Ноя 18, 2016 Усложнение организма у древних животных было связано с появлением новых регуляторных молекул

Сразу с возникновением новейших органов и тканей у древних двусторонне-симметричных животных (билатерий) возникло наиболее 30 новейших микроРНК регуляторных молекул, правящих службой генов. Германские ученые нашли, что в ходе развития личинок простых билатерий различные микроРНК вырабатываются в различных видах формирующихся тканей. Это подтверждает предположение о узкой отношения меж возникновением новейших микроРНК и новейших тканей в ранешней эволюции билатерий.

Вместе с тем с возникновением новейших органов и тканей у древних двусторонне-симметричных животных (билатерий) взяло наиболее 30 новейших микроРНК регуляторных молекул, правящих службой генов. Германские ученые нашли, что в ходе развития личинок простых билатерий различные микроРНК вырабатываются в различных видах формирующихся тканей. Это подтверждает предположение о тесноватой взаимоотношения меж возникновением новейших микроРНК и новейших тканей в ранешней эволюции билатерий.

К билатериям касаются все животные, не считая самых простых (этаких как губы, трихоплакс и кишечнополостные), в том числе все червяки, моллюски, членистоногие и хордовые. Спецы по сравнительной анатомии и эмбриологии в процесс прошедшего века разработали немножко других теорий происхождения и ранешней эволюции билатерий. Решить, какая из этих моделей поближе итого к действительности, посодействовали новейшие предоставленные, в том числе молекулярно-генетические. (О этом досконально поведано в статье В. В. Малахова Новейший взор на происхождение билатерий).

Схема происхождения билатерий (из статьи В. В. Малахова Новейший взор на происхождение билатерий)

По современным представлениям, заключительный корпоративный предок цельных идущих в ногу со временем билатерий был сегментированным животным, располагал вторичную полость тела (целом) и, может быть, парные конечности (параподии). Другими словами, из цельных идущих в ногу со временем животных он был главным образом итого схож на кольчатого червяка. Сообразно, кольчатые червяки менее изменившиеся из цельных его отпрысков, либо, что то же самое, самые примитивные из идущих в ногу со временем билатерий. Это звучит не по привычке для почти всех зоологов, тот или другой привыкли считать самыми простыми билатериями не кольчатых, а плоских червяков. Все-таки филогенетические реконструкции, основанные на молекулярных принесенных, свидетельствуют о том, что плоские и законченные червяки, устроенные тривиальнее кольчатых, произошли от наиболее высокоорганизованных предков, другими словами подверглись вторичному упрощению (подробнее сантим.. в заметках: Конечности у членистоногих и кольчатых червяков растут из корпоративного корня, Элементы, 20.11.2008; Новейшие предоставленные дозволили уточнить родословную животного королевства, Элементы, 10.04.2008).

Сходственно тому как ланцетник может служить близкого рода живой упрощенной схемой хордовых (сантим..: Геном ланцетника сориентировал раскрыть секрет эволюционного фуррора позвоночных, Элементы, 23.06.2008), а исследование воротничковых жгутиконосцев подсобляет просочиться в тайну происхождения основных многоклеточных животных (сантим..: Расшифрован геном хоанофлагеллят ближайших одноклеточных родичей цельных многоклеточных животных, Элементы, 18.02.2008), кольчатые червяки приходят комфортной моделью для исследования древних шагов эволюции билатерий.

Ранешняя эволюция билатерий доставляет предназначенный энтузиазм в взаимоотношения с тем, что конкретно на этом шаге развития животного королевства вышло радикальное усложнение и диверсификация планов строения и взяло максимум новейших тканей и органов, в том числе центральная сердитая порядок, различные органы эмоций, сквозной кишечный тракт, спец мускулатура и т. д.

Чтоб осознать, откуда взялись все эти новшества, надо сначала разобраться, как они появляются в ходе личного развития (онтогенеза) идущих в ногу со временем организмов. Процесс здесь не совсем только в том, что личное развитие время от времени частично воссоздает (рекапитулирует) эволюционную историю, да и в том, что эволюция строения организма это сначала эволюция программы личного развития. Ведь в геноме нет ничего схожего на чертеж взрослого животного. Там грызть лишь программа поведения, функционирующая на степени отдельных клеток развивающегося эмбриона. Морфология взрослой особи приходит результатом действий самоорганизации, основанных на согласованном поведении делящихся эмбриональных клеток. Другими словами, вопросец о том, как явились новейшие органы и ткани, сводится к вопросцу о конфигурациях в програмке онтогенеза, тот или другой произошли у старых билатерий.

