Древнейший «чертёж» человека нашли на дне океана — в генах существа, у которого даже нет мозга
Представьте себе два совершенно разных мира. В одном — мы, люди: существа, которые ходят по земле, строят города, обладают сложнейшим мозгом и телом с чёткой симметрией — левая сторона является зеркальным отражением правой. В другом — морская анемона, или актиния: причудливое создание, похожее на живой цветок, прикреплённое ко дну океана. У неё нет ни мозга, ни центральной нервной системы в нашем понимании, а её тело организовано вокруг центральной точки, подобно спицам в колесе.
Кажется, что может быть более далёким друг от друга? Однако недавнее открытие учёных из Венского университета стирает эту кажущуюся пропасть. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что в генетическом «наборе инструментов» этой простой актинии скрывается древнейший «чертёж», по которому строится тело и человека, и множества других сложных животных. Это открытие заставляет нас по-новому взглянуть на самые ранние этапы эволюции жизни на Земле.
Две ветви одного древа: кто такие билатеральные и стрекающие?
Чтобы понять всю значимость этой находки, нужно сделать шаг назад, к самому основанию древа животного мира. Одно из самых фундаментальных разделений здесь проходит между двумя огромными группами: билатеральными (Bilateria) и стрекающими (Cnidaria).
К билатеральным относимся мы с вами, а также мухи, рыбы, черви и динозавры. Наш общий признак — двусторонняя, или билатеральная, симметрия. У нас есть чётко выраженные оси тела: «голова-хвост» и «спина-живот». Эта компоновка позволяет нам целенаправленно двигаться вперёд, иметь переднюю часть тела с органами чувств и специализированные конечности.
Стрекающие, или книдарии, — это совсем другая история. К ним принадлежат медузы, кораллы и актинии. Их тела организованы по принципу радиальной симметрии, как будто все их части расходятся лучами от центра. Такая структура идеальна для сидячего или медленно плавающего образа жизни, позволяя одинаково реагировать на раздражители с любой стороны.
Эти две ветви эволюции разошлись невероятно давно — по оценкам, 600-700 миллионов лет назад. Долгое время считалось, что и фундаментальные механизмы развития у них должны быть совершенно разными. Но, как оказалось, это не совсем так.
Молекулярный GPS: как строится тело?
Как вообще эмбрион «понимает», где у него будет спина, а где — живот? Где должна сформироваться нервная система, а где — кожа? Этот процесс управляется сложнейшей системой молекулярных сигналов, работающей как своего рода биологический GPS.
Ключевую роль в этом играют костные морфогенетические белки (КМБ). Представьте, что эти белки — это громкий сигнал, который клетка посылает всем вокруг. Интенсивность этого сигнала определяет судьбу соседних клеток:
- Максимальный уровень сигнала? Отлично, здесь будет формироваться кожа на животе.
- Средний уровень? Подойдёт для развития почек.
- Минимальный или нулевой уровень? Идеальные условия для создания центральной нервной системы.
Но как создать эту разницу в уровнях? Здесь на сцену выходит другой белок — хордин. Он действует как ингибитор, то есть «глушилка» для сигнала КМБ. Более того, хордин может не просто блокировать КМБ на месте, а связывать его и перемещать в другие части эмбриона. Этот процесс — транспорт, или «шаттлинг» — позволяет создавать очень точные и плавные градиенты концентрации КМБ, от высокой к низкой. Именно эта сложная система и лежит в основе формирования оси «спина-живот» у многих билатеральных животных, от мух до лягушек.
Неожиданное открытие: актиния-архитектор
И вот здесь нас ждёт главный сюрприз. Учёные обнаружили, что актиния, создание с радиальной симметрией, использует для построения своего тела тот же самый механизм транспорта КМБ с помощью хордина.
Это поразительно. Получается, что этот сложный и точный «молекулярный GPS», который мы считали характерной чертой продвинутых билатеральных животных, на самом деле присутствует у одного из их самых далёких и просто устроенных родственников. Актиния использует его для формирования своей единственной оси тела, идущей от рта к основанию.
Это открытие ставит перед нами два возможных сценария:
- Конвергентная эволюция. Возможно, и билатеральные, и стрекающие независимо друг от друга «изобрели» этот механизм, потому что он оказался очень удачным решением для построения тела. В природе такое случается: например, крылья развились независимо у птиц, насекомых и летучих мышей.
- Общее наследие. Этот механизм настолько фундаментален, что он, скорее всего, уже существовал у последнего общего предка стрекающих и билатеральных, жившего сотни миллионов лет назад в докембрийских океанах.
Взгляд в прошлое: каким был наш древний предок?
Второй сценарий, который учёные считают более вероятным, кардинально меняет наши представления о глубоком прошлом. Если этот сложный генетический инструмент уже был в арсенале общего предка, то это животное было далеко не таким примитивным, как можно было бы подумать.
Возможно, этот предок уже обладал некой формой двусторонней симметрии. И когда эволюционные пути разошлись, билатеральные животные усовершенствовали этот механизм для построения сложного тела с головой и хвостом, а предки книдарий адаптировали его для своих нужд, упростив до радиальной симметрии.
Как отмечает один из авторов исследования, Григорий Генихович, мы, возможно, никогда не сможем быть уверены на сто процентов. Но если наш общий предок был двусторонне-симметричным, то он почти наверняка использовал связку «хордин-КМБ» для разметки своего тела.
В конечном счёте, это открытие — прекрасное напоминание о том, что эволюция не всегда движется от простого к сложному по прямой линии. Иногда она использует древние, проверенные временем инструменты для создания поразительного разнообразия форм жизни. Изучая скромную актинию, мы узнаём нечто фундаментальное о самих себе. Оказывается, глубоко внутри нашего генетического кода до сих пор живёт наследие того далёкого океанского существа, от которого началась наша история. И в каждом из нас есть частичка этого древнего «цветка».
