Судя по полному геному, трихоплакс не так прост, как думали раньше
|
Трихоплакс — миллиметровое многоклеточное морское животное. Считается, что трихоплакс устроен проще всех остальных свободноживущих (не паразитических) многоклеточных. Прочитанный два года назад геном митохондрий трихоплакса, казалось, свидетельствовал в пользу предположения, что эволюционная ветвь, ведущая к трихоплаксу, раньше всех отделилась от общего ствола филогенетического древа многоклеточных. Этот вывод косвенно подтверждал первичность простоты строения трихоплакса. Теперь прочитан и полный геном этого животного — последовательности всех шести хромосом его гаплоидного набора. Сравнение генома трихоплакса с геномами других «прочитанных» видов указывает на то, что его предки ответвились от древа всех многоклеточных всё же позже, чем губки, хотя и раньше, чем кишечнополостные. Судя по полному геному, предки трихоплакса были устроены сложнее, чем он сам, либо науке по-прежнему неизвестны сложно устроенные стадии его жизненного цикла — или сложные нюансы его строения и жизнедеятельности.
Trichoplax adhaerens — единственный известный на сегодня вид из очень просто устроенной группы живых организмов типа пластинчатых (Placozoa). Тело трихоплакса представляет собой пластинку, со всех сторон покрытую участвующими в движении ресничками и всё время меняющую очертания. Пространство между спинными и брюшными покровами трихоплакса заполнено жидкостью, в которой расположены многоядерные сократимые клетки, помогающие животному двигаться и менять форму. Трихоплаксы живут на мелководьях теплых морей, передвигаясь вдоль дна и время от времени прикрепляясь к различным субстратам. Питается трихоплакс водорослями, цианобактериями и разлагающимися остатками разных морских организмов. Маленькие пищевые частицы трихоплакс поглощает посредством фагоцитоза (их пропускают внутрь тела покровные клетки и заглатывают волокнистые), а крупные облепляет со всех сторон брюшной поверхностью тела, где кроме ресничных клеток имеются железистые, способные выделять пищеварительные ферменты, и так переваривает, после чего покровные клетки поглощают переваренную пищу. Трихоплакс может размножаться делением (надвое или натрое) и почкованием, но у него, по-видимому, встречается и половое размножение, хотя в неволе у этих животных ни разу не удалось проследить полный цикл развития — и даже пронаблюдать оплодотворение.
|
Почти все представители царства животных в современном понимании, то есть все многоклеточные животные (Metazoa), устроены сложнее, чем трихоплакс. Исключение составляют некоторые паразитические животные, простота строения которых связана с жизнью внутри других организмов и, вероятно, вторична. Но первична ли простота трихоплакса или и его древние предки были устроены сложнее? И когда эти предки отделились от общего ствола эволюционного древа многоклеточных — раньше предков всех ныне живущих групп или позже, чем кто-то из них? Эти вопросы давно стали предметом разногласий. Ответить на них трудно из-за крайней простоты строения трихоплакса. Чтобы судить о родстве исходя из сведений о строении тела на разных этапах жизненного цикла, хорошо бы иметь в своем распоряжении много разных признаков. А трихоплакс устроен очень просто, и признаков строения у него немного. По той же причине мало о чём могут сказать и ископаемые остатки. Поэтому единственный сравнительно надежный источник сведений о происхождении трихоплакса и его родстве с другими животными — молекулярные данные.
Два года назад был прочитан геном митохондрий трихоплакса (об этом сообщал на «Элементах» Александр Марков). Результаты той работы, по мнению ее авторов, свидетельствовали в пользу предположения, что ветвь, ведущая к трихоплаксу, отделилась от общего ствола всех многоклеточных животных раньше, чем ветви, ведущие ко всем остальным современным многоклеточным. Эти данные косвенно свидетельствовали и в пользу первичности простоты строения трихоплакса, ведь раз общий предок его и всех остальных животных существовал на самом раннем этапе развития этой группы, то он вполне мог быть устроен очень просто, не сложнее современных трихоплаксов.
