Кому нужно тело? Не этим личинкам, которые по сути — плавающие головы
Аспирант Пол Гонсалес из Морской станции Хопкинса Стэнфордского университета охотился, разводил и выращивал редкого морского червя, чтобы заполнить пробел в понимании того, как развиваются животные. Он изучал длительную личиночную стадию — стратегию развития, известную как непрямое развитие.
Исследование, опубликованное в выпуске Current Biology от 8 декабря, показало, что черви проходят продолжительную фазу, представляя собой мало что больше, чем голову. Это говорит, что многие морские животные, вероятно, проходят аналогичную стадию без туловища, что может пролить свет на развитие ранних животных.
«Непрямое развитие — преобладающая стратегия развития морских беспозвоночных, а жизнь зародилась в океане, — сказал Крис Лоу, старший автор статьи. — Значит, первые животные, вероятно, использовали подобные стратегии».
В поисках редкого червя
Большинство модельных лабораторных животных (мыши, рыбки данио, червь C. elegans) — это прямые развивающиеся виды без выраженной личиночной стадии. Чтобы изучить непрямое развитие, Гонсалесу нужен был вид, близкородственный хорошо изученному прямому развивающемуся виду.
Выбор пал на группу морских беспозвоночных — полухордовых (Hemichordata), так как для прямых развивающихся видов этой группы уже накоплены молекулярно-биологические данные. Проблема была в том, что непрямые развивающиеся виды в этом типе редко встречались рядом со станцией.
В итоге Гонсалес нашёл вид Schizocardium californicum (академический червь) в заливе Морро, в двух часах езды. Связавшись с авторами старой научной работы, он получил точные координаты и отправился на сбор червей.
Диверсификация исследований
Прямые развивающиеся виды чаще используются в исследованиях из-за практичности: они быстро развиваются, имеют простой жизненный цикл и их легко содержать в лаборатории.
Непрямые развивающиеся виды развиваются медленно, имеют длительную личиночную стадию, их личинок сложно кормить и содержать. Взрослых особей также сложно держать в лаборатории. Однако удобство изучения прямых развивающихся видов привело к недостатку разнообразия в понимании эволюции и развития.
«Выбирая удобные виды, мы выбираем неслучайную выборку из разнообразия животных, рискуя упустить интересные вещи», — сказал Гонсалес.
Плавающие головы
Потратив месяцы на отработку методов выращивания и разведения червей, исследователи смогли провести секвенирование РНК на разных стадиях развития, чтобы увидеть, где включаются или выключаются определённые гены.
Они обнаружили, что активность генов, отвечающих за развитие туловища (trunk), задерживается. Таким образом, на личиночной стадии черви по сути являются плавающими головами.
«Когда смотришь на личинку, это похоже на академического червя, который решил отложить развитие туловища, раздул своё тело до формы шара и плавает в планктоне, питаясь водорослями, — сказал Гонсалес. — Задержка развития туловища, вероятно, очень важна для формирования тела, отличного от червеобразного и более пригодного для жизни в толще воды».
По мере роста академические черви в конечном итоге претерпевают метаморфоз во взрослую форму. В этот момент активируются гены, регулирующие развитие туловища, и черви начинают развивать длинное тело, характерное для взрослых особей, которое за несколько лет вырастает примерно до 40 см.
Только начало
Это исследование — лишь начало изучения непрямых развивающихся видов в лаборатории Лоу. Эти черви не расскажут о болезнях человека, но могут раскрыть тонкости того, как устроена жизнь у многих организмов за пределами модельных видов. Они также могут показать, как жизнь в целом стала такой, какая она есть сегодня.
«Учитывая, насколько распространены личинки в животном мире, мы очень мало понимаем в этой критической фазе развития животных, — сказал Лоу. — Если ваша цель — понять, как эволюционировали животные, то вам не избежать работы с этими видами».
Далее исследователи хотят выяснить, как происходит задержка развития тела у академического червя. Они также начали секвенирование генома S. californicum.