Морские звёзды — странные морские обитатели, живущие по своим правилам. Они безмозглые, бескровные, переваривают пищу снаружи и регенерируют части тела.
Но всё это не самое жуткое в них. Согласно новому анализу экспрессии их генов, у морских звёзд и других иглокожих отсутствует архитектура настоящего тела. По сути, это просто подвижные головы, которые обрели способность ползать, утверждает группа исследователей под руководством биологов Лорана Формери и Криса Лоу из Стэнфордского университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
«С точки зрения компоновки эктодермы, — пишут исследователи в своей работе, — иглокожие в основном являются головными животными». Иглокожие — это не только морские звёзды, но и морские ежи, песчаные доллары, морские огурцы — довольно распространены в тех частях океана, где часто бывают люди, поэтому мы не склонны считать их чем-то необычным. Но они сильно отличаются от других животных. Симметрия их тела (как правило) пятикратная, а не двусторонняя «лево-право», как у большинства животных.
Самая древняя из известных в ископаемом состоянии морских звёзд предшествует самым ранним динозаврам более чем на 200 млн лет, так что, что бы они ни делали, у них это получается очень и очень хорошо. Но из-за странной симметрии их тело трудно понять.
«То, как различные части тела иглокожих соотносятся с теми, которые мы видим у других групп животных, остаётся загадкой для учёных уже столько времени, сколько мы их изучаем», — говорит эволюционный биолог Джефф Томпсон из Саутгемптонского университета (Великобритания).
«У их двусторонних родственников тело разделено на голову, туловище и хвост. Но, глядя на морскую звезду, невозможно понять, как эти части соотносятся с телом билатеральных животных».
Исследователи провели молекулярное исследование, чтобы выяснить, какое место занимают иглокожие в большой группе животных, включающей как позвоночных, так и иглокожих.
Поскольку вторичноротые произошли от общего предка много миллионов лет назад, исследователи решили, что смогут проследить путь эволюции иглокожих.
Исследование проводилось на одном из видов морских звёзд — Patiria miniata, или морской летучей мыши.
Они использовали РНК-томографию и метод гибридизации in situ, при котором учёные локализуют точные последовательности ДНК и РНК в образце ткани. На основе этой информации была создана трёхмерная карта экспрессии генов в теле морской звезды по мере её роста.
Они исследовали ряд транскрипционных факторов, которые у билатеральных животных участвуют в развитии тела существа спереди назад, что называется передне-задней компоновкой. Эти гены были найдены у морской звезды; они способствуют развитию рук, начиная примерно со средней части и заканчивая кончиком.
Но при этом было обнаружено вопиющее упущение. У других вторичноротых существует набор генов, помогающих развитию туловища.
«Когда мы сравнили экспрессию генов у морской звезды с другими группами животных, например, позвоночными, оказалось, что важнейшая часть плана тела отсутствует», — поясняет Томпсон.
«Гены, которые обычно участвуют в формировании туловища животного, не экспрессируются в эктодерме. Похоже, что весь план тела иглокожих примерно эквивалентен голове у других групп животных».
Эволюцию иглокожих было трудно понять, основываясь лишь на форме их тела (или головы). Новое исследование позволяет предположить, что когда-то у иглокожих, возможно, были инструменты для развития тела, но они отказались от них на каком-то этапе своей долгой истории.
Однако новые открытия дают учёным новые инструменты для понимания того, почему они стали такими, и для интерпретации любых окаменелостей, найденных за много веков до нашей эры.
«Наше исследование говорит о том, что план тела иглокожих развивался более сложным образом, чем считалось ранее, и нам ещё многое предстоит узнать об этих интригующих существах, — говорит Томпсон. — Как человек, изучавший их в течение последних десяти лет, скажу, что эти результаты радикально изменили моё представление об этой группе животных».
