№18 Інше життя. Вчені спростували фундаментальну теорію еволюції

Фото: Bruno C. Vellutini / Wikimedia Commons

Російські та зарубіжні вчені створили міжнародну команду, щоб розшифрувати геном гребневиков - безхребетних тварин, що мешкають в морях. Керівником однієї з двох груп став завідувач лабораторією Новосибірського Інституту цитології і генетики РАН Євген Рогаєв, інший - американський професор Леонід Мороз. Об`єднавшись, вчені отримали дані, які спростували фундаментальне уявлення про еволюцію живих істот на Землі. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

До початку роботи команди біологів з Росії, США, Іспанії, Голландії та Англії про гребневик було відомо не так вже й багато. Вивчати їх вкрай складно, оскільки стоїть витягти це загадкова істота зі звичного середовища, як його тканини майже відразу ж висихають, його важко доставити в лабораторію.

Раніше гребневиков відносили до кишечнополостним, але вже давно виділили в окремий тип. Вони складаються з напівпрозорої желеподібної маси, оточеній епітеліальними шарами. Їх розмір в залежності від виду коливається в діапазоні від декількох міліметрів до півтора метрів. Всього відомо понад 150 видів гребневиков. Свою назву вони отримали за унікальний, дуже древній тип руху - вони переміщаються за допомогою гребенів з вій. Гребневики - хижаки, харчуються зоопланктоном, рачками, іноді мальками. У Росії про них заговорили, коли в 80-х роках минулого століття один з видів гребневиков, мненіопсіс, був випадково занесений у води Чорного моря. Це ледь не призвело до катастрофи. Розмножилися гребневики поїдали зоопланктон в таких кількостях, що рибі стало нічим харчуватися, її кількість різко скоротилася. Промислове рибальство опинилося під загрозою. Вирішити проблему вдалося лише після того, як в Чорне море переселили природних ворогів мненіопсіса, хижих гребневиков бероє.

Проаналізувавши геном гребневика Pleurobrachia bachei - «морського агрусу», вчені з`ясували, що найімовірніше гребневики є самим древніми з нині живуть на Землі живих істот. Вони відокремилися від решти багатоклітинних тварин на самому ранньому етапі еволюції, близько 600 млн. Років тому. До цього найдавнішими вважалися набагато більш примітивні морські губки. Однак у них немає нервової системи, а у гребневиков, які виявилися старше їх, вона є.

Фото: nature.com

Гребневики - хижаки, а значить, їм необхідна нервова система. Без неї вони не змогли б полювати: орієнтуватися в просторі і координувати свої рухи. Мозок гребневиков відноситься до типу елементарних. Що найцікавіше, це елементарний мозок здатний регенерувати при пошкодженні за 3-4 дня. Причому не один раз, а багато разів. Втім, як і інші тканини гребневиков, які швидко регенерують навіть при найсерйозніших ранах.

Другий висновок, який зробили вчені, вивчивши геном гребневиков, полягає в тому, що можливо нервова система виникала в процесі еволюції не один, а два рази. Гребневики придбали нервову систему незалежно від інших тварин. Справа в тому, що, як з`ясувалося, вона відрізняється за складом нейромедіаторів - хімічних передавачів нервового сигналу в синапсах. Решта тварин «мислять» за допомогою таких нейромедіаторів як серотонін, дофамін, норадреналін, гістамін, а гребневики їх не використовують. Аналогів їх нервової системі не Землі немає, вона унікальна.

Все, від медуз до людини, використовують для зв`язку нейронів одні й ті ж речовини, а гребневики - немає. Крім того, що у них немає нейронів, що виділяють серотонін, у них відсутній цілий ряд типових для інших тваринних білків-рецепторів, так званих нейротрансмітерів, що беруть участь в передачі хімічних сигналів між нейронами. Логічно припустити, що нервова система гребневиков, і можливо, специфікація м`язів, розвивалися незалежно від інших тварин.

До теперішнього часу вважалося, що у всіх представників царства тварин нервова система розвивалася по одному шляху: від найпростішої нервової мережі до людського мозку. Тепер це базове положення доведеться переглянути, як і класифікацію тварин. Виходить, що від спільних предків першої відокремилася гілка, що веде до гребневик. Потім - гілка губок. І тільки потім - гілка, що веде до кишечнополостним і двустороннесимметрічних, до числа яких належить людина.

Деякі гени, які є у гребневика, унікальні, їх немає у інших живих істот на Землі. Крім того, у «морського агрусу» вдалося виявити дивовижні особливості регуляції роботи генів. У нього відсутні мікроРНК - маленькі послідовності рибонуклеїнової кислоти. У всіх інших тварин вони є, більш того, грають дуже важливу роль у розвитку і функціонуванні організму. Однак гребневик якось обходиться без них.

Те, що при аналізі геному гребневика і роботи його генів було виявлено, що в них немає мікро РНК і генів деяких ферментів, які беруть участь в утворенні РНК, це дивно. Мікро РНК грають найважливішу роль у функціонуванні організму всіх раніше вивчених тварин, але не у гребневиков. Цілком ймовірно, у них використовуються інші типи РНК, що виконують аналогічні функції.

Результати дослідження генома «морського агрусу» змінять не тільки фундаментальні уявлення вчених про еволюцію життя на Землі. Вони можуть мати і практичне застосування.

Експертна думка

Давид Абрамович

Фізіолог, к.м.н., SmartNews

- Як і більшість фундаментальних досліджень, секвенування генома гребневиков матиме практичну користь. Можливо, призведе до створення нових ліків або розробці нових методів лікування. Те, що для передачі сигналів у них використовуються інші, ніж у інших живих істот, молекули і механізми, може допомогти в лікуванні захворювань мозку. Якщо вдасться використовувати нейромедіатори, які гребневики використовують замість стандартних, це може стати проривом. Адже такий нейромедіатор як дофамін, який забезпечує передачу нервових сигналів у всіх живих істот, крім гребневиков, пов`язаний з хворобами Альцгеймера і Паркінсона. Якщо йому вдасться знайти альтернативу, це змінить все. Крім того, вкрай перспективно використовувати молекули, що забезпечують регенерацію нервової системи «морського агрусу.

Відео