|
Анализ митохондриального генома трихоплакса — загадочного многоклеточного существа, чрезвычайно просто устроенного — показал, что это самое архаичное из всех ныне живущих животных. Простота его строения не является результатом вторичного упрощения, как считали многие специалисты. Трихоплакс, по-видимому, стоит намного ближе к общему предку всех животных, чем другие примитивные представители животного царства, такие как губки и кишечнополостные.
К царству животных, по современным представлениям, относятся только многоклеточные организмы. Всевозможные инфузории, жгутиконосцы и другие простейшие, еще недавно называвшиеся в учебниках «одноклеточными животными», сегодня выведены из состава животного царства. Предками животных, по-видимому, были одноклеточные воротничковые жгутиконосцы, или хоанофлагелляты. Кроме них, относительно близкими родственниками животных считаются грибы.Как выглядели самые первые животные? Какое из ныне живущих животных больше всего похоже на далекого общего предка? Эти вопросы издавна волнуют зоологов. Данные сравнительной анатомии и эмбриологии говорят о том, что первые животные должны были представлять собой нечто вроде шарика (или лепешки), состоящего из двух типов клеток. Клетки наружного слоя несли жгутики и служили для движения. Внутри помещались клетки, похожие на амеб и выполняющие пищеварительную функцию. Примерно так устроены личинки низших животных — губок и кишечнополостных. Многие специалисты считали, что именно эти группы (особенно губки) — наименее изменившиеся потомки общего предка всех животных, то есть самые примитивные из современных представителей животного царства.
|
Однако на почетное звание самого примитивного животного претендовало еще одно весьма странное существо — трихоплакс.
Это плоское создание, похожее на медленно ползающую кляксу, не имеет ни осей симметрии, ни мускулатуры, ни переднего и заднего концов, не говоря уже о таких сложных устройствах, как пищеварительная, нервная, кровеносная или выделительная система. Трихоплакс по своему строению напоминает личинок кишечнополостных, и его действительно довольно долго считали личинкой медузы. Но потом оказалось, что трихоплакс образует половые клетки и размножается половым путем.
Правда, до сих пор не удалось выяснить, как идет развитие оплодотворенного яйца: в лабораторных условиях эмбрионы погибают на очень ранних стадиях. В аквариуме трихоплакс размножается бесполым путем — делится надвое или отпочковывает маленьких многоклеточных «бродяжек», у которых уже есть все типы клеток, имеющиеся у взрослого трихоплакса. Тем не менее открытие полового размножения показало, что трихоплакс — не чья-то личинка, а вполне взрослое самостоятельное существо. Правда, могло оказаться и так, что трихоплакс произошел от более сложно устроенных животных в результате неотении — редукции поздних стадий развития и перехода к размножению на стадии личинки. Это явление довольно широко распространено (известный пример неотенического животного — знакомый аквариумистам аксолотль).
Окончательно решить вопрос о происхождении трихоплакса и его месте на эволюционном древе животного царства мог только тщательный молекулярно-генетический анализ. Геном трихоплакса очень мал (лишь в 10 раз больше, чем у кишечной палочки, и в 100 раз меньше, чем у человека), однако прочесть его зоологи пока не удосужились. И вот несколько дней назад в PNAS появилась достаточно сенсационная статья американских и немецких исследователей о результатах прочтения небольшой, но очень информативной части генома трихоплакса, а именно его митохондриальной хромосомы.
Оказалось, что митохондриальный геном трихоплакса по своему строению занимает промежуточное положение между «ближайшими родственниками животных» (хоанофлагеллятами и грибами) с одной стороны и всеми остальными животными (включая губок и кишечнополостных) — с другой.
Митохондриальные геномы хоанофлагеллят и грибов велики по размеру (порядка 40–80 тысяч пар нуклеотидов), содержат длинные некодирующие участки, располагающиеся как между генами (спейсеры), так и внутри них (интроны), гены белков, необходимых для клеточного дыхания (это основная функция митохондрий), гены рибосомных белков, а также несколько генов, кодирующих белки с неизвестными функциями. Животные, напротив, имеют очень маленькие митохондриальные геномы (порядка 14–18 тысяч пар нуклеотидов), с очень небольшими спейсерами, обычно без интронов. В митохондриальных генах животных закодировано лишь 12–14 белков, необходимых для клеточного дыхания; гены рибосомных белков и белков с неизвестными функциями отсутствуют.
|
У трихоплакса, как выяснилось, митохондриальный геном очень велик — 43 079 пар нуклеотидов, больше, чем у любого другого животного. Некодирующие участки занимают около половины генома, как у хоанофлагеллят (у животных — не более 25%). Имеется как минимум три интрона (у воротничкового жгутиконосца Monosiga — четыре, у большинства животных — ни одного, за исключением некоторых кишечнополостных, имеющих 1-2 интрона). Имеется пять генов, кодирующих неизвестные белки (у Monosiga — шесть, у животных — обычно ни одного). Гены рибосомных белков, однако, отсутствуют — этот признак отличает трихоплакса от хоанофлагеллят и грибов и сближает его с животными. Авторы статьи считают, что исчезновение из митохондриальной хромосомы генов рибосомных белков, возможно, является синапоморфией животного царства — то есть новоприобретенным признаком, который впервые появился у общего предка всех животных и по которому любое современное животное можно отличить от не-животных.
Полученные результаты подтверждают точку зрения, согласно которой трихоплакс — самое примитивное из ныне живущих животных. Он, безусловно, не является упростившимся потомком губок или кишечнополостных, чьи митохондриальные геномы сохранили гораздо меньше примитивных черт. Простота организации трихоплакса первична. Объясняется она тем, что из всех многочисленных и разнообразных потомков «общего предка всех животных» трихоплакс изменился меньше всех.
