Эволюцию придётся переписать: механизм формирования тела оказался старше, чем думали

Когда мы смотрим на животных, будь то человек, птица или червь, мы интуитивно воспринимаем их симметричными: есть голова и хвост, левая и правая стороны, спина и живот. Такая организация тела называется двусторонней симметрией, и она характерна для огромной группы животных — Bilateria. До недавнего времени считалось, что этот тип строения появился исключительно в этой ветви эволюции.

Однако новое исследование, проведённое учёными из Венского университета и опубликованное в Science Advances, кардинально меняет взгляд на происхождение этой симметрии. Его результаты показывают: актинии, представители другой древней группы — кишечнополостных (Cnidaria), используют тот же молекулярный механизм формирования осей тела, что и позвоночные.

BMP и хордин: древние координаты тела

У всех билатерий ось "спина — живот" формируется благодаря белкам BMP (костные морфогенетические белки) и их ингибитору — хордину. Взаимодействие этих молекул создает градиент сигналов, на основе которого клетки эмбриона определяют, кем им быть — кожей, почкой или элементом нервной системы. Одним из ключевых процессов считается так называемый шаттлинг BMP — когда хордин не просто блокирует белки на месте, а переносит их через эмбрион, помогая выстроить точную карту тела.

Ранее было неясно, насколько древним является этот процесс. Считалось, что он появился у двусторонне-симметричных животных уже после их отделения от других групп. Но актинии, несмотря на кажущуюся радиальную форму, анатомически оказываются двусторонне симметричными — особенно это видно на этапе развития эмбриона.

Эксперимент, который всё изменил

Исследователи сосредоточились на модельном виде актиний — Nematostella vectensis. Они выключили у эмбрионов выработку хордина и наблюдали: передача сигналов BMP прекратилась, вторая ось тела не формировалась. Затем хордин был введён обратно — и сигналы восстановились.

Но этого было недостаточно, чтобы понять: играет ли хордин роль местного блокиратора или же переносчика. Чтобы это выяснить, применили две его версии: одну — связанную с мембраной и неподвижную, другую — свободно распространяющуюся. Только диффузная форма хординa смогла восстановить передачу сигналов BMP на расстоянии от места ввода — то есть сработал механизм шаттлинга.

"Только диффузная форма могла восстанавливать передачу сигналов BMP на расстоянии от источника, что доказывает, что Chordin действует как переносчик BMP у актиний, как и у мух и лягушек", — подчёркивает научный сотрудник Венского университета Дэвид Мёрсдорф.

600 миллионов лет назад всё уже было готово

Этот результат имеет поразительные эволюционные последствия. Получается, механизм шаттлинга BMP появился ещё до расхождения билатерий и книдарий, то есть как минимум 600-700 миллионов лет назад. Иными словами, общий предок медуз, червей, рыб и людей уже обладал этим сложным молекулярным механизмом.

"Наше исследование показало, что последний общий предок книдарий и билатерий, скорее всего, использовал хордин для перемещения BMP, чтобы сформировать ось тела", — отметил старший автор исследования Григорий Генихович.

Хотя нельзя окончательно исключить возможность, что двусторонняя симметрия у актиний и Bilateria развилась независимо, вероятность того, что они унаследовали общий молекулярный "чертёж" от древнего предка, теперь кажется гораздо более убедительной.

Это исследование не просто расширяет наши представления об эволюции симметрии тела. Оно показывает, что ключевые генетические и молекулярные механизмы возникли задолго до появления тех форм жизни, которые мы считали "сложными".

Уже на заре многоклеточной жизни существовали системы, которые позволяли клеткам понимать своё положение в теле и принимать решения о своём будущем. То, что сегодня формирует позвоночник у человека, начиналось с тихих молекулярных сигналов в теле древней морской анемоны.

Уточнения

Эволю́ция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.