Новое генетическое исследование возобновило споры о том, какой тип существ первым дал ответвление на эволюционном древе от общего предка всех животных.
Хотя жизнь на Земле процветала уже миллиарды лет, большая ее часть была одноклеточной и микроскопической. Ни у одного из первых организмов не было мозга или даже нейронов (нервных клеток). Никто из них не мог «думать». Первые эволюционировавшие животные также были безмозглыми: они использовали гормоны или другие химические вещества, а не нейроны, для координации своего тела. Но у некоторых вскоре развилась центральная нервная система – и первые «мысли» стали пульсировать.
На протяжении десятилетий биологи предполагали, что это произошло только один раз и было односторонним процессом. Если у животных появился мозг, почему они его потеряли? Но за последние 15 лет накопились доказательства того, что это может быть неправильно; что губки и другие безмозглые животные, существующие сегодня, могут произойти от мозговых предков, потерявших рассудок.
Все эти огромные загадки происхождения нейронов и мозга связаны с, казалось бы, простым вопросом: какая из двух древних групп животных, губок или гребневиков, первой отделилась от других животных и начала развиваться независимо? Самые старые подтвержденные животные произошли от 635 до 485 миллионов лет назад. Считается, что первая группа простых животных вскоре начала разделяться на отдельные популяции, которые затем развивались по-разному, давая начало различным животным.
Биологи считали, что губки были первой группой, отделившейся от общего предка животных, поскольку сегодня губки — почти единственные животные, у которых отсутствуют нейроны. С этой точки зрения губки — это пережиток ушедшей эпохи. «Это никогда не подвергалось тщательному тестированию», — говорит Кейси Данн, профессор экологии и эволюционной биологии Йельского университета. «Это было именно то, что было в учебниках».
Затем, в 2008 году, команда Данна опубликовала знаковое исследование, в котором для построения генеалогического древа использовался генетический материал 21 группы животных. Чем более схожа ДНК двух животных, тем теснее они связаны. К всеобщему удивлению, губки ветвятся не первыми, а вторыми. Первая отколовшаяся группа оказалась неожиданной: гребневики. «А потом эта штука [горячие дебаты] началась на 15 лет», — говорит Данн.
Мы сжигаем очень много калорий в наших головах. Зачем содержать этот дорогостоящий орган обработки информации, если он вам не нужен?
Это было неожиданностью, поскольку гребневики, также называемые гребневиками, выглядят непросто. Обитающие в океанах каплевидные желе передвигаются по воде с помощью тонких нитей, называемых ресничками, и в основном являются активными хищниками, в отличие от малоподвижных губок, питающихся фильтратором. Важно отметить, что нейроны гребневиков соединены в «нейронную сеть»: простой мозг. По сравнению с губками гребневики выглядят гораздо более сложными – или, скорее, как указывает Данн, они устроены так, что напоминают людей. Кажется нелогичным, что они первыми отделились от других животных.
Есть два способа объяснить первое расщепление гребневиков, говорит Аойф МакЛисахт, профессор генетики в Тринити-колледже в Дублине. Одна из интерпретаций состоит в том, что нейроны уже присутствовали у последнего общего предка всех современных животных, но впоследствии губки их утратили. С другой стороны, нейроны могли развиваться независимо в гребневиках и в других группах. Доказательства были подтверждены в 2013 году, когда группа Данна опубликовала первый полный геном гребневика, а анализы показали, что гребневики отделяются раньше губок.
Однако опровержения начались с оригинального исследования 2008 года. Многие генетики подозревали, что анализ Данна был ошибочным. Претензии и встречные претензии ходили взад и вперед, «как матч в пинг-понг», говорит Даррин Шульц, научный сотрудник Венского университета.