Принципиальные шаги к осознанию этих конфигураций имелись изготовлены в ходе исследования Hox-генов и остальных генов регуляторов личного развития животных (сантим..: Новое в науке о именитых Hox-генах, регуляторах развития, Элементы, 10.10.2006). Стало светло, что белки, кодируемые этими генами, играют главную роль в онтогенезе билатерий. Их более явная функция состоит в том, что они размечают эмбрион, определяя, где будет башка, а где хвост, где спина, а где чрево, где расти ногам, а где водиться границам меж секторами. Манипулируя службой белков-регуляторов, можнож перевоплотить, к примеру, 3-ий сектор груди дрозофилы в дубликат второго и тогда у мухи вырастет излишняя пара крыльев, можнож перевоплотить антенны в ноги либо достигнуть возникновения зачатков конечностей на брюшных секторах, где им водиться не положено.

Все-таки до осознания цельных тонкостей программы онтогенеза билатерий нам по-былому до оскорбительного далековато. В частности, выяснилось, что онтогенезом правят не совсем только белки, да и специализированные малые молекулы РНК микроРНК (microRNA). Как и белки-регуляторы, микроРНК влияют на активность генов, при этом под их контролем находятся также и гены, кодирующие те самые белки-регуляторы. Во почти всех вариантах удалось определить, какие конкретно гены регулируются теми либо другими микроРНК, но как все это соединено с определенными планами строения билатерий и с их эволюцией, узнать оказалось не так-то нетрудно.

В новейшей статье германских ученых, размещенной на веб-сайте журнальчика Nature, предпринята попытка внести хоть какую-то ясность в вопросец о роли микроРНК в ранешней эволюции билатерий. Для этого создатели выучили пространственное распределение различных микроРНК в органах и тканях развивающейся личинки кольчатого червяка Platynereis, тот или иной по свойскому строению чрезвычайно недалек к корпоративному предку билатерий, каким он видится сегодняшний день биологам. Для сопоставленья употреблялся очередной кольчатый червяк (Capitella) и морской еж Strongylocentrotus представитель вторичноротых. Билатерии, по современным представлениям, скоро затем близкого возникновения подразделились на две группы первичноротых и вторичноротых. К основным касаются кольчатые, плоские и законченные червяки, моллюски, членистоногие и максимум всякой мелочи, ко вторым иглокожие, полухордовые и хордовые. В качестве внешней по отношению к билатериям группы был употреблен представитель кишечнополостных актиния Nematostella (сантим..: Геном актинии оказался практически эким же трудным, как у жителя нашей планеты, Элементы, 11.07.2007).

Сопоставляя геномы различных животных, ученые ранее нашли, что у билатерий водится выше 30 неповторимых микроРНК, тот или другой нет у остальных живых организмов. Эти результаты подтвердились в ходе целенаправленного поиска микроРНК у платинереиса. У этого червяка обнаружилось 34 микроРНК, совместных для первично- и вторичноротых. Эти микроРНК теснее были у ругательного корпоративного предка цельных билатерий, но их не имелось у радиально-симметричных предков билатерий (не считая одной-единственной микроРНК, тот или иной именуется miR-сто и тот или иной грызть у актинии).

Эким образом, достается, что параллельно с резким усложнением организма и возникновением новейших тканей античные билатерии завоевали три 10-ка новейших микроРНК. Основной вопросец состоит в том, имелась ли меж этими новоприобретениями искренняя касательство. Ежели да, то надлежит ждать, что в ходе онтогенеза у простых билатерий микроРНК распределяются некоторым закономерным образом по формирующимся тканям. Ранее это пробовали выучить на высших животных, этаких как членистоногие и хордовые, но картина доставалась очень трудная и запутанная.

Оказалось, что в ходе развития платинереиса микроРНК вправду чрезвычайно верно распределены по дифференцирующимся тканям. В частности, древная микроРНК miR-сто и три остальные микроРНК обнаруживаются только в 2-ух маленьких группах клеток по обе сторонки от личиночной глотки (передней кишки). Клеточки при не далеком рассмотрении оказались нейросекреторными. Это занимательно, так как у позвоночных одна из этих молекул (miR-375) маркирует нейросекреторные клеточки гипофиза и поджелудочной железы, формирование тот или другой в онтогенезе соединено с передней кишкой.

У актинии экспрессия miR-сто нашлась в отдельных клеточках вдоль кромки личиночного рта (бластопора), приблизительно в той области, тот или иной, по сравнимо-анатомическим предоставленным, подходит передней кишке либо глотке билатерий (предполагается, что у предков билатерий был щелевидный рот, как у неких кишечнополостных, тот или иной позже склеился в центре, оставив два отверстия по бокам, тот или другой встали ртом и анусом).

