Ученые раскрыли эволюционный секрет разных жизненных циклов животных

 

Червь, которого изучили исследователи и для которого секвенировали геном. Это сегментированный червь, который в изобилии встречается на побережьях Великобритании и Европы. Он живет внутри трубки, которую выделяет, зарываясь в песок. (Фото: phys.org)

Более 100 лет биологи задавались вопросом, почему у животных разные типы жизненных циклов. Некоторые виды, такие как люди и большинство позвоночных, развиваются непосредственно в полностью сформированную, но уменьшенную версию взрослой особи. Напротив, многие другие животные дают начало прекрасно разнообразным промежуточным формам, которые мы называем личинками, которые затем превращаются во взрослых особей.

Тем не менее понимание исследователями того, почему существуют личинки и как они возникли, было ограниченным. Что еще более важно, в крупномасштабных сравнительных исследованиях, посвященных этому вопросу, ранее не использовались современные методы, основанные на секвенировании генетической информации животного — генома — для выяснения того, как организм использует эту информацию во время роста. До сих пор.

В исследовании под руководством группы из Лондонского университета королевы Марии (QMUL), опубликованном в журнале Nature, исследователи впервые раскрывают механизм, который, вероятно, объясняет, как эмбрионы формируют либо личинку, либо миниатюрную версию взрослой особи.

В своей статье они доказывают, что время активации основных генов, участвующих в эмбриогенезе — превращение оплодотворенной яйцеклетки в организм — коррелирует с наличием или отсутствием личиночной стадии и с тем, питается ли личинка из своего окружения или полагается на питание, которое мать отложила в яйцеклетку.

Франсиско М. Мартин-Самора, доктор философии. Кандидат в QMUL и один из первых авторов исследования, сказал: «Впечатляет то, как эволюция сформировала то, как эмбрионы животных «узнают время», чтобы активировать важные группы генов раньше или позже в развитии. Предположим, личиночная стадия больше не существует. необходимо для вашего выживания. В этом случае может быть эволюционно выгодно, например, активировать гены, чтобы сформировать туловище раньше и вместо этого сразу превратиться во взрослую особь».

В этом новом исследовании использовались самые современные подходы к расшифровке генетической информации, активности и регуляции у трех видов морских беспозвоночных червей, называемых кольчатыми червями. Они объединили их с общедоступными наборами данных о других видах в крупномасштабном исследовании, включающем более 600 наборов данных о более чем 60 видах, разделенных более чем 500 миллионами лет эволюции.

«Только путем объединения наборов экспериментальных данных, полученных в лаборатории, и систематического компьютерного анализа мы смогли разгадать эту новую неизвестную биологию», — сказал доктор Фердинанд Марлета, главный сотрудник исследования из Университетского колледжа Лондона.

«Хотя эти методы существуют уже несколько лет, ни одна команда не использовала их для этой цели. Созданные нами наборы данных и разработанные нами методологии будут чрезвычайно мощными ресурсами для других исследователей», — подчеркнул доктор Ян Лян, исследователь из QMUL. и соавтор работы.

Доктор Чема Мартин-Дуран, старший автор этого исследования, заявил, что «биология развития в основном сосредоточена на мышах, мухах и других хорошо зарекомендовавших себя видах, известных нам как модельные организмы. Наше исследование демонстрирует, что увлекательная биология часто упускаемых из виду не Модельный вид имеет решающее значение для понимания того, как работает развитие животных и как оно эволюционировало».

Гены, участвующие в формировании туловища — области тела, которая следует за головой и доходит до хвоста, — имеют первостепенное значение. У некоторых видов образуются личинки практически без туловища, известные как «головные личинки», и они могли присутствовать еще у предков всех животных с головой и хвостом. Прямое развитие и формирование маленькой взрослой особи прямо из эмбриогенеза должно было развиться позже во многих группах животных, таких как мы и большинство позвоночных, поскольку гены, формирующие туловище, активируются раньше в эмбриогенезе, а личиночные черты постепенно утрачиваются.

«Мы надеемся, что другие исследователи в этой области продолжат изучение захватывающей темы эволюции жизненных циклов животных и предоставят дополнительные доказательства выдвинутой нами гипотезы», — сказал д-р Андреас Хейнол, профессор Йенского университета им. Фридриха Шиллера. , Германия, и сотрудник команды.

Источник