Родом из докембрия? Все живое на Земле могло произойти от одноклеточных организмов, существовавших 600 миллионов лет назад - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Родом из докембрия? Все живое на Земле могло произойти от одноклеточных организмов, существовавших 600 миллионов лет назад

Все течет, все меняется. К природе эта расхожая присказка относится в первую очередь. За миллионы лет чего только в ней не появлялось, не исчезало и не развивалось до неузнаваемости! Но что лежит в основе всех этих преобразований, как запускаются и действуют механизмы эволюции на планете? Эти и другие подобные загадки – из числа труднорешаемых. Устоявшиеся, общепризнанные теории зачастую не могут ответить на принципиальные вопросы происхождения живых существ, заводя исследователей в тупик. Кандидат биологических наук Денис ­ТИХОНЕНКОВ из Института биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН идет к решению этой проблемы своим путем, оставляя в стороне известные догмы. Молодой ученый, в частности, уверен, что разгадку тайны появления многоклеточных организмов можно найти, изучая микроскопические существа – протисты. Что они собой представляют и как помогают исследователям установить истину?

– Протисты – это мельчайшие и, как правило, одноклеточные микроскопические организмы, имеющие, в отличие от бактерий, ядро, – рассказывает Денис Викторович. – Они могут передвигаться с помощью ложноножек, жгутиков или ресничек. Такие клетки повсеместно распространены в воде, в почвах. Из многообразия протистов наше внимание привлекли одноклеточные свободноживущие, гетеротрофные (питающиеся готовыми органическими веществами, нефотосинтезирующие) жгутиконосцы. Это древнейшие и наиболее просто устроенные организмы, изучение которых может прояснить происхождение и эволюцию многоклеточных животных (метазоа), растений, грибов.
Вопрос о происхождении многоклеточных животных – одна из основных проблем эволюционной биологии, вызывающая большой интерес. Известно огромное количество разных гипотез. Одни из них (гипотеза Франца Архицитологуса и гипотеза “Первобытного полипа”) говорят о происхождении метазоа от доклеточных предков. Другие предполагают наличие клеточных предков, которыми могли быть многоклеточные растения или протисты. Те, кто отдает предпочтение протистам, тоже делятся на два лагеря. Сторонники одного считают, что все начиналось с одиночных, высокоорганизованных многоядерных простейших, например инфузорий. Их оппоненты уверены в наличии колониального предка, множество клеток которого было собрано в многоклеточные колонии. При этом первичные метазоа могли быть свободноподвижными животными (согласно гипотезе Гастреи и гипотезе Фагоцителлы – гипотетическими предковыми формами многоклеточных животных). Еще одно предположение – первичные метазоа были сидячими, прикрепленными колониальными животными.
Долгое время обсуждение проблемы возникновения многоклеточных животных почти целиком лежало в плоскости умозрительных построений. Однако постепенно накапливались факты, говорящие в пользу происхождения многоклеточных от колониальных жгутиконосцев, а именно от воротничковых жгутиконосцев – хоанофлагеллятов, которые имеют много общих черт строения с клетками губок (примитивных многоклеточных неподвижных беспозвоночных). Неоднократно утверждалось, что метазоа произошли от колоний хоанофлагеллятов вследствие интеграции предковой колонии и разделения жизненных функций ее клеток, установления симметрии тела. В последнее время анализы ДНК подтвердили, что хоанофлагелляты – самые близкие живущие сейчас родственники многоклеточных животных. Между тем они не являются их прямыми предками! Животные и хоанофлагелляты – это сестринские группы. Если животные и происходят от хоанофлагеллятов, то от той группы, которая не сохранилась до наших дней или не была найдена в природе.
Недавно коллектив американских исследователей впервые изучил геном хоанофлагелляты Monosigabrevicollis. Ученые выяснили, что этот одноклеточный неколониальный протист содержит гены клеточной адгезии (слипания) и белки передачи клеточных сигналов, которые раньше считались нехарактерными для многоклеточных, такие как тирозин киназа, кадгерин, сигнальные белки семейства Hh (Hedgehog Protein). Это открытие однозначно показало, что гены, кодирующие белки передачи сигналов и адгезии, возникли в ходе эволюции до расхождения хоанофлагеллятов и многоклеточных животных.
Сегодня наиболее разработана и подтверждена разными современными методами гипотеза происхождения метазоа от общего предка с воротничковыми жгутиконосцами, связь с которыми прослеживается в организации губок. Считается, что хоанофлагелляты, губки и многоклеточные животные произошли от одного общего одноклеточного предка в докембрийский период более 600 миллионов лет назад. Несмотря на то что происхождение метазоа было важнейшим событием в эволюционной истории Земли, к настоящему времени все еще мало известно о генетических основах и предпосылках, необходимых для перехода к многоклеточности.
Сравнения геномов современных одноклеточных организмов (аналогов предковых форм многоклеточных) помогают понять структуру древних геномов, из которых возникли геномы многоклеточных.
– Есть ли у вас находки или исследования, которые могут подтвердить или опровергнуть существующие гипотезы?
– Недавно в ходе работ в Южном Вьетнаме из пресноводной пересыхающей лужи мы выделили новый уникальный протист – клон Colp-12, не известный ранее науке. Предварительные данные ДНК показывают, что этот организм принадлежит неизвестной ранее эволюционной линии, предковой по отношению к многоклеточным животным. Но в зависимости от набора генов и методов анализа ДНК положение данного протиста на эволюционном дереве изменяется. Необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы подтвердить наше предположение.
Детальные морфобиологические и молекулярные исследования этого организма чрезвычайно интересные и многообещающие в плане прояснения происхождения многоклеточных. Любопытно, что этот протист по форме напоминает сперматозоид: округлая клетка 10 микрон в диаметре с единственным длинным задним жгутиком. Это не мешает ему быть свободноживущим неколониальным хищником! Colp-12 быстро плавает и нападает на более мелких жгутиконосцев (Spumella, бодониды), заглатывая их клетки целиком. Этот “хищный сперматозоид” может заглатывать зерна крахмала, по размеру не уступающие клетке. Предварительные наблюдения показывают, что организм может образовывать покоящиеся клетки, лишенные жгутиков, которые имеют тенденцию склеиваться друг с другом и с зернами крахмала в питательной среде. Стрекательные компоненты клетки, обеспечивающие ловлю и обез­движивание жертвы, обычные для хищников, мы пока не обнаружили.
Мы проведем морфологическое и геномное исследования новой открытой нами предковой линии протистов. Это, надеемся, будет способствовать прояснению проблемы происхождения метазоа и онтогенеза (индивидуального развития) многоклеточных животных из жизненного цикла одноклеточных, а также поможет понять явление эволюционного преобразования генома одноклеточных, играющих важную роль в становлении многоклеточности. Об этом можно узнать, выявляя наличие признаков, свойственных метазоа: формирование систем клеточной адгезии, передача сигнала и регуляция поведения клеток.
– В чем особенность ваших исследований? Есть ли надежда на практическое их применение?
– Отличительная черта исследований в том, что при работе можно получить абсолютно неожиданные результаты, которые могут повлиять на общие и фундаментальные представления о происхождении животных, устоявшиеся в науке с XIX века. Например, на господствующую теорию Гастреи, согласно которой все многоклеточные животные произошли от одного общего предка. Возможное обнаружение генов “многоклеточности” в геноме древнейшего одноклеточного протиста Colp-12 сделает находку нерядовой, позволяющей посмотреть по-новому на старую проблему.
Исследования взаимодействия клеток и клеточного поведения, его реализации в эмбриональном развитии, в составе органов (состоящих из клеток разных типов) чрезвычайно важны. Они имеют как фундаментальный, так и прикладной характер, поскольку известно, что нарушения клеточного взаимодействия, роста, развития, процессов появления функциональных различий клеток могут приводить к опухолям, метастазированию и раку – бичу современного человечества. Изу­чение генетических механизмов регуляции этих процессов, в том числе у одноклеточных, предковых форм многоклеточных, потенциально могут иметь большое значение для медицины. Например, у одноклеточных уже выявлен считавшийся ранее уникальным для многоклеточных ген кадгерина – трансмембранного белка, обеспечивающего клеточную адгезию. Медики используют такой белок как онкосупрессор, препятствующий “разлипанию” и перекочевке клеток в другие органы, что приводит к метастазированию опухоли.
Хочу отметить, что в нашу исследовательскую группу входят молодые ученые Института биологии внутренних вод РАН, МГУ им. М.В.Ломоносова и Пензенского государственного университета. Мы также сотрудничаем с коллегами из Университета Британской Колумбии (Ванкувер, Канада).

Василий ЯНЧИЛИН

Иллюстрации предоставлены Д.Тихоненковым

Рис. 1. Современное древо жизни, отража-
ющее родственные связи животных и грибов
с протистами. Красным показано возможное
эволюционное положение протиста Colp-12.

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2