Недавно в журнале Nature были опубликованы результаты исследования, проведенного под руководством Дэниела Роксара (Daniel Rokhsar) из Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkely), в ходе которого был прочитан полный геном трихоплакса, то есть последовательность нуклеотидов всех шести хромосом его гаплоидного набора. (Многоклеточная стадия у трихоплакса, как и у подавляющего большинства животных, диплоидна, и в ядрах большинства клеток каждая из хромосом имеется в двух экземплярах, один из которых унаследован от одного из родителей, а второй — от другого.) Выводы авторов этой работы расходятся с выводами ученых, прочитавших митохондриальный геном этого животного — при том что в авторский коллектив публикации, посвященной полному геному трихоплакса, входят четверо из семи авторов публикации, посвященной митохондриальному геному.
Сравнение генома трихоплакса с геномами других «прочитанных» на сегодня видов говорит о том, что последний общий предок трихоплакса и большинства современных животных не был предком губок, которые раньше ответвились от эволюционного древа. По-видимому, сравнительная краткость митохондриального генома губок (которая, казалось, объединяет их со всеми остальными многоклеточными, кроме трихоплакса) вторична, а митохондриальный геном трихоплакса длиннее, чем у остальных многоклеточных, не потому, что его предки раньше всех ответвились от древа всех Metazoa, а в результате того, что у других животных (включая ответвившихся раньше трихоплакса губок) митохондриальный геном стал в ходе эволюции короче, а у трихоплакса размер митохондриального генома остался довольно большим.
|
По сравнению с человеческим, геном трихоплакса невелик: около 100 миллионов пар нуклеотидов (у человека 3 миллиарда), но вполне сравним по размеру с геномом многих сложно устроенных организмов (например, у дрозофилы 120 миллионов). И оказалось, что в геноме трихоплакса содержится информация о намного более сложных чертах строения, чем наблюдаемые у нынешних трихоплаксов. Геном трихоплакса включает 11,5 тысяч генов, кодирующих белки (для сравнения: у человека — больше 20 тысяч, у дрозофилы — около 14 тысяч). Среди этих генов есть такие, которые у животных, устроенных сложнее, отвечают за развитие органов и систем органов, вовсе отсутствующих у трихоплакса. В частности, это касается отсутствующей у трихоплакса нервной системы: несмотря на ее отсутствие, у него имеются все основные гены, обеспечивающие у других животных (обладающих нервной системой) синтез и работу нейромедиаторов, образование синапсов и проведение нервных импульсов.
Следовательно, предки трихоплакса были, по-видимому, устроены сложнее, чем он. Но имеющиеся на сегодня сведения о его жизненном цикле неполны, и не исключено, что и у нынешних представителей этой эволюционной ветви имеется более сложно устроенная стадия жизненного цикла, пока неизвестная науке. Кроме того, белки, отвечающие у других многоклеточных за развитие отсутствующих у трихоплакса структур, могут в его организме выполнять иные, пока неизвестные функции. В любом случае, прочитанный полный геном трихоплакса говорит о том, что эти животные не так просты, как раньше казалось.
Источник: M. Srivastava et al. The Trichoplax genome and the nature of placozoans // Nature. 21 August 2008. V. 454. P. 955–960.
Cм. также:
1) Elizabeth Pennisi. 'Simple' animal's genome proves unexpectedly complex // Science. 22 August 2008. V. 321. P. 1028–1029.
2) Александр Марков. Самым примитивным животным на земле оказался трихоплакс, «Элементы», 01.06.2006.
3) Александр Марков. Геном актинии оказался почти таким же сложным, как у человека, «Элементы», 11.07.2007.
4) Елена Наймарк. Расшифрован геном хоанофлагеллят — ближайших одноклеточных родичей всех многоклеточных животных, «Элементы», 18.02.2008.
Петр Петров
