У морских звёзд нашли голову
Судя по активности эмбриональных генов, морские звёзды и другие иглокожие существуют как головы без тел.
Морские звёзды, морские ежи и их товарищи по типу иглокожих относятся к билатеральным, или двусторонне-симметричным животным... А теперь посмотрим на морскую звезду или ежа и задумаемся, всё ли в порядке с головой у тех, кто считает их двусторонне-симметричными. Но на самом деле всё так и есть. Билатеральность оценивают не только по внешнему виду, но и по эмбриональному развитию (то есть, грубо говоря, по строению тела эмбриона и личинки, если у животного есть личиночная стадия), и по эволюционному родству с другими животными, и по предковым формам. С учётом всего, иглокожие действительно билатеральные, только утратившие свою билатеральность по каким-то эволюционным причинам. Но это не мешает взрослым морским звёздам быть радиально-симметричными, просто геометрическая симметрия «в моменте» и симметрия в смысле биологической истории тела говорят о разных вещах.
Ископаемые находки свидетельствуют о том, что в старые времена иглокожие активно «экспериментировали» с симметрией. Но довольно долго оставалось неясным, что стало с двусторонней симметрией. Ось тела, которая делит его на правую и левую части — это не просто геометрическая абстракция, это результат непростых биологических процессов во время эмбрионального развития, результат перемещений клеток и обмена многочисленными молекулярными сигналами. Исчезла ли ось тела у иглокожих, или к одной оси симметрии добавились другие, или произошло что-то ещё?
Авторы вышедшей на днях статьи в Nature пишут, что ось тела у иглокожих, в общем-то, осталась, просто исчезло само тело, точнее, туловище. Исследователи на примере морской звезды Patiria miniata анализировали активность генов, которые отвечают у эмбриона за план тела. Работу генов у морской звезды сравнивали с генетической активностью у полухордовых. Так называют особый тип червеобразных морских беспозвоночных с неким подобием хорды вдоль тела и ещё некоторыми признаками, которые делают их похожими на настоящих хордовых. Фундаментальные особенности строения и развития иглокожих таковы, что полухордовые к ним ближе, чем какие-нибудь многощетинковые черви или моллюски.
У билатеральных животных к двусторонней симметрии прилагается членение тела на переднюю и заднюю часть, на голову, туловище и хвост. Соответственно, в разных частях тела работают разные гены. У полухордовых спереди работают гены головной области, потом идёт зона «шеи» (точнее, воротникового отдела — воротником у полухордовых называется часть тела между головой и туловищем), потом гены туловища. На самом деле, какие-то гены в разных частях тела начинают работать активнее, какие-то, наоборот, засыпают, так что тут нужно говорить не о «головных» или «шейных» генах, а о «головной» или «шейной» генетической активности.
Личинка морской звезды в какой-то момент из двусторонне-симметричной начинает превращаться в пятилучевую радиально-симметричную. И вот тогда можно увидеть, что «головная» генетическая активность происходит по кольцу вокруг рта и посередине по центру каждого из лучей, там, где идёт нерв луча и амбулакральный канал (средство передвижения иглокожих — гидравлическая амбулакральная система каналов, ножек и ампул). «Более хвостовые» гены начинают работать как бы повыше и по краям зоны «головных» генов, в районе амбулакральных ножек, которые сами отстоят в стороне от амбулакрального канала. Причём «головные гены» работают на поверхности тела, а вот активность «хвостовых» генов — та, что проявлялась по краям на амбулакральных ножках — происходит в относительно глубоких тканях.
Активность генов во время эмбрионального развития у полухордовых и хордовых (слева) и иглокожих. Активность генов, свойственная той или ной зоне тела, выделена разным цветом. Иллюстрация Nature.
Можно сказать, то, что осталось от оси тела, идёт перпендикулярно морской звезде, а сама она с молекулярно-генетической точки зрения выглядит как голова, ползающая по дну на своих губах, с какими-то остатками туловища сверху — хотя это будет довольно упрощённая картина. То, что можно назвать головой, — это ткани вокруг рта и по центру каждого луча; к голове относится центральное нервное кольцо и лучевые нервы. Ткани, которые у полухордовых примыкают к голове, тут тоже к ней примыкают, но и одновременно окутывают — амбулакральные ножки сформированы как бы из шеи. Остальная часть тела морской звезды, как ни странно, в планировке не участвует; можно предположить, что она формируется, подчиняясь конструктивным требованиям. Во всяком случае, никаких генов «туловищной идентичности» в остальном теле морской звезды не обнаружено.
Хотя всё это наблюдали только у одного вида морской звезды, можно предположить, что так формируется тело и у всех остальных иглокожих. Есть гипотеза, что они потеряли туловище, не сумев им правильно распорядиться: когда-то давно оно было просто массой тканей, которая не помогала ни в поиске добычи, ни в бегстве от хищника, более того, хищников-то это туловище, скорее всего, как раз и приманивало. Хордовые же научились с помощью туловища плавать, а потом и бегать, и летать, и вообще проделывать с его помощью массу интересных фокусов. В любом случае, с новыми данными исследователи смогут по-новому взглянуть как на эволюцию эмбриогенеза, так и на эволюцию общих предков различных больших групп животных, которых естественный отбор заставлял выбирать то или иное телесное устройство.
