Янв 9, 2023 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) явилось наиболее 30 новейших микроРНК регуляторных молекул, правящих занятием генов. Германские ученые нашли, что в ходе развития личинок простых билатерий различные микроРНК вырабатываются в различных разновидностях формирующихся тканей. Это подтверждает предположение о тесноватой взаимоотношения меж возникновением новейших микроРНК и новейших тканей в ранешней эволюции билатерий.

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 тесноватой взаимоотношения меж возникновением новейших микроРНК и новейших тканей в ранешней эволюции билатерий.

К билатериям иметь отношение все животные, не считая самых простых (эких как губы, трихоплакс и кишечнополостные), в том числе все червяки, моллюски, членистоногие и хордовые. Профессионалы по сравнительной анатомии и эмбриологии в процесс прошедшего века разработали немного других теорий происхождения и ранешней эволюции билатерий. Решить, какая из этих моделей поближе итого к действительности, направили 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, ругательный корпоративный предок целых идущих в ногу со временем билатерий был сегментированным животным, обладал вторичную полость тела (целом) и, вероятно, парные конечности (параподии). Другими словами, из целых идущих в ногу со временем животных он был главным образом итого схож на кольчатого червяка. Сообразно, кольчатые червяки менее изменившиеся из целых 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 иной привыкли считать самыми простыми билатериями не кольчатых, а плоских червяков. Все же филогенетические реконструкции, основанные на молекулярных принесенных, свидетельствуют о том, что плоские и совершенные 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 совместного корня, Элементы, 20.11.2008; Новейшие предоставленные дозволили уточнить родословную животного королевства, Элементы, 10.04.2008).

Сходственно тому как ланцетник может служить свойского рода живой упрощенной схемой хордовых (сантим..: Геном ланцетника направил раскрыть секрет эволюционного фуррора позвоночных, Элементы, 23.06.2008), а исследование воротничковых жгутиконосцев подсобляет просочиться в тайну происхождения главных многоклеточных животных (сантим..: Расшифрован геном хоанофлагеллят ближайших одноклеточных родичей целых 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 возникло самое большее новейших тканей и органов, в том числе центральная сердитая налаженность, 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. Тяжба 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 глодать лишь программа поведения, действующая на степени отдельных клеток развивающегося эмбриона. Морфология взрослой особи прибывает 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 иной произошли у старых билатерий.

Принципиальные шаги к осознанию этих конфигураций имелись изготовлены в ходе исследования Hox-генов и иных 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 котелок, 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 же до осознания целых тонкостей программы онтогенеза билатерий нам по-минувшему до оскорбительного далековато. В частности, выяснилось, что онтогенезом правят не совсем только белки, да и предназначенные 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 легко.

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 творцы выучили пространственное распределение различных микроРНК в органах и тканях развивающейся личинки кольчатого червяка Platynereis, тот или иной по свойскому строению чрезвычайно недалек к совместному предку билатерий, каким он видится сейчас биологам. Для сопоставления применялся очередной кольчатый червяк (Capitella) и морской еж Strongylocentrotus представитель вторичноротых. Билатерии, по современным представлениям, скоро затем свойского возникновения подразделились на две группы первичноротых и вторичноротых. К основным иметь отношение кольчатые, плоские и совершенные червяки, моллюски, членистоногие и самое большее всякой мелочи, ко вторым иглокожие, полухордовые и хордовые. В качестве внешней по отношению к билатериям группы был применен представитель кишечнополостных актиния Nematostella (сантим..: Геном актинии оказался практически таковым же трудным, как у жителя нашей планеты, Элементы, 11.07.2007).

Сопоставляя геномы различных животных, ученые ранее нашли, что у билатерий имется выше 30 неповторимых микроРНК, тот или иной нет у иных 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 водились у ругательного совместного предка целых билатерий, но их не водилось у радиально-симметричных предков билатерий (не считая одной-единственной микроРНК, тот или другой именуется miR-сто и тот или другой глодать у актинии).

Таковым образом, достается, что параллельно с резким усложнением организма и возникновением новейших тканей античные билатерии заполучили три 10-ка новейших микроРНК. Основной вопросец состоит в том, имелась ли меж этими новоприобретениями ровная отношение. 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, эких как членистоногие и хордовые, но картина раздобывалась очень непростая 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 необыкновенно в 2-ух незначительных группах клеток по обе страны от личиночной глотки (передней кишки). Клеточки при ближнем рассмотрении оказались нейросекреторными. Это любопытно, так как у позвоночных одна из этих молекул (miR-375) маркирует нейросекреторные клеточки гипофиза и поджелудочной железы, формирование тот или иной в онтогенезе соединено с передней кишкой.

У актинии экспрессия miR-сто нашлась в отдельных клеточках вдоль кромки личиночного рта (бластопора), ориентировочно в той области, тот или другой, по сравнимо-анатомическим принесенным, 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 иной встали ртом и анусом).

У личинок червяка Capitella и морского ежа эти микроРНК тоже локализуются вокруг глотки. По-видимому, экая их локализация первична для билатерий, но у продвинутых животных, эких как членистоногие и хордовые, эти микроРНК расширили сферу близкой деятельности и встали действовать не совсем только в передней кишке и связанных с ней нейросекреторных клеточках, да и в иных количествах зародыша.

Личинки кольчатых червяков, иглокожих и почти всех иных 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 дышат ресницы.

Данный факт соответствен привести в восторг сравнительных анатомов и эмбриологов, тот или иной издавна сказали о тесноватой взаимоотношения меж ресничными шнурами и сердитыми стволами и о том, что центральная сердитая налаженность хордовых формируется из спинной сердитой трубки, тот или другой появляется методом впячивания особенной полосы эпителия, тот или другой, в близкую 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 облике вертикальной полосы из бардовых точек на фигуре d.

Экспрессия 3-х микроРНК, приуроченных к ресничным шнурам, у личинок червяка Platynereis. Наименования микроРНК нацарапаны в правом нижнем углу каждой фигуры. Клеточки, в тот или иной находится предоставленная микроРНК, изображены 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 страны). 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 иной формируется спинная сердитая трубка зачаток центральной сердитой налаженности. Набросок из обговариваемой статьи в Nature

Два комплекта микроРНК оказались приуроченными к двум различным областям мозга. Один-одинешенек 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 сторонке иных 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. Таковым 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.

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

Источник: