30.05.2014

Другая жизнь. Ученые опровергли фундаментальную теорию эволюции

Прочитав геном беспозвоночных морских обитателей — гребневиков, российские биологи и их зарубежные коллеги поставили под сомнение ряд положений традиционной теории эволюции. Они выяснили, что гребневики намного древнее губок, которые считались самыми старыми обитателями Земли. Но главное, нервная система возникала в процессе эволюции дважды. У гребневиков она иная, чем у всех остальных животных, и работает на основе других базовых веществ.

Российские и зарубежные ученые создали международную команду, чтобы расшифровать геном гребневиков — беспозвоночных животных, обитающих в морях. Руководителем одной из двух групп стал заведующий лабораторией новосибирского Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН Евгений Рогаев, другой — американский профессор Леонид Мороз. Объединившись, ученые получили данные, которые опровергли фундаментальное представление об эволюции живых существ на Земле. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

До начала работы команды биологов из России, США, Испании, Голландии и Англии о гребневиках было известно не так уж много. Изучать их крайне сложно, поскольку стоит извлечь это загадочное существо из привычной среды, как его ткани почти сразу же высыхают, его трудно доставить в лабораторию.

Владимир Алексеев, биолог, к. б. н., сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН: "Раньше гребневиков относили к кишечнополостным, но уже давно выделили в отдельный тип. Они состоят из полупрозрачной желеобразной массы, окруженной эпителиальными слоями. Их размер в зависимости от вида колеблется в диапазоне от нескольких миллиметров до полутора метров. Всего известно более 150 видов гребневиков. Свое название они получили за уникальный, очень древний тип движения – они перемещаются при помощи гребней из ресничек. Гребневики — хищники, питаются зоопланктоном, рачками, иногда мальками. В России о них заговорили, когда в 80-х годах прошлого века один из видов гребневиков, мнемиопсис, был случайно занесен в воды Черного моря. Это едва не привело к катастрофе. Размножившиеся гребневики поедали зоопланктон в таких количествах, что рыбе стало нечем питаться, ее количество резко сократилось. Промысловое рыболовство оказалось под угрозой. Решить проблему удалось только после того, как в Черное море переселили естественных врагов мнемиопсиса — хищных гребневиков берое."

Проанализировав геном гребневика Pleurobrachia bachei (морской крыжовник), ученые выяснили, что, вероятнее всего, гребневики являются самыми древними из ныне обитающих на Земле живых существ. Они отделились от остальных многоклеточных животных на самом раннем этапе эволюции, около 600 млн лет назад. До этого древнейшими считались намного более примитивные морские губки. Однако у них нет нервной системы, а у гребневиков, которые оказались старше их, она есть.

Владимир Алексеев, биолог, к. б. н., сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН: "Гребневики — хищники, а значит, им необходима нервная система. Без нее они не смогли бы охотиться: ориентироваться в пространстве и координировать свои движения. Мозг гребневиков относится к типу элементарных. Что самое интересно, этот элементарный мозг способен регенерировать при повреждении за 3–4 дня. Причем не один раз, а многократно. Впрочем, как и остальные ткани гребневиков, которые быстро регенерируют даже при самых серьезных ранах."

Второй вывод, который сделали ученые, изучив геном гребневиков, состоит в том, что, возможно, нервная система возникала в процессе эволюции не один, а два раза. Гребневики приобрели нервную систему независимо от других животных. Дело в том, что, как выяснилось, она отличается по составу нейромедиаторов — химических передатчиков нервного сигнала в синапсах. Остальные животные «мыслят» с помощью таких нейромедиаторов, как серотонин, дофамин, норадреналин, гистамин, а гребневики их не используют. Аналогов их нервной системе на Земле нет, она уникальна.

Евгений Рогаев, нейрогенетик, профессор, руководитель Центра нейробиологии и нейрогенетики мозга Института цитологии и генетики СО РАН, заведующий лабораториями в Институте общей генетики РАН и Медицинской школе Массачусетского университета: "Все, от медуз до человека, используют для связи нейронов одни и те же вещества, а гребневики — нет. Помимо того что у них нет нейронов, выделяющих серотонин, у них отсутствует целый ряд типичных для остальных животных белков-рецепторов, так называемых нейротрансмиттеров, участвующих в передаче химических сигналов между нейронами. Логично предположить, что нервная система гребневиков и, возможно, спецификация мышц развивались независимо от других животных."

До настоящего времени считалось, что у всех представителей царства животных нервная система развивалась по одному пути: от простейшей нервной сети до человеческого мозга. Теперь это базовое положение придется пересмотреть, как и классификацию животных. Получается, что от общих предков первой отделилась ветвь, ведущая к гребневикам, потом — ветвь губок и только затем — ветвь, ведущая к кишечнополостным и двусторонне-симметричным, к числу которых относится человек.

Некоторые гены, которые есть у гребневика, уникальны, их нет у остальных живых существ на Земле. Кроме того, у морского крыжовника удалось обнаружить удивительные особенности регуляции работы генов. У него отсутствуют микроРНК — маленькие последовательности рибонуклеиновой кислоты. У всех других животных они есть, более того, играют очень важную роль в развитии и функционировании организма. Однако гребневик как-то обходится без них.

Евгений Рогаев, нейрогенетик, профессор, руководитель Центра нейробиологии и нейрогенетики мозга Института цитологии и генетики СО РАН, заведующий лабораториями в Институте общей генетики РАН и Медицинской школе Массачусетского университета: "То, что при анализе генома гребневика и работы его генов было выявлено, что в них нет микроРНК и генов некоторых ферментов, участвующих в образовании РНК, это удивительно. МикроРНК играют важнейшую роль в функционировании организма всех ранее изученных животных, но не у гребневиков. По всей вероятности, у них используются другие типы РНК, выполняющие аналогичные функции."

Результаты исследования генома морского крыжовника изменят не только фундаментальные представления ученых об эволюции жизни на Земле, они могут иметь и практическое применение.

Экспертное мнение, Давид Абрамович, физиолог, к. м. н.:— Как и большинство фундаментальных исследований, секвенирование генома гребневиков будет иметь практическую пользу. Возможно, приведет к созданию новых лекарств или разработке новых методов лечения. То, что для передачи сигналов у них используются иные, чем у остальных живых существ, молекулы и механизмы, может помочь в лечении заболеваний мозга. Если удастся использовать нейромедиаторы, которые гребневики используют вместо стандартных, это может стать прорывом. Ведь такой нейромедиатор, как дофамин, который обеспечивает передачу нервных сигналов у всех живых существ, кроме гребневиков, связан с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Если ему удастся найти альтернативу, это изменит всё. Кроме того, крайне перспективно использовать молекулы, обеспечивающие регенерацию нервной системы морского крыжовника.

Полина Виноградова

Источники:

1. smartnews.ru