Тропические болезни продвигаются в северные широты

Выяснена причина ревматоидного артрита

В Японии научились определять болезнь Альцгеймера по крови

Пять жутких медицинских практик из прошлого

Как советская женщина-микробиолог поборола холеру и нашла универсальный антибиотик

Учёные работают над искусственным изменением любой группы донорской крови на первую

Томские ученые создают приложение для расшифровки медицинских анализов






Самым действенным напитком для продления жизни назван молочный улун

В Японии растет смертность от старости

Почему время «летит быстрее» по мере старения

Ощущение смысла жизни помогает увеличить её продолжительность

Пять простых правил для достижения долголетия

Самой пожилой жительнице планеты исполнилось 117 лет

Продолжительность жизни мужчин скоро сравняется с женской


НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    СЛОВАРЬ-СПРАВОЧНИК    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

25.06.2013

У губок обнаружена генная сеть, которая могла бы управлять развитием глаз

Губки — по мнению многих ученых, самые примитивные многоклеточные животные. Тем не менее у них найдено два гена (они называются Pax и Six), которые участвуют у большинства других животных в развитии глаз. Конечно, у губок функции этих генов другие: они, например, контролируют дифференцировку жгутиковых клеток. Тем не менее исследование показало, что эти гены губки даже взаимодействуют между собой так же, как если бы они участвовали в развитии глаза какого-то более сложного животного. Это означает, что генные механизмы, обеспечивающие у животных развитие глаз, эволюционно возникли намного раньше, чем сами глаза, пишет Evolution & Developmen.

Губки — пожалуй, самые простые многоклеточные животные. У них нет ни нервных клеток, ни мышц, ни рта, ни кишечника, ни сосудов. Любая взрослая губка — сидячий организм. Ее тело пронизано порами и каналами, через которые течет вода, а из воды отфильтровываются питательные частицы. До середины XVIII века губок вообще считали растениями. Только в 1765 году английский естествоиспытатель Джон Эллис (John Ellis), тщательно наблюдая за губками, показал, что они могут активно менять диаметр своих пор, и сделал вывод, что они — животные.

По современным представлениям, губки занимают самое основание эволюционного древа многоклеточных животных (рис. 2). Есть даже популярная гипотеза, что все другие животные именно от них и произошли (см.: Nielsen, 2008. Six major steps in animal evolution: are we derived sponge larvae?). Во всяком случае, эта группа — очень древняя. Первые губки появились более 630 миллионов лет назад, когда подавляющего большинства других многоклеточных животных еще не существовало.

Губки — один из первых природных «экспериментов» по созданию многоклеточности. Ясно, что в многоклеточном теле клетки приобретают новые свойства, которые одноклеточным просто не нужны. Во-первых, клетка должна уметь создавать контакты с другими клетками, во-вторых, она должна знать, как ей дифференцироваться (хоть губки и устроены относительно просто, но разных типов клеток у них не меньше пяти). Этим целям служат новые, характерные только для многоклеточных животных белки и гены. Таких белков и генов известны сотни. Изучая их на примере губок, можно многое узнать о том, как механизмы многоклеточности эволюционно возникали.

Группа ученых из Ричмондского университета (University of Richmond) решила исследовать некоторые «гены многоклеточности» у пресноводной губки Ephydatia muelleri (рис. 1). В первую очередь их интересовала работа генов в ее индивидуальном развитии. Пресноводные губки обычно размножаются геммулами — покоящимися почками (рис. 3). Геммула представляет собой шаровидное скопление клеток, покрытое сложной оболочкой. Она образуется внутри тела губки; когда осенью губка погибает, геммула падает на дно и сохраняется до весны. Весной находящаяся внутри геммулы клеточная масса выползает наружу, прикрепляется и постепенно образует новую губку. Наблюдать за этим процессом можно и в лаборатории.

Предметом исследования стали два гена, работа которых у более сложно устроенных животных связана с развитием органов чувств. Они называются Pax и Six. Эти гены достаточно хорошо известны генетикам; они, в частности, очень важны для развития глаз у всех, у кого глаза вообще есть. Надо заметить, что и Pax, и Six — это не единичные гены, а целые генные семейства (семейством называется группа генов, эволюционно происходящих от одного гена-предка). Например, у млекопитающих есть девять Pax-генов и шесть Six-генов.

В отличие от большинства животных, у губок есть всего один ген Pax и один ген Six. Задачей исследователей было узнать, во-первых, в каких клетках эти гены проявляют активность, и во-вторых, взаимодействуют ли они между собой.

Выяснилось, что синтез продуктов генов Pax и Six начинается у губки очень рано — уже на стадии первоначального выползания клеток из геммулы. Клетки в этот момент, конечно, еще не дифференцированы. В дальнейшем активность этих генов наблюдается в нескольких разных типах клеток, в том числе в хоаноцитах — жгутиковых клетках, выстилающих внутренние полости тела губки; видимо, гены Pax и Six важны для их дифференцировки. Если же эти гены искусственно «заглушить» (исследователи сделали это методом РНК-интерференции), то нарушается развитие системы пронизывающих губку каналов.

