Животным ищут общего предка
…и, по-видимому, этот общий предок был похож на современных гребневиков.
Между губками и гребневиками давно идёт спор — кто из них был общим предком всех животных на земле. Точнее, спор идёт всё-таки не между губками и гребневиками, а между исследователями, которые занимаются эволюцией царства Животных. Примерно 700–800 млн лет назад некие морские одноклеточные существа превратились в многоклеточных. Произошло это не сразу, одноклеточные слипались в клеточные кластеры и разбегались обратно, но в какой-то момент они твёрдо стали на путь многоклеточности. Были они подвижными, питались готовой органикой, и если добавить сюда ещё некоторые особенности строения клеток, то эти примитивные многоклеточные получались первыми животными.
Примитивные многоклеточные постепенно становились не такими уж примитивными: разные клетки в их теле приобретали ту или иную специализацию, между ними появлялись более сложные связи, которые делали организм единым целым, и т. д. Разумеется, стали появляться отдельные виды, приспособленные к разным экологическим условиям. Они появлялись и исчезали, но в какой-то момент среди древнейших животных возникла группа, чьи потомки дали начало всем современным животным, включая человека. Это значит, что был некогда общий предок современных животных, который разделился на две ветви, начавшие развиваться каждая по-своему, потом стали появляться ещё ветви, ещё и ещё.
На кого был похож общий предок животных? Он должен был быть очень простым, а среди современных животных нет никого проще губок. Хотя губки и состоят их разнотипных клеток, тканей у них нет: их клетки не складываются в клеточные массивы, объединенные происхождением и функцией. Некоторые из их клеток похожи на одноклеточных, с которых, по всей вероятности, началась сама многоклеточная жизнь. Вообще, глядя на губок, сидящих на морском дне и питающихся отфильтрованной из окружающей воды органикой, легко поверить, что они — действительно древнейшие животные.
Так долгое время и считали, пока не настала эпоха геномного анализа. Биологи начали прочитывать ДНК у самых разных видов: сравнивая гены у разных групп животных, можно судить о том, какими родственниками они приходятся друг другу. Часто сравнение геномов подтверждало прежние выводы, опирающиеся на строение животных; также очень часто гены помогали прояснить некоторые туманные вопросы происхождения и эволюции, которые очень трудно было решить традиционными методами. Но иногда анализ ДНК давал совершенно неожиданный результат, который противоречил всему, в чем были уверены до сих пор.
Именно так случилось с самыми первыми животными: в 2008 году вдруг оказалось, что это не губки, а гребневики. Однако гребневики устроены не так уж и просто. Это активно плавающие хищники, которые на неискушённый взгляд похожи на медуз, у них есть нервная система в виде децентрализованной сети нервных клеток, есть органы пищеварения и т. д. Начались долгие споры, в которых стало ясно, что проблема во многом методическая. То есть «право первородства» зависит от того, какими методами сравнивать генетические последовательности, что они учитывают и не учитывают, какие ошибки допускают, а какие не допускают. Несколько лет назад мы писали об одной работе, в которой гребневики были в очередной раз были названы древнейшими из современных животных. В той статье в Nature Ecology & Evolution как раз говорилось о том, как ничтожные отличия в генетических последовательностях, которые незаметны при эволюционно-генетическом сравнении других групп, оказываются решающими, когда речь заходит о губках и гребневиках.
Строго говоря, речь идёт не о том, что современные гребневики или современные губки были непосредственными предками всех нынешних животных. И гребневики, и губки — это отдельные типы животных, в каждом из которых есть много классов, отрядов, видов. И гребневики, и губки эволюционировали и менялись наряду с остальными животными. Те виды гребневиков и губок, которые есть сейчас, могли возникнуть сравнительно недавно. Но как одна группа, как тип животных они явно очень древние.
События могли развиваться так: некий общий предок животных дал одну ветвь гребневиков, которые с тех пор так и живут отдельным типом, а вторая ветвь от предка стала дальше ветвиться и дала нам губок, червей, моллюсков, медуз, рыб и многих других. В таком случае гребневики оказываются сестринской группой (или сестринским таксоном) по отношению ко всем остальным животным. Либо же всё было иначе, и сестринской группой стали губки.
На днях в Nature вышла ещё одна статья, в которой древнейшими опять оказываются гребневики. Сотрудники Калифорнийского университета в Беркли, Венского университета и других научных центров сравнивали не последовательности отдельных генов, а расположение генов на хромосомах. В генах накапливаются мутации: генетические буквы меняются одна на другую, или вообще выпадают поштучно или пачками, или, наоборот, удваиваются, и т. д. и т. п. — словом, происходит обычная эволюционно-генетическая текучка. Ген же при этом остаётся на одной и той же хромосоме и в одном и том же окружении.
Собственно, среди генов можно выделить стабильные эволюционные группы, стабильные в том смысле, что они остаются постоянными от вида к виду, с постоянной пропиской на хромосомах и с одинаковым расположением генов внутри отдельной группы. Однако бывает — намного реже, чем обычные мутации, но всё же бывает — что разные хромосомы слипаются в одну. И тогда их гены оказываются в новой группе, которая дальше остаётся стабильной, по крайней мере, до новой масштабной геномной перестройки.
Оказалось, что у гребневиков и губок группы определённых генов выглядят по-разному. Исследователи сравнивали гены животных, которые схожи с современными одноклеточными, ближе всего стоящими к животным. (То есть предки таких одноклеточных когда-то дали многоклеточных животных, и это родство видно в некоторых генах, хотя сейчас они выглядят не так, как сотни миллионов лет назад.) У гребневиков и родственных нам одноклеточных такие гены сгруппированы в четырнадцать групп. А вот у губок они сгруппированы по семи группам, причём группировка генов у губок схожа с тем, как они расположены у других животных. Иными словами, сначала от общего предка обособились гребневики, а потом у предковой ветви случилось слияние хромосом, вместо четырнадцати групп генов стало семь групп, и эти семь групп достались губкам, медузам, мшанкам, червям, далее везде. Анализ больших генетических групп говорит о том, что гребневики являются сестринским таксоном по отношению ко всем остальным современным животным.
Кстати, совсем недавно мы писали про гребневиков в связи с их странной нервной системой: некоторые их нейроны соединены друг с другом без синапсов, то есть отросток одного нейрона непрерывно переходит в отросток другого нейрона. Но у гребневиков нейроны хотя бы есть, а у губок их нет, и вообще они, как было сказано, устроены намного проще. Однако разве нет в эволюции примеров вторичного упрощения, когда более сложные организмы дают со временем более простые — потому что сложность по какой-то экологической причине оказалась излишней? Может быть, с губками произошла та же история. Впрочем, споры о губках или гребневиках вряд ли скоро утихнут — всё-таки очень трудно судить о том, что происходило миллионы лет назад с животными, от которых не осталось ничего, кроме геномных следов.
