Ученые МГУ раскрыли возможные пути эволюции щупалец у морских животных
Елена Темерева, заведующая кафедрой биологической эволюции и профессор кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ, детально изучила организацию и развитие щупальцевого аппарата у форонид — малоизученных морских организмов. Комбинация современных методов (электронная микроскопия, иммуноцитохимия, EdU-маркировка) позволила подробно описать клеточные и тканевые преобразования, что важно для понимания морфофункциональной эволюции вторичноротых и первичноротых. Исследование предоставляет новые данные для дискуссии о происхождении щупалец у билатерий и эволюции жизненных циклов. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Результаты работы опубликованы в журнале «Invertebrate Zoology».
Человека всегда интересовало, как именно появились окружающие нас животные и растения и почему они так выглядят. С ходом истории общепринятые точки зрения постепенно менялись: от мнения, что все виды являются неизменными, до эволюционной теории, согласно которой сильное влияние на изменение живых организмов оказывает естественный отбор. Несмотря на значительный прогресс в научных работах, изучающих эволюцию, на данный момент все еще есть «белые пятна». Так, например, известно, что у многих животных типа Cnidaria – морских беспозвоночных организмов с радиальной симметрией, к которым относятся медузы, коралловые полипы, актинии и гидры, — есть щупальца. Они представлены и у представителей другого таксона — Bilateria, для которых характерно наличие двусторонней симметрии. Такие сходства между двумя разными таксонами поднимают вопрос о возникновении щупалец, их эволюции и разнообразии среди живых организмов. Этот вопрос напрямую связан с фундаментальной проблемой о происхождении и морфологическом облике общего предка билатерально-симметричных животных.
Поиском ответов на эти вопросы и занялась Елена Темерева. В качестве объекта исследования были выбраны форониды (на латинском Phoronida) — животные, к которым относятся червеобразные морские организмы с бифазным жизненным циклом. При таком цикле личинки сильно отличаются от взрослых особей, в частности, могут занимать другие экологические ниши, быть приспособленными к иному типу питания и передвижения, иметь разное строение. В работе рассматривались форониды, так как и взрослые особи, и личинки имеют щупальцевый аппарат, который обеспечивает захват частиц пищи из толщи воды. Изучение организации и развития форонид может пролить свет на проблему возникновения и эволюции щупалец и других придатков у Bilateria в целом.
Еленой Темеревой был проведен масштабный анализ строения щупальцевого аппарата у личинок форонид, а также его трансформация в ходе метаморфоза — превращения личинки в ювенильный организм. Были изучены особи шести видов, собранные из разных акваторий, включая моря России, Вьетнама и США. В ходе работы был использован комплекс современных методов: от сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии до иммуноцитохимии и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Целью работы являлось изучение процесса формирования и трансформации щупалец в ходе развития форонид.
В результате исследования были получены следующие результаты. Во-первых, личиночные щупальца форонид имеют сложную организацию. Они разделены на шесть четко различимых зон, для каждой из которых характерно особое строение. Это свидетельствует о высокой степени специализации и адаптации щупалец к пелагическому образу жизни (свободному плаванию в толще воды) и фильтрационному питанию. Во-вторых, у личинок форонид обнаружено сочетание признаков, характерных для первичноротых (Protostomia) и вторичноротых (Deuterostomia). Такой результат говорит о сложной эволюционной истории щупалец и возможной конвергенции (сходстве) механизмов фильтрации у разных групп животных. В-третьих, было обнаружено, что в ходе жизненного цикла щупальца личинок проходят через значительные изменения, которые отличаются у рассмотренных в работе видов. Возможна как частичная редукция — «исчезновение» некоторых структур с сохранением основы щупалец, – так и их полная редукция. В-четвертых, была предложена гипотеза, что общий предок форонид, брахиопод и мшанок являлся пелагическим существом, и специализированные щупальца сформировались при жизни в толще воды, а не у дна. Полученные данные также подтверждают, что форониды, брахиоподы и мшанки действительно происходят от общего предка, несмотря на различия в развитии их щупалец. Простое строение неспециализированных щупалец у ювенильных форонид может быть эволюционным «наследием» — оно похоже на то, какими щупальца, вероятно, были у самого древнего общего предка всех двусторонне-симметричных животных.
«Лофофораты — это большая группа беспозвоночных, в составе которой традиционно рассматривают три типа беспозвоночных животных: форонид, брахиопод и мшанок. В то же время на протяжении последних лет единство этой группы ставится под сомнение. Хотя в моей работе этот вопрос специально не обсуждается, тем не менее, полученные данные еще раз показывают сложное строение щупалец особого щупальцевого органа — лофофора, наличие которого является общей характерной чертой всех лофофорат и подтверждением единства этой группы. Анализ литературы и собственные предыдущие результаты позволяют мне смело утверждать, что такие специализированные щупальца могли сформироваться только в толще воды, а это, в свою очередь, может свидетельствовать о появлении лофофора у общего предка лофофорат на пелагической, вероятно, личиночной стадии жизненного цикла. Этот результат еще раз показывает значение педоморфоза (происхождения новых групп животных от личиночных форм) как одного из магистральных путей эволюции Bilateria», — резюмирует Елена Темерева, автор статьи.
Следите за важными новостями в Телеграм-канале Информационного центра Правительства Москвы