Почти каждый школьник знает, что у кошек четыре ноги, у людей - две, а у пауков - восемь устрашающих ног. Их количество конечностей неизменно, что определяется их генетическим кодом. Но новое исследование предполагает, что морские анемоны - часть известной адаптирующейся группы водных существ, известных как книдарии, - имеют преимущество перед ними. Это первый вид, у которого в ответ на еду отрастают совершенно новые конечности.
Морские анемоны-звездочки (Nematostella vectensis) - это крошечные, похожие на цветы беспозвоночные, обитающие в неглубоких соленых лагунах на побережье Северной Америки и в некоторых частях Соединенного Королевства. Они начинают свою жизнь как подвижные личинки, а затем оседают на дно, где развивают свою взрослую форму (претерпевают метаморфоз) и остаются на всю оставшуюся короткую жизнь. Для питания они ловят мелких моллюсков и ракообразных щупальцами, наполненными ядом, и тянут их ко рту. Но ученые так и не узнали, почему у некоторых анемонов всего четыре щупальца, а у других - 24.
Чтобы выяснить это, биолог развития Айссам Икми (Aissam Ikmi) из Европейской лаборатории молекулярной биологии и его коллеги вырастили в своей лаборатории более 1000 существ размером с ноготь. Работая над другим проектом, Икми заметил, что чем больше анемонов кормили, тем быстрее появлялись их щупальца - у некоторых могли появиться новые пары всего за несколько дней. Но когда кормление замедлилось, рост щупалец тоже замедлился. «Отсюда мы начали с самой простой гипотезы: имеет ли значение для них еда? И затем ответ был положительным», - говорит он.
Анемоны начинаются с четырех центральных бутонов вокруг рта, которые превращаются в их первые четыре щупальца. После этого рост новых щупалец, казалось, был обусловлен доступностью пищи. Когда ученые кормили анемонов обычной пищей из ракообразных рода Артемии, им потребовалось 5 дней, чтобы прорасти новые бутоны, и еще 5 дней, чтобы эти бутоны достигли длины полностью развитых щупалец.
Чтобы выяснить, что движет ростом щупалец, Икми изучил литературу и обнаружил, что у анемонов - подобно другим животным, растениям и даже дрожжам - есть клеточный сигнальный путь, который связывает потребление пищи с процессами развития. Когда исследователи заблокировали этот путь - известный как «мишень рапамицина» - у анемонов перестали расти новые бутоны и щупальца, несмотря на постоянное питание, они сообщают в этом месяце в Nature Communications.
Но «не существует единого рецепта для создания конструкции», - говорит Икми. Он обнаружил, что на взрослой стадии щупальца развиваются иначе, чем первые четыре щупальца анемона, и его команда определила ген в мышечных клетках, ответственный за рост этих стартовых бутонов. Затем, используя технику редактирования генов CRISPR, исследователи создали мутантных анемонов, лишенных этого гена. Первые четыре зачатка щупалец у мутантов развились до зрелости, но дополнительных щупалец не последовало, даже если они были хорошо покормлены. Без гена анемон просто не мог бы вырастить новые щупальца. Более того, мышечные клетки, в которых активен ген, отмечают, где будет расти следующая волна щупалец. По мере роста соседние мышечные клетки активируют свои собственные версии гена, создавая волновой эффект новых бутонов по всему телу анемона.
«Это очень интересное исследование», - говорит Кьяра Синигалья (Chiara Sinigaglia), биолог, которая не принимала участия в новой работе. Она говорит, что тот факт, что анемоны непрерывно строят свое тело в ответ на окружающую среду, является «одной из очень захватывающих черт книдарий».
«Поскольку некоторые виды анемонов могут жить более 65 лет, «им необходимо постоянно адаптировать свое тело к изменяющимся условиям окружающей среды», - говорит Джейк Уорнер (Jake Warner), биолог по развитию из Университета Северной Каролины в Уилмингтоне, не принимавший участия в исследовании. «Даже относительно простые структуры, такие как щупальца, используют сложные генетические программы [для этого]».
Икми говорит, что морские анемоны - животные, но реагируют больше как растения: поскольку они обычно застревают в одном месте, они постоянно приспосабливаются к окружающей среде. И, как и растения, у морских анемонов вырастают новые структуры тела, а не накапливается энергия. По мнению ученых, это делает их отличными кандидатами для изучения сложных взаимоотношений организм-среда. «Мы не знаем, как они могут жить все эти годы в одном и том же месте, где меняется окружающая среда. Как они могут приспособиться к своей биологии, все еще остается открытым вопросом», - говорит Икми.
Его следующие шаги включают исследование того, участвуют ли процессы, зависящие от кормления, также в регенерации, и исследование «нетрадиционной роли» мышц в определении того, где образуются новые щупальца.
Статья об исследовании была опубликована в журнале Sciencemag.
Источники: AAAS
