Анемоны мало изменились с тех пор, как 700 миллионов лет назад отделились от линии наших предков. Это делает их более похожими на людей, чем на насекомых, хотя собственное развитие они прошли всего 500 миллионов лет назад. Венские ученые представили эти удивительные результаты исследований в последнем выпуске специализированного журнала Current Biology.
Исследователи во всем мире ранее предполагали, что геном человека намного сложнее и также контролирует более сложные процессы, чем у книдарий, таких как морские анемоны, кораллы или медузы. Окончательно откол от общей линии развития произошел 700 млн лет назад. Эта теория теперь опровергнута Ульрихом Технау, профессором кафедры теоретической биологии Венского университета. Ему удалось доказать, что основные механизмы эмбрионального развития человека и кишечнополостных гораздо более схожи, чем предполагалось ранее. Предпосылкой для этого была полная расшифровка генома актинии, а также лабораторный эксперимент, показывающий, что ранняя стадия развития актинии также контролируется организатором - процесс, который ранее можно было продемонстрировать только у позвоночных.
Расшифровка генома актиний
«Морской анемон был первым организмом, чей геном был полностью расшифрован», - говорит Технау, один из инициаторов секвенирования, проведенного в Объединенном институте генома в Уолнат-Крик (США) под руководством Дэна Рокшар стал. В статье, которая была написана в результате, Технау и его соавторы представили удивительные первые результаты расшифровки в «Науке»: «Невероятно, насколько геном актинии похож на геном человека. Жанровый репертуар нам ближе, чем у мухи, которая «всего лишь» откололась от нашей линии развития около 500 миллионов лет назад».
Эксперимент при постановке эмбрионального курса
Последние экспериментальные результаты группы Технау показывают, что предыдущие направления развития биологии необходимо пересмотреть. Исследователь и его коллега Юлия Краус повторили «наверное, самый известный эксперимент в биологии развития» 1924 года. Отправной точкой для этого стала гаструляция, один из важнейших этапов развития организма. Скопление клеток образует полый шар, который поворачивается внутрь с одной стороны и, таким образом, образует отверстие. Этот первичный рот позже становится анусом у позвоночных. Когда затем инвагинация прорывается, на другом конце образуется рот. Этот важный процесс устанавливает систему координат тела, оси тела и расположение определенных типов клеток.
В знаменитом эксперименте 1924 года Хильде Мангольд, тогдашнем докторанте Ганса Шпемана (он получил за это Нобелевскую премию в 1935 году), вырезал кусок над инвагинацией - так называемую зачаточную рот - клеточный шар амфибии, первичная губа. Она пересадила этот кусок ткани на другой конец клеточного шара, где брюшная сторона обычно развивается позже. И получился захватывающий результат: была создана вторая ось тела, включая основание головы. «Это было доказательством того, что этот кусок ткани выполняет долгожданную организующую функцию гаструляции. Он вызывает рост осей тела через молекулы с сигнальной функцией и организует типирование клеток», - объясняет Технау: «До сих пор считалось, что этот очень сложный процесс происходит только у позвоночных.“
Весной 2007 года Краус и Технау снова провели эксперимент Хильде Мангольд, на этот раз с клетками морских актиний. Биолог развития обнаружил, что морские анемоны также проходят стадию развития гаструляции и что у этого организма есть организатор точно в том же месте, что и у позвоночных. «Как и в эксперименте Мангольда, у актинии также развилась вторая ось тела после пересадки верхней первичной губы. Это доказывает, что принцип один и тот же», - говорит Technau.
Результат исследования ставит новые вопросы для теории эволюции
Этот результат меняет весь взгляд на биологическую линию развития: «Значит, этот принцип не был изобретен непосредственными предками человека и других позвоночных. Это намного старше. Что сбивало с толку, так это то, что насекомые, которые позже отделились от линии как книдарии, не проходят стадию гаструляции. Так что насекомые потеряли его или изменили», - говорит Технау.
Таким образом, возникает очевидный исследовательский вопрос: почему человек намного сложнее, несмотря на то, что его геном похож на геном актинии? У Технау есть подозрение, что он докопается до сути в дальнейших исследованиях: «Ответить на этот вопрос нам поможет секвенированная ДНК актинии. Таким образом, мы можем сравнивать ген за геном. И учиться в разных контекстах. Я подозреваю, что ответ кроется не в отдельных генах, а в составляющих их сетях. В настоящее время мы находимся в процессе более подробного изучения этих сетей. И с этой сложной задачей я нахожусь в нужном месте здесь, в новом Центре системной биологии организма на факультете наук о жизни."