У личинок червяка Capitella и морского ежа эти микроРНК тоже локализуются вокруг глотки. По-видимому, таковая их локализация первична для билатерий, но у продвинутых животных, этаких как членистоногие и хордовые, эти микроРНК расширили сферу собственной деятельности и встали функционировать не совсем только в передней кишке и связанных с ней нейросекреторных клеточках, да и в остальных числах зародыша.

Личинки кольчатых червяков, иглокожих и почти всех остальных билатерий плавают с помощью ресничных шнуров полосок эпителиальных клеток, компенсированных согласованно бьющимися ресницами. Три микроРНК (miR-29, miR-34, miR-92) у обоих исследованных червяков и морского ежа оказались приуроченными к сиим ресничным шнурам. У позвоночных эти микроРНК экспрессируются в нейронах, выстилающих желудочки мозга, при этом некие из этих нейронов веют ресницы.

Данный факт обязан привести в восторг сравнительных анатомов и эмбриологов, тот или другой издавна сказали о тесноватой взаимоотношения меж ресничными шнурами и сердитыми стволами и о том, что центральная сердитая порядок хордовых формируется из спинной сердитой трубки, тот или иной появляется методом впячивания предназначенной полосы эпителия, тот или иной, в свойскую очередь, гомологична невротроху ресничному шнуру, образующемуся у личинок билатерий на участке замкнувшегося щелевидного бластопора. Кратче разговаривая, клеточки с ресницами, выстилающие желудочки мозга позвоночных, исторически восходят к невротроху. Оттого то, что в их экспрессируются те же микроРНК, что и в невротрохе, указывает, что сравнительные анатомы XIXXX веков не подарком ели личный хлеб. На приведенном рисунке невротрох личинки платинереиса (правда, без ресничек в принесенном случае) приметен в внешности вертикальной полосы из бардовых точек на фигуре d.

Экспрессия 3-х микроРНК, приуроченных к ресничным шнурам, у личинок червяка Platynereis. Наименования микроРНК сочинены в правом нижнем углу каждой фигуры. Клеточки, в тот или другой находится принесенная микроРНК, представлены красноватым цветом. Зеленоватым цветом покрашены ресничные шнуры. Верхний ряд ранешняя личинка (трохофора, 24 часа затем осеменения), нижний подросшая личинка (метатрохофора, 72 часа затем осеменения, вид с брюшной сторонки). На фигуре d белоснежной стрелкой отмечена вертикальная полоса клеток, экспрессирующих miR-92. Эта полоса (невротрох) образовалась на участке замкнувшегося щелевидного бластопора, а потом из нее сформируется брюшная сердитая цепочка червяка. Невротрох гомологичен спинной сердитой пластинке зародышей хордовых, из тот или другой формируется спинная сердитая трубка зачаток центральной сердитой порядка. Набросок из обговариваемой статьи в Nature

Два комплекта микроРНК оказались приуроченными к двум различным областям мозга. Один-одинехонек набор находится в нейросекреторной ткани дорсальной (спинной) доли мозга. Те же самые микроРНК ранее имелись обнаружены в нейросекреторных клеточках гипоталамуса у рыб. То, что гипоталамус находится в нижней (брюшной) доли мозга, это верно, так как брюшная страна хордовых гомологична спинной стране остальных билатерий (В. В. Малахов. Происхождение хордовых животных, PDF, 236 Кб). 2-ой набор мозговых микроРНК у червяков экспрессируется у оснований антенн органов хим чувства. У мышей те же микроРНК приурочены к переднему мозгу, изначальной функцией тот или иной у позвоночных имелась обработка обонятельной инфы. Эким образом, тут тоже наблюдается нечто очень схожее на эволюционную преемственность.

Другие микроРНК тоже оказались распределены закономерным образом по различным видам формирующихся тканей, при этом имелись выявлены бессчетные параллели меж их распределением у различных билатерий. К примеру, miR-124 приурочена к центральной сердитой порядку у насекомых и плоских червяков, а у позвоночных к сердитым клеточкам вообщем. У платинереиса эта микроРНК экспрессируется лишь в центральной сердитой порядку мозге и брюшной сердитой цепочке. Остальные микроРНК, у позвоночных экспрессирующиеся в неких органах эмоций, у платинереиса тоже оказались приуроченными к чувствительным органам (очам, антеннам, чувствительным придаткам параподий). МикроРНК miR-1 и miR-133 у кольчатых червяков, как и у позвоночных, находятся лишь в развивающихся мышцах, и т д.

Заработанные результаты демонстрируют, что одновременное возникновение у ранешних билатерий новейших тканей и новейших микроРНК не имелось случайным совпадением. По-видимому, микроРНК вначале игрались главную роль в дифференцировке тканей у билатерий. Их функции, все-таки, оказались наиболее пластичными, чем у Hox-генов, и оттого у высших билатерий сфера влияния почти всех микроРНК стала сильно различаться от начальной.

Источник: