darah. Usus lalat juga dilapisi oleh otot polos;
  • Otot rangka adalah satu-satunya otot yang berada di bawah kontrol sukarela dan berfungsi untuk menggerakkan tubuh kita dan memungkinkan kita untuk bernafas. Otot jenis ini melekatkan ujung tendon mereka ke tulang dan oleh karenanya tulang dapat bergerak ketika otot berkontraksi. Berbeda dengan otot polos, otot rangka lalat dan manusia tampak lurik (striated) di bawah mikroskop, karena filamen kontraktil pada daerah inti mereka disusun menjadi blok periodik, berukuran teratur, dan spasi yang terlihat seperti garis belang (stripes) pada selendang sepak bola (lihat gambar di bawah). Pada kedua organisme, otot rangka adalah produk dari banyak sel prekursor yang menyatu menjadi satu serat otot besar yang mengandung banyak inti sel. Dalam seekor lalat, satu serat otot sama dengan satu otot, sedangkan otot besar pada manusia terdiri dari banyak serat otot. Namun cara kerja otot yang identik (lihat film di bawah atau video alternatif di sini)
Skeletal muscles of humans and flies are structurally very similar.

Otot rangka manusia dan lalat secara struktural sangat mirip.

Seperti yang telah diketahui, otot manusia dan lalat banyak memiliki kesamaan pada tingkat molekuler dan struktural. Berbeda dengan otot, kerangka manusia dan lalat sangat berbeda satu sama lain:

  • Manusia memiliki endoskeleton dalam bentuk tulang yang tertanam jauh di dalam tubuh kita dan terutama terdiri dari protein-protein gula yang terkristalisasi, yang disebut kolagen tipe I ;
  • Lalat memiliki eksoskeleton yang terdapat pada permukaan tubuhnya dalam bentuk kutikula (lihat gambar di bawah); Komponen kunci dari kutikula adalah gula berserat khusus yang disebut kitin, namun ada komponen lebih lanjut termasuk lilin dan berbagai protein gula.

08-Muscle-Bone-21

Meskipun lokasi dan juga penyusun tulang dan kutikula sangat berbeda, namun secara umum mereka mewakili matriks ekstraseluler (ECM = extracellular matrix; latin “extra” = di luar). ECM terdiri dari sebagian besar molekul struktural yang disimpan di luar sel. Oleh karena itu, tulang dan kutikula terutama adalah bahan mati yang, akibatnya, bertahan sebagai kerangka saat tubuh kita membusuk. ECM dibuat, dilepaskan dan dimodulasi oleh sel khusus. Dalam kasus tulang manusia, ECM diproduksi oleh osteoblas yang tertanam dalam matriks, dan kutikula dibuat oleh sel kulit (lihat panah merah pada gambar di atas).

Meski kerangka terbang ini terlihat agak keren, sayangnya hanya fiksi ilmiah!

Otot rangka tidak menempel langsung ke kerangka, namun dihubungkan melalui struktur ECM khusus, yang disebut tendon pada manusia dan matriks tendon pada lalat:

  • Tendon terdiri dari kolagen tipe II yang berserat dan disatukan menjadi beberapa paket paralel kebutuhan oleh sel dinamis yang disebut fibroblas tendon (lihat gambar di atas); Pada satu sisi, tendon terhubung ke permukaan otot (myotendinous junction), di sisi lain ke ECM tulang (enthesis).
  • Matriks tendon pada lalat terdiri dari berbagai jenis protein ekstraselular yang disimpan oleh kulit, sel otot, dan sel motil dalam cairan tubuh yang disebut hemosit (haemocytes). Seperti pada manusia, matriks tendon lalat terhubung ke otot di salah satu sisi. Di sisi lainnya, matriks tendon tidak terhubung langsung ke kerangka tetapi ke permukaan sel kulit. Sel-sel kulit ini membentuk elemen intraseluler padat (latin “intra” = di dalamelemen kerangka yang menghubungkan persimpangan tendon ke persimpangan kutikula di sisi lain dimana mereka menempelkan filamen ekstraselular spesifik yang disebut tonofilamen (lihat gambar di atas).

Kutikula pada larva lalat lebih lembut daripada lalat dewasa, dan kontraksi otot menyebabkan gerakan yang sebanding dengan gelombang peristaltik di usus – serupa dengan yang akan anda amati pada cacing tanah atau ulat. Hal tersebut dapat dilihat dalam film pertama di bawah ini. Adapun, film kedua menunjukkan aktivitas gelombang peristaltik tersebut berjalan dalam gelombang di sepanjang “sumsum tulang belakang”, yang disebut kabel saraf ventral, larva. Untuk presentasi skematik kabel saraf ventral dan otot dapat dilihat pada gambar berikut.

DAMPAK: Perkembangan otot Drosophila telah sangat dipahami dengan baik, termasuk generasi awal sel progenitor mereka, fusi mereka menjadi serat otot besar, navigasi arah dan diferensiasi titik penambatan khusus di epidermis/kutikula, pengaturan tingkat tinggi persarafan melalui motorneuron tertentu, dan perolehan sifat kontraktil. Pengetahuan ini memberikan panduan konseptual yang penting untuk penelitian mengenai pengembangan otot vertebrata. Selanjutnya, karena tingkat kesamaan genetiknya yang tinggi, otot lalat digunakan sebagai model untuk mempelajari mekanisme distrofi otot (bahasa Yunani “dys” = status buruk, malfungsi, “trofos” Yunani = bergizi) yang merupakan penyakit manusia dimana otot secara bertahap membusuk.

——————— kembali ke atas ———————

Bernapas

Untuk menghasilkan energi, sel-sel di tubuh kita melakukan reaksi kompleks di mitokondria mereka (siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif) yang menggunakan oksigen (O2) dan menghasilkan karbon dioksida (CO2) sebagai produk buangan. Suplai O2 dan pembuangan CO2 dalam tubuh manusia terjadi di paru-paru, sedangkan pada lalat terjadi di sistem trakea.

Paru-paru merupakan struktur tubular yang terhubung secara langsung pada mulut melalui cabang utamanya (trakea). Di dalam paru-paru, trakea akan bercabang menjadi bronkiolus halus yang berakhir dengan alveoli berbentuk bola. Alveoli berhubungan erat dengan pembuluh darah kapiler. Pengaturan spasial ini memungkinkan O2 untuk melewati alveoli menuju darah, yang dibawa melalui vena pulmoner (merah dalam gambar) ke ruang jantung sebelah kiri (lihat bagianSirkulasi“) dan dari sana ke seluruh bagian tubuh kita, di mana O2 dapat diteruskan ke sel target yang membutuhkan. Begitu juga sebaliknya, arteri pulmoner (biru dalam gambar) membawa darah kaya CO2 dari bilik jantung kanan ke paru-paru, di mana CO2 dilepaskan ke alveoli yang akan dihembuskan selama proses pernapasan normal.

Paru-paru dan trakea merupakan struktur tubular dengan banyak cabang yang dipenuhi oleh udara.

Sistem trakea lalat juga terdiri dari struktur tubular yang menghubungkan permukaan tubuh pada satu ujung, dan bercabang ke tubuh di sisi lain. Lalat sangat kecil dan tidak memiliki sistem pembuluh darah yang masuk ke jaringan. Sebagai gantinya, cabang trakea tubular menjangkau langsung ke semua organ dan jaringan dan menukar O2 dan CO2 secara langsung dengan sel mereka (lihat gambar di atas).

Proses dimana O2 dan CO2 melewati sel-sel yang berbeda (paru-paru, trakea, darah, sel target) disebut difusi. Difusi adalah aliran pasif molekul dari tempat dengan konsentrasi tinggi menuju konsentrasi rendah. Untuk ini, udara yang kita hirup mengandung ~ 21% O2 (sumber yang relatif baik terhadap darah arteri atau jaringan pada lalat) dan 0,04% CO2 (sumber yang relatif cukup rendah dibandingkan dengan darah arteri atau jaringan pada lalat). Selain itu, darah manusia mengandung sel darah merah (eritrosit) yang mengandung molekul bio-hemoglobin merah yang sangat efisien mengikat O2. Hal ini meningkatkan kapasitas darah untuk mengangkut Ohingga 70 kali lipat. Ketika eritrosit dibawa ke daerah di mana sel membutuhkan O2 , kadar CO2 biasanya tinggi, dan ini menyebabkan peningkatan keasaman (seperti yang mungkin anda ketahui dari minum air soda!). Peningkatan keasaman memicu pelepasan O2 dari hemoglobin, yang sekarang bebas berdifusi ke dalam sel target.

Sebuah film keren yang menunjukkan bagaimana sistem trakea berkembang dalam embrio Drosophila dapat dilihat di sini:

DAMPAK: Dengan mempelajari mekanisme bagaimana percabangan trakea berkembang pada lalat, telah memberi kita pemahaman mendasar tentang mekanisme percabangan serupa yang terjadi di paru-paru atau organ bercabang lainnya.

——————— kembali ke atas ———————-

Sirkulasi dan darah

Manusia dan lalat menggunakan cairan tubuh yang bersirkulasi untuk mengirimkan zat-zat yang diperlukan seperti nutrisi dan pesan hormon ke sel, untuk mengangkut produk limbah metabolik dari sel, dan untuk menyediakan media di mana sel darah dapat bergerak dan melukai tubuh. Pada manusia, oksigen dan karbon dioksida diangkut melalui darah dan sel darah merah, sedangkan serangga telah mengembangkan sistem trakea (lihat Bernapas). Cairan tubuh manusia yang bersirkulasi disebut darah dan getah bening, sedangkan hanya ada satu cairan yang disebut haemolymph pada lalat:

  • Darah dipompa oleh jantung dan bersirkulasi melalui sistem pembuluh darah tertutup: mengalir jauh dari ventrikel jantung melalui arteri yang bercabang ke arteriol dan lebih jauh lagi ke dalam jaringan kapiler yang sangat halus dalam jaringan target (baik paru-paru atau jaringan tubuh lainnya), dari mana darah mengalir melalui venula tipis yang bergabung ke dalam vena yang akhirnya mengarah kembali ke atrium jantung.
  • Cairan getah bening merupakan cairan yang terkumpul dari jaringan tubuh kita, dihasilkan terutama melalui tumpahan dari pembuluh darah. Getah bening mengalir melalui pembuluh darah dari sistem limfatik yang bertindak sebagai sistem drainase yang akhirnya mengarah ke pembuluh darah vena yang dekat dengan jantung, sehingga menyatukan kembali getah bening dan darah.
  • Lalat hanya memiliki satu cairan tubuh yang bersirkulasi yang akibatnya disebut haemolymph. Cairan ini mengisi seluruh tubuh serangga yang dienkapsulasi hanya oleh epidermis (setara dengan kulit kita), dan semua organ dan jaringan di dalam serangga terendam di dalam cairan ini. Haemolymph disirkulasikan melalui jantung tubular yang bekerja seperti pompa akuarium: jantung tersebut menghisap air dari bagian tubuh posterior dan melepaskannya ke dalam tubuh anterior (atau sebaliknya : lihat di bawah), sehingga secara bertahap mengedarkan seluruh volume haemolymph (Lihat gambar).

10-heart-2

Mari kita bandingkan secara singkat anatomi jantung. Jantung manusia ( lihat gambar ) agak rumit sehingga dalam hal ini dibagi menjadi dua bagian:

  • bagian kanan menerima darah dari bagian kepala dan seluruh tubuh lalu mengirimkannya ke paru-paru (lihat bagian Bernapas),
  • bagian kiri menerima darah dari paru-paru dan memompanya ke bagian kepala dan ke seluruh tubuh.

Organisasi yang agak kompleks ini telah berkembang dari versi jantung yang lebih primitif seperti yang masih terdapat pada ikan. Jantung ikan diorganisir dalam beberapa ruang bulgy yang terlipat menjadi bentuk mirip Z ( lihat gambar ), tetapi masih dikenali sebagai satu saluran. Struktur ini jauh lebih mudah dibandingkan dengan jantung Drosophila yang terbagi menjadi tiga bagian.

  • Bagian belakang terdiri dari sebuah tabung yang melakukan kontraksi peristaltik ( lihat film di bawah) untuk menerima/melepaskan hemolimfa (haemolymph) dari/ke perut lalat;
  • Bagian tengah adalah ruang kerucut yang bulgy dan mirip dengan ventrikel;
  • Bagian anterior adalah aorta yang yang memperluas titik keluar haemolymph yang paling penting ke ujung tubuh yang jauh, sehingga memastikan sirkulasi sepanjang tubuh lalat (lihat gambar).
  • Jantung lalat terutama memompa cairan tubuh dari perut ke toraks, namun telah dilaporkan (kunjungi link berikut) bahwa arah aliran ini dapat dibalik. Agar hal ini terjadi, hati terbang mengandung dua set katup yang berbeda:
    • Ostias merupakan 5 pasang bukaan terhadap haemolymph (1-5 pada gambar) yang memungkinkan cairan tubuh masuk tapi tidak dapat keluar dari tabung jantung. Ketika haemolymph dipompa dari belakang ke depan, semua ostias bersama-sama memungkinkan haemolymph masuk dari bagian tengah dan belakang tubuh, yang kemudian dipompa melalui aorta ke arah depan (panah biru muda). Ketika dalam mode terbalik, pasangan ostia 1 di ruang berbentuk kerucut (conical chamber) memungkinkan masuknya cairan tubuh dari bagian tengah tubuh lalat yang kemudian dipompa keluar melalui aorta di depan serta melalui pembukaan tabung jantung di bagian belakang jantung (panah orange muda).
    • Katup adalah kardiomiosit (cardiomyocytes) khusus yang dapat menutup tabung jantung di lokasi yang berbeda, dan katup melakukan aksi penghentian aliran yang disinkronkan dengan kontraksi jantung peristaltik, sehingga memastikan arah aliran yang jelas baik ke depan atau belakang, tergantung pada mode yang sedang aktif.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, ada beberapa otot alary (alary mucles) yang terasosiasi dengan jantung yang cenderung memberikan stabilitas lateral dan dukungan pada jantung. Video YouTube berikut ini memperlihatkan detak jantung pada lalat buah dewasa:

Tampak secara jelas bahwa jantung manusia dan jantung lalat memiliki fungsi yang sama, dan sel-sel jantung (kardiomiosit) yang menyusun dinding jantung manusia dan jantung lalat memperlihatkan sejumlah sifat fisiologis yang mirip dan lestari secara evolusi:

  • Seperti yang ditunjukkan di bagian otot, sel otot jantung dari lalat dan manusia memiliki sifat listrik yang serupa dengan sel saraf, dan ini memungkinkan mereka untuk berdetak secara otonom (tanpa perlu tereksitasi oleh sel saraf). Untuk mengatur detak jantung, lalat dan manusia memiliki sel pacu jantung (pacemaker cells) di kedua ujung jantung.
  • Selanjutnya, sel otot jantung lalat dan manusia menggunakan gen-gen yang sangat mirip dalam proses perkembangan dan fungsinya. Misalnya, lalat dan manusia sama-sama menggunakan protein saluran ion yang sangat spesifik yang dibutuhkan untuk mengendalikan denyut jantung di mana tikus dengan denyut jantung yang berdetak lebih cepat tidak memiliki protein tersebut.

Selain itu, sel-sel darah pada manusia dan lalat juga memiliki beberapa kesamaan, dan perkembangan serta fungsi sel-sel tersebut sebagian bergantung pada gen-gen yang sangat mirip:

11-Blood

  • Pada manusia, sel darah baru terus diproduksi di sumsum tulang , terbagi menjadi dua garis silsilah utama:
    • Garis silsilah limfoid (lymphoid lineage) yang menghasilkan limfosit, yaitu sel B dan sel T yang merupakan bagian dari respon imun adaptif/dapatan. Sel-sel tersebut membentuk armada sel individual, yang masing-masing secara acak dan terspesialisasi, melalui mekanisme kunci-anak kunci (key-in-lock), mengenali isyarat spesifik pada patogen yang menyerang. Jika patogen semacam itu masuk ke dalam tubuh kita, limfosit yang tepat akan diaktifkan, artinya mereka akan membelah diri, menyerang dan menghancurkan penyerang atau menghasilkan antibodi spesifik yang akan mengikat dan menandai patogen. Sistem respon imun adaptif melibatkan sejumlah organ: timus (dimana limfosit autoreaktif sengaja dihilangkan agar tidak menyerang tubuh kita sendiri), Kelenjar getah bening (di mana sel dendritik hadir mendeteksi patogen yang ada di bagian perifer tubuh, dalam rangka mengidentifikasi dan mengaktifkan limfosit yang dapat melawan penyerang), dan limpa (tempat antibodi diproduksi dalam jumlah besar dan darah disaring untuk patogen yang terikat oleh antibodi). Respons imun adaptif spesifik untuk vertebrata dan tidak ditemukan pada lalat.
    • Silsilah mieloid (myeloid lineage) yang menghasilkan sel darah merah (eritrosit) yang dibutuhkan dalam transportasi oksigen (tidak ditemukan pada lalat), dan beberapa sel yang merupakan bagian dari sistem imun alamiah (innate immune system) di mana sel-sel tersebut memiliki kemiripan yang sangat besar dengan sel darah lalat (seperti yang terlihat pada gambar di atas). Sel-sel ini merupakan komponen penting dalam respon imun apapun, sebab mereka merepresentasikan sistem pertahanan awal (first) dan cepat (fast): (1) mereka dapat menyerang secara langsung (dengan cara memakan patogen, melepaskan senyawa anti-mikrobial, atau merajut jaring molekuler yang disebut jaring/perangkap ekstraseluler (extracellular traps) pada area yang terinfeksi untuk menangkap patogen tersebut), (2) mereka menghasilkan senyawa sinyal (beragam sitokin, yang memanggil sel-sel sistem imun untuk ikut bergabung), (3) mereka memberikan informasi pada limfosit untuk mengaktifkan sistem pertahanan tubuh kedua yaitu sistem imun adaptif (tidak dimiliki oleh lalat).
  • Pada lalat, sel darah baru dihasilkan di saluran hematopoietik yang terkait dengan jantung (lihat gambar pertama di atas). Sel darah lalat terdiri dari plasmatosit atau makrofag (memakan puing-puing sel, bakteri dan jamur), sel kristal (terlibat dalam respons melanisasi dan penyembuhan luka) dan lamellosit (sel besar yang dapat menelan penyerang besar, seperti telur tawon parasit). Plasmatosit dan sel kristal berasal dari sel progenitor di saluran hematopoietik, sedangkan lamellosit tampaknya berasal dari plasmatosit.

Untuk menjalankan fungsinya, sel darah perlu bergerak di sekitar tubuh kita. Silakan putar film menarik ini untuk melihat bagaimana sel darah (hemosit) bergerak dalam embrio Drosophila:

DAMPAK: Penelitian pada sistem kekebalan tubuh Drosophila telah menghasilkan Medali Nobel untuk penemuan molekul detektor serupa yang digunakan oleh sistem kekebalan tubuh bawaan (innate immune system) pada lalat dan manusia untuk mengenali patogen. Lebih jauh lagi, sifat utama genetik dan fisiologis jantung manusia dan lalat begitu mirip sehingga NASA mengirim lalat sebagai astronot mini ke ISS untuk menguji dampak perjalanan luar angkasa pada sistem kardiovaskular (silakan mengunjungi postingan blog berikut).

 ———————- kembali ke atas ———————-

Pencernaan

Saluran pencernaan manusia dan lalat memiliki struktur organisasi yang mirip yang terbagi menjadi foregut, perut, mid dan hindgut . Selain itu, beberapa kelenjar tambahan yang berhubungan dengan saluran pencernaan manusia juga memiliki kemiripan parsial dengan yang dimiliki oleh lalat:

  • kelenjar ludah menghasilkan air liur untuk pre-pencernaan dan lalat  juga memiliki kelenjar yang serupa;
  • hati dengan segala fungsinya (termasuk detoksifikasi dan produksi enzim yang diperlukan dalam pencernaan) memiliki persamaan dengan organ fat body yang tersebar secara luas di perut Drosophila (tampak dengan warna abu-abu dalam gambar);
  • pankreas tidak hanya memproduksi enzim-enzim pencernaan tapi juga bertindak sebagai kelenjar hormonal; kluster sel yang disebut islets of Langerhans memproduksi insulin pada manusia dan sekelompok sel yang serupa juga terdapat di otak lalat (kuning dalam gambar).
Colours indicate homologous and functionally related structures of the alimentary canal.

Warna menunjukkan struktur kanal alimentary yang homolog dan fungsional.

Seperti yang dijelaskan selanjutnya, daerah perbatasan antara hindgut dan midgut lalat memiliki lubang keluar dari tubulus Malpighi yang melepaskan urin ke dalam usus, sedangkan pada manusia usus dan ureter terpisah dengan jelas.

——————— kembali ke atas ———————-

Ekskresi

Manusia dan lalat menghasilkan urin sebagai upaya detoksifikasi yang, pada manusia, dilakukan oleh ginjal dan pada lalat dilakukan oleh tubulus Malpighi (juga digambarkan di bagian pencernaan ). Kedua organ tersebut menampilkan tubulus ekskretoris yang dirancang untuk secara selektif menyaring zat beracun dari cairan tubuh (darah pada manusia, hemolymph pada lalat) yang dibuang melalui urin, sambil mempertahankan “barang bagus” dan air sebanyak mungkin di dalam tubuh kita. Seperti yang ditunjukkan baru-baru ini [tautan], tubulus Malpighi pada Drosophila bahkan membentuk batu ginjal sebagai bentuk predisposisi genetik.

Pada manusia, filtrasi zat beracun atau limbah dari darah dilakukan di glomerulus (juga disebut kapsul Bowman) oleh sel khusus yang disebut podocytes . Sel homolog dengan lalat disebut nephrocytes yang ditemukan di thoraks sebagai sel Garland dan perut sebagai sel perikardial. Nephrocytes memiliki alat penyaring yang sangat mirip dengan struktur yang memiliki dasar genetik yang serupa. Cacat pada beberapa gen terkait ini menyebabkan penyakit yang disebut proteinuria (kadar protein tinggi dalam urin) pada manusia dan lalat. Berbeda dengan podocytes yang bisa mengeluarkan produk limbah melalui urine, nephrocytes pada Drosophila tidak memiliki akses pada ekskresi langsung dan seringkali disebut sebagai ginjal penyimpanan (storage kidney).

Kidney in humans versus nephrocytes and Malphigian tubules in flies, filter toxic substances from our body fluids

Ginjal pada manusia versus nephrocytes dan tubulus Malphigi pada lalat, memfilter zat beracun dari cairan tubuh kita

DAMPAK: Dasar genetik fungsi ginjal pada mamalia sulit dipelajari karena struktur nefron mamalia dan fungsinya secara in vivo yang relatif tidak dapat dikesampingkan Skrining genetik dan studi di Drosophila telah menjadi sumber penting untuk informasi relevan yang sekarang berfungsi sebagai cetak biru untuk bekerja dalam vertebrata.

——————— kembali ke atas ———————-

Ucapan terima kasih

Saya ingin berterima kasih kepada Nick Glossop untuk komentar-komentarnya pada bagian “bernapas”, Georg Vogler untuk informasinya yang berharga mengenai jantung Drosophila, dan Martin Zeidler yang telah memberikan perbandingan silsilah darah.
Akses cepat: pendahuluan – tubuh – saraf – bergerak – bernapas – sirkulasipencernaan

Diterjemahkan secara bebas dari website Droso4schools, salah satu bentuk outreach Manchester Fly Facility, atas persetujuan Prof. Andreas Prokop (FBMH, The University of Manchester).

Advertisements