Как у животных возникла двусторонняя симметрия: узнаем у актиний

У актиний нашли механизм формирования тела, аналогичный тому, что используется у людей и насекомых. Он появился сотни миллионов лет назад, до эволюционного разделения организмов на двусторонне- и радиально-симметричных.

Взрослый полип актинии Nematostella vectensis

Источник: Eurekalert.org

Исследование ученых из Венского университета показало, что актинии (морские анемоны) используют для формирования оси тела тот же молекулярный механизм, что и двусторонне-симметричные животные. Он помогает эмбриональным клеткам определить свое положение и превратиться в нужные ткани. Работа, опубликованная в Science Advances, свидетельствует о том, что этот способ организации тела появился гораздо раньше, чем считалось — возможно, еще 600−700 млн лет назад.

Большинство современных животных (от червей до человека) имеют двустороннюю симметрию: у них есть спина и живот, левая и правая стороны. Книдарии, к которым относятся медузы, кораллы и анемоны, традиционно считаются радиально-симметричными. Однако актинии выбиваются из этого ряда: их тело, несмотря на внешнюю радиальность, развивается по билатеральному принципу, особенно на ранних стадиях. Это ставит перед эволюционной биологией ключевой вопрос: возникла ли двусторонняя симметрия у общего предка Bilateria и Cnidaria или развилась независимо в разных линиях животных?

Как морская анемона формирует ось тела. На схеме показано, как сигнальные молекулы BMP помогают клеткам эмбриона Nematostella определить свое положение. Chordin связывает BMP и либо тормозит сигнал рядом с источником, либо переносит его через эмбрион, создавая асимметрию, как челнок. Это помогает выстроить ось «спина-живот» в организме. Варианты работы системы включают местное ингибирование (Chordin не перемещается) и активный перенос BMP (с участием Chordin и таких ферментов, как Tolloid)

Источник: Science.org

Чтобы разобраться, исследователи изучили, как именно анемоны формируют ось тела на эмбриональной стадии. У большинства двусторонне-симметричных животных этот процесс регулируется белками BMP и их ингибитором хордином (chordin). Вместе они создают сигнальный градиент, который позволяет клеткам «понять», кем им стать, например, частью кожи, нервной системы или внутренних органов.

Оказалось, что анемоны не только используют этот сигнальный путь, но и перемещают BMP по эмбриону с помощью хордина, как это делают такие разные животные, как мухи и лягушки. Такой способ называется челночным переносом: Хордин сначала связывает BMP, а затем переносит его в другие участки эмбриона, где сигнал вновь активируется. 

Чтобы подтвердить это, ученые отключили хордин у анемон, а затем ввели его обратно в двух формах — подвижной и закрепленной на мембране. Только подвижная форма смогла восстановить нормальное развитие, что подтвердило функцию хордина как транспортного «челнока».

Если заблокировать выработку хордина (слева), развитие нарушается. Но это можно исправить, введя в эмбрион его мРНК, тогда процесс восстанавливается (потомки инъецированной клетки показаны оранжевым цветом справа)

Источник: Eurekalert.org

Это открытие говорит о том, что механизм переноса BMP появился задолго до эволюционного расхождения книдарий и билатерий. Возможно, он уже использовался у их общего предка — существа, жившего сотни миллионов лет назад. Несмотря на то, что не все современные животные используют именно этот путь, челночное перемещение BMP может быть одним из базовых молекулярных инструментов, с которых начиналась эволюция симметричных тел.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые раскрыли связь актиний и поликистоза почек, обнаружив общий ген.