Елена Темерева, заведующая кафедрой биологической эволюции и профессор кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ, провела детальное изучение организации и развития щупальцевого аппарата у форонид – морских организмов, о которых известно немного. Использование современных методов, таких как электронная микроскопия, иммуноцитохимия и EdU-маркировка, позволило подробно описать клеточные и тканевые преобразования, что имеет значение для понимания морфофункциональной эволюции вторичноротых и первичноротых. Данное исследование предоставляет новые сведения для обсуждения происхождения щупалец у билатерий и эволюции жизненных циклов. Результаты работы опубликованы в журнале «Invertebrate Zoology».
Людей всегда привлекал вопрос о происхождении животных и растений, а также о причинах их внешнего вида. На протяжении истории представления об этом менялись: от убеждения в неизменности всех видов до эволюционной теории, где ключевую роль в изменении живых организмов играет естественный отбор. Несмотря на существенные достижения в исследованиях эволюции, на современном этапе все еще остаются нерешенные вопросы. Например, известно, что у животных типа Cnidaria – морских беспозвоночных с радиальной симметрией, включающих медуз, коралловых полипов, актиний и гидр, – имеются щупальца. Они также присутствуют у представителей другого таксона – Bilateria, характеризующихся двусторонней симметрией. Подобные общие черты между этими разными таксонами ставят вопрос о возникновении щупалец, их эволюции и разнообразии в живом мире. Этот вопрос тесно связан с фундаментальной проблемой о происхождении и внешнем облике предка билатерально-симметричных животных.
Поиском ответов на эти вопросы и занялась Елена Темерева. В качестве объекта исследования выступают форониды (лат. Phoronida) – червеобразные морские организмы, характеризующиеся бифазным жизненным циклом. На этом цикле личиночная стадия значительно отличается от взрослой особи, в том числе может занимать другие экологические ниши, обладать адаптациями к альтернативным способам питания и передвижения, а также иметь иное строение. Форониды были выбраны для изучения, поскольку как взрослые особи, так и личинки обладают щупальцевым аппаратом, обеспечивающим захват пищевых частиц из водной среды. Исследование организации и развития форонид способно внести вклад в понимание возникновения и эволюции щупалец и других придатков у Bilateria.
Масштабный анализ строения щупальцевого аппарата у личинок форонид и его трансформации в процессе метаморфоза – превращения личинки в ювенильный организм – проведен Еленой Темеревой. Исследование охватило представителей шести видов, экземпляры которых были собраны из различных акваторий, включая моря России, Вьетнама и США. Для выполнения работы был применен комплекс современных методик, включающий сканирующую и трансмиссионную электронную микроскопию, иммуноцитохимию и конфокальную лазерную сканирующую микроскопию. Задача исследования заключалась в изучении процесса формирования и трансформации щупалец в ходе развития форонид.
В ходе исследования были получены следующие результаты. Прежде всего, личиночные щупальца форонид отличаются сложной организацией, будучи разделенными на шесть четко различимых зон, каждая из которых характеризуется особым строением. Это указывает на высокую степень специализации и адаптации щупалец к пелагическому образу жизни и фильтрационному питанию. Кроме того, у личинок форонид выявлено сочетание признаков, свойственных первичноротым (Protostomia) и вторичноротым (Deuterostomia). Данный результат свидетельствует о сложной эволюционной истории щупалец и возможной конвергенции механизмов фильтрации у различных групп животных. Также было установлено, что в процессе жизненного цикла щупальца личинок претерпевают значительные изменения, которые различаются у рассмотренных в работе видов. Возможна как частичная редукция некоторых структур с сохранением основы щупалец, так и их полная редукция. Была предложена гипотеза, что общий предок форонид, брахиопод и мшанок являлся пелагическим существом, и специализированные щупальца сформировались при жизни в толще воды, а не у дна. Полученные данные также подтверждают общее происхождение форонид, брахиопод и мшанок, несмотря на различия в развитии их щупалец. И, наконец, простое строение неспециализированных щупалец у ювенильных форонид может являться эволюционным «наследием» – оно напоминает то, какими щупальца, вероятно, были у самого древнего общего предка всех двусторонне-симметричных животных.
«Лофофораты представляют собой обширную группу беспозвоночных, включающую, как правило, форонид, брахиопод и мшанок. Однако, в последние годы, монофилия этой группы подвергается сомнению. Хотя в настоящей работе этот вопрос не рассматривается детально, полученные данные вновь демонстрируют сложное устройство щупальцевого органа – лофофоры, который является общей и характерной чертой всех лофофорат и служит подтверждением их единства. На основании анализа литературных данных и собственных предыдущих исследований я могу утверждать, что такие специализированные щупальца могли образоваться лишь в толще воды, что, в свою очередь, может указывать на появление лофофоры у общего предка лофофорат на пелагической, возможно, личиночной стадии развития. Этот результат подчеркивает важность педоморфоза (возникновения новых групп животных из личиночных форм) как одного из основных направлений эволюции Bilateria», – заключает Елена Темерева, автор статьи.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