«Последующие дебаты будут посвящены техническим особенностям анализа последовательности ДНК», — говорит МакЛисахт. Это не так просто, как подключить множество последовательностей ДНК и посмотреть, что выдаст компьютер; необходимо сделать выбор. «В каждом геноме будут части, которые просто невозможно сравнить с другими». Исследователи также должны решить, какие виды включить, и принять во внимание такие осложнения, как части генома, которые меняются быстрее, чем другие. «Если вы не сделаете правильный выбор, вы можете получить неправильный ответ, даже если у вас есть хорошие данные», — говорит она. «Мы думаем, что это, вероятно, артефакт».
В одном выдающемся исследовании, опубликованном в 2017 году Давиде Пизани, профессором филогеномики Бристольского университета, и его коллегами, сравнивались предыдущие анализы. Они обнаружили, что исследования, в которых был зафиксирован определенный тип мутации, с большей вероятностью показали, что губки расщепляются первыми; напротив, модели, которые показывали расщепление гребневиков первыми, имели тенденцию игнорировать эти мутации. Хотя в то время газета Guardian сообщила об этом как о «конце скандала с Эволюцией», она еще далека от завершения.
В 2021 году Маклиза и ее коллега Энтони Редмонд вступили в дебаты. Они подозревали, что анализы, показавшие, что гребневики расщепляются первыми, были вызваны хорошо известной, но трудно поддающейся контролю проблемой. Если некоторые группы животных развиваются намного быстрее, чем другие, по чистой случайности у них разовьются одни и те же геномные особенности, что делает их похожими на близкородственных родственников. Пара учла это в своем новом анализе, который показал, что губки разделились первыми. Однако позже в том же году группа Данна опубликовала свой собственный повторный анализ, в котором были изучены 15 существующих исследований и проведены дополнительные анализы. Их исследование подтвердило существование гребневика.
Затем, в мае этого года, Шульц и его коллеги подошли к проблеме по-новому. Вместо того, чтобы использовать точную последовательность ДНК для сравнения животных, они смотрели на общую структуру: какие гены находятся на каких хромосомах и в каком порядке. Эти крупномасштабные узоры изменяются медленнее, чем отдельные буквы ДНК, поэтому лучше подходят для изучения самых древних эволюционных сдвигов. Команда обнаружила геномные закономерности, которые были общими для гребневиков и образцов, не являющихся животными, а также другой набор закономерностей, присущих губкам и всем другим животным. Это позволило предположить, что гребневики действительно были первыми, кто начал развиваться отдельно. «Я думаю, что это убедительное доказательство решения этой проблемы», — говорит Шульц.
«Я нахожу этот тип анализа очень убедительным, и я нахожу его логику очень убедительной», — говорит МакЛисахт. Тем не менее, она не убеждена. «На этом пути также было сделано много выборов», как и в предыдущих исследованиях. Однако она говорит, что готова изменить свое мнение.
Данн также подчеркивает недавние исследования биологии гребневиков, которые, по его словам, подтверждают его точку зрения. Например, исследование 2021 года выявило некоторые химические вещества, вырабатываемые нейронами гребневика, и обнаружило, что они не похожи на те, которые содержатся в нейронах других животных. В апреле этого года та же группа показала, что нейроны гребешка также по-разному соединяются друг с другом. Нейроны большинства животных представляют собой отдельные клетки, которые взаимодействуют посредством выброса химических веществ через щель, называемую синапсом. Однако нейроны гребневика сливаются друг с другом, образуя единую взаимосвязанную паутину. «Все это совместимо с тем, что гребневики развили нейроны независимо», — говорит Данн.
«Нам также нужно быть более открытыми к идее о том, что губки действительно отказались от нейронов», — говорит Шульц. Их образ жизни медленный и пассивный, но им это подходит. «Иногда лучше просто ничего не делать и просто сидеть». Данн соглашается, что «иметь центральную нервную систему очень дорого». Если группе животных не нужно «думать», эволюция удалит им мозг. «Мы сжигаем очень много калорий в голове. Зачем вам содержать этот дорогой орган обработки информации, если он вам не нужен?»
No comments:
Post a Comment