Все тело морских звезд состоит из головы

Американские ученые провели молекулярно-генетический анализ и выяснили, что все тело морских звезд состоит из головы, так как гены, отвечающие за ее развитие, активированы во всем организме. Это говорит о том, что морские звезды, вероятно, в ходе эволюции утратили туловище. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Большая часть животных, включая людей, относится к таксону двусторонне-симметричных. Это значит, что у них есть единственная ось симметрии, которая проходит от головы к хвосту и делит тело на две одинаковые половины. В 1995 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине вручили трем ученым, которые нашли гены молекулярных «переключателей» у плодовых мушек. Благодаря этим генам обеспечивается двусторонняя симметрия тела. Кроме того, некоторые из этих генов ответственны за формирование отделов тела — головы, туловища, хвоста. Те же гены актуальны не только для беспозвоночных (насекомых, червей), но и для позвоночных животных, включая человека.

Исключением являются иглокожие — тип донных животных, к которому относятся морские звезды, морские ежи, морские огурцы и др. Хотя личинки иглокожих имеют двустороннюю симметрию, для взрослых особей она не характерна. Вместо этого они имеют пять осей, которые обеспечивают радиальную симметрию. При этом неясно, как именно на молекулярном уровне обеспечивается этот переход от двусторонней к пятиосевой симметрии. Также неясно, как тело иглокожих делится на отделы: где у них туловище, а где голова.

Американские исследователи задались целью выяснить это на примере морских звезд. Сначала они провели микро-КТ, чтобы получить детальную 3D-модель тела морской звезды. Затем ученые обратились к молекулярно-генетическому анализу, чтобы сравнить экспрессию генов, связанных с развитием тела, у иглокожих и двусторонне-симметричных животных. Для этого биологи использовали два метода — РНК-томографию и гибридизацию in situ. Первый позволяет создать 3D-карту экспрессии генов, а второй показывает, где именно в теле животного активен тот или иной ген. В результате ученые выяснили, что гены, связанные с развитием головы, активны во всем теле морской звезды, в каждой из пяти ее лучей. При этом из всех генов, которые нужны для развития туловища, исследователям удалось найти лишь один. Его экспрессия наблюдалась на краях лучей морской звезды. Таким образом, все тело этого животного состоит из головы.

Ученые предположили, что морские звезды, как и другие современные иглокожие, утратили туловище в ходе эволюции. У их предков стилофоранов, живших более 500 млн лет назад в палеозое, туловище все-таки было.

В будущем исследователи планируют провести похожий молекулярно-генетический анализ для морских ежей и морских огурцов. Они также хотят изучить эволюцию нервной системы иглокожих, которая до сих пор остается непонятой.

Текст: Елизавета Перепелица