Самый же интересный результат заключается в том, что если «заглушить» только ген Pax, то и уровень активности гена Six тоже падает. Значит, между этими генами в норме есть взаимодействие: продукт гена Pax вызывает включение гена Six.

Современная биология развития отлично знакома с явлением генных сетей (gene regulatory networks, сокращенно GRN; см., например: Levine, Davidson, 2005. Gene regulatory networks for development). Генная сеть — это схема взаимодействий между генами, которые через свои продукты или усиливают, или ослабляют активность друг друга. Ее можно изобразить графически, обозначив взаимодействия просто стрелочками. Одна из таких генных сетей управляет у многоклеточных животных развитием глаз. У разных животных она выглядит по-разному, но вот влияние продуктов генов Pax на включение генов Six входит в нее непременно: такие «стрелочки» есть, например, и у мухи-дрозофилы, и у человека (рис. 4). Получается, что у губок найдены не только отдельные гены, которые обеспечивают у более сложно устроенных животных развитие глаз, но даже и фрагмент генной сети, в этом участвующей.

Почему эти наблюдения так важны? Десять-пятнадцать лет назад биологи были буквально потрясены открытием генов, которые управляют развитием глаз у всех зрячих животных. Самая важная часть этого утверждения — «у всех». Например, ген Pax6 запускает развитие глаз и у мухи-дрозофилы, и у человека. Но ведь камерные глаза позвоночных совершенно не похожи на фасеточные глаза насекомых! Даже светочувствительные клетки устроены там по-разному. Неужели они все-таки имеют общее происхождение? В самом начале XXI века многие биологи стали считать именно так, рассуждая прямолинейно: раз глаза насекомых и позвоночных контролируются одними и теми же генами, значит, всё это унаследовано от общего предка, у которого глаза уже были. Вообразить такого общего предка, правда, было довольно трудно, но некоторым это удавалось (рис. 5).

Наличие у губок генетического пути Pax/Six является сильнейшим доводом против этой гипотезы. У губок нет нервной системы и, по всем данным, никогда не было. Соответственно, глаз у них тоже быть не может. Открытие у губок генов Pax и Six равносильно доказательству, что первоначально эти гены служили не для контроля развития глаз, а для чего-то другого. Причем теперь мы видим, что «для чего-то другого» могли служить не только отдельные гены, но и куски генных сетей.

Что касается глаз насекомых и позвоночных, то они, видимо, все-таки не имеют общего происхождения (разве что на уровне одноклеточных фоторецепторов). Иное дело, что для развития сложных глаз были в разных случаях использованы одни и те же древние гены. В современной литературе такой тип сходства между органами называют глубокой гомологией (deep homology; см. также: Shubin et al., 2009. Deep homology and the origins of evolutionary novelty). Если же воспользоваться более традиционной терминологией, можно сказать, что в случае с эволюцией глаз мы, скорее всего, видим типичный параллелизм — независимое возникновение сходных органов на общей наследственной основе. Благодаря губкам эта наследственная основа теперь точно известна.

Сергей Ястребов


Источники:

  1. elementy.ru







Александр Баев – один из пионеров исследований генома человека

«Геномный ковчег» отправляется в плавание

Прочитали рекордный по длине геном мексиканской амбистомы - 32 миллиарда пар нуклеотидных оснований

Современные высшие растения возникли в результате сдвига экспрессии генов

Антропологи извлекли ДНК древних людей из пещер без костных останков

Расшифровка генома ячменя принесла больше вопросов, чем ответов

Генетики нашли «семью», состоящую из 13 миллионов человек



Новый тип нейронов обнаружен в головном мозге человека

Нейробиологи обнаружили ранее скрытый участок в человеческом мозге

Биологи заново пересчитали человеческие гены

Ученые открыли новый источник клеток крови в организме человека

Жители острова Флорес становились карликами дважды

На что способен наш организм и чего мы о нем не знаем

Раскрыт механизм того, как мозг контролирует движения



Открыт новый вид фотосинтеза, использующий ближний инфракрасный свет

Ученые нашли различия между нейронами мозга крысы и человека

Открыто новое царство эукариотов

Генетики строят родословное древо архей

Открыт новый вид фотосинтеза, использующий ближний инфракрасный свет

Предок энтерококков появился 450 миллионов лет назад

В ходе эволюционного эксперимента патогенный гриб превратился в полезного симбионта


© GENETIKU.RU, 2013-2022
При использовании материалов активная ссылка обязательна:
http://genetiku.ru/ 'Генетика'

Рейтинг@Mail.ru

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь