Cамым примитивным животным на земле оказался трихоплакс

Самое примитивное животное на свете похоже на медленно ползающую тонкую бесформенную пластинку (© Oliver Voigt 2006; фото с сайта wikimedia.org)
Самое примитивное животное на свете похоже на медленно ползающую тонкую бесформенную пластинку (© Oliver Voigt 2006; фото с сайта wikimedia.org)

Анализ митохондриального генома трихоплакса — загадочного многоклеточного существа, чрезвычайно просто устроенного — показал, что это самое архаичное из всех ныне живущих животных. Простота его строения не является результатом вторичного упрощения, как считали многие специалисты. Трихоплакс, по-видимому, стоит намного ближе к общему предку всех животных, чем другие примитивные представители животного царства, такие как губки и кишечнополостные.

К царству животных, по современным представлениям, относятся только многоклеточные организмы. Всевозможные инфузории, жгутиконосцы и другие простейшие, еще недавно называвшиеся в учебниках «одноклеточными животными», сегодня выведены из состава животного царства. Предками животных, по-видимому, были одноклеточные воротничковые жгутиконосцы, или хоанофлагелляты. Кроме них, относительно близкими родственниками животных считаются грибы.

Как выглядели самые первые животные? Какое из ныне живущих животных больше всего похоже на далекого общего предка? Эти вопросы издавна волнуют зоологов. Данные сравнительной анатомии и эмбриологии говорят о том, что первые животные должны были представлять собой нечто вроде шарика (или лепешки), состоящего из двух типов клеток. Клетки наружного слоя несли жгутики и служили для движения. Внутри помещались клетки, похожие на амеб и выполняющие пищеварительную функцию. Примерно так устроены личинки низших животных — губок и кишечнополостных. Многие специалисты считали, что именно эти группы (особенно губки) — наименее изменившиеся потомки общего предка всех животных, то есть самые примитивные из современных представителей животного царства.

Хоанофлагелляты — предполагаемые одноклеточные предки животных (фото с сайта mcb.berkeley.edu)
Хоанофлагелляты — предполагаемые одноклеточные предки животных (фото с сайта mcb.berkeley.edu)

Однако на почетное звание самого примитивного животного претендовало еще одно весьма странное существо — трихоплакс.

Это плоское создание, похожее на медленно ползающую кляксу, не имеет ни осей симметрии, ни мускулатуры, ни переднего и заднего концов, не говоря уже о таких сложных устройствах, как пищеварительная, нервная, кровеносная или выделительная система. Трихоплакс по своему строению напоминает личинок кишечнополостных, и его действительно довольно долго считали личинкой медузы. Но потом оказалось, что трихоплакс образует половые клетки и размножается половым путем.

Правда, до сих пор не удалось выяснить, как идет развитие оплодотворенного яйца: в лабораторных условиях эмбрионы погибают на очень ранних стадиях. В аквариуме трихоплакс размножается бесполым путем — делится надвое или отпочковывает маленьких многоклеточных «бродяжек», у которых уже есть все типы клеток, имеющиеся у взрослого трихоплакса. Тем не менее открытие полового размножения показало, что трихоплакс — не чья-то личинка, а вполне взрослое самостоятельное существо. Правда, могло оказаться и так, что трихоплакс произошел от более сложно устроенных животных в результате неотении — редукции поздних стадий развития и перехода к размножению на стадии личинки. Это явление довольно широко распространено (известный пример неотенического животного — знакомый аквариумистам аксолотль).

Окончательно решить вопрос о происхождении трихоплакса и его месте на эволюционном древе животного царства мог только тщательный молекулярно-генетический анализ. Геном трихоплакса очень мал (лишь в 10 раз больше, чем у кишечной палочки, и в 100 раз меньше, чем у человека), однако прочесть его зоологи пока не удосужились. И вот несколько дней назад в PNAS появилась достаточно сенсационная статья американских и немецких исследователей о результатах прочтения небольшой, но очень информативной части генома трихоплакса, а именно его митохондриальной хромосомы.

Оказалось, что митохондриальный геном трихоплакса по своему строению занимает промежуточное положение между «ближайшими родственниками животных» (хоанофлагеллятами и грибами) с одной стороны и всеми остальными животными (включая губок и кишечнополостных) — с другой.

Митохондриальные геномы хоанофлагеллят и грибов велики по размеру (порядка 40–80 тысяч пар нуклеотидов), содержат длинные некодирующие участки, располагающиеся как между генами (спейсеры), так и внутри них (интроны), гены белков, необходимых для клеточного дыхания (это основная функция митохондрий), гены рибосомных белков, а также несколько генов, кодирующих белки с неизвестными функциями. Животные, напротив, имеют очень маленькие митохондриальные геномы (порядка 14–18 тысяч пар нуклеотидов), с очень небольшими спейсерами, обычно без интронов. В митохондриальных генах животных закодировано лишь 12–14 белков, необходимых для клеточного дыхания; гены рибосомных белков и белков с неизвестными функциями отсутствуют.

Митохондриальный геном трихоплакса (изображение из статьи в PNAS)
Митохондриальный геном трихоплакса (изображение из статьи в PNAS)

У трихоплакса, как выяснилось, митохондриальный геном очень велик — 43 079 пар нуклеотидов, больше, чем у любого другого животного. Некодирующие участки занимают около половины генома, как у хоанофлагеллят (у животных — не более 25%). Имеется как минимум три интрона (у воротничкового жгутиконосца Monosiga — четыре, у большинства животных — ни одного, за исключением некоторых кишечнополостных, имеющих 1-2 интрона). Имеется пять генов, кодирующих неизвестные белки (у Monosiga — шесть, у животных — обычно ни одного). Гены рибосомных белков, однако, отсутствуют — этот признак отличает трихоплакса от хоанофлагеллят и грибов и сближает его с животными. Авторы статьи считают, что исчезновение из митохондриальной хромосомы генов рибосомных белков, возможно, является синапоморфией животного царства — то есть новоприобретенным признаком, который впервые появился у общего предка всех животных и по которому любое современное животное можно отличить от не-животных.

Полученные результаты подтверждают точку зрения, согласно которой трихоплакс — самое примитивное из ныне живущих животных. Он, безусловно, не является упростившимся потомком губок или кишечнополостных, чьи митохондриальные геномы сохранили гораздо меньше примитивных черт. Простота организации трихоплакса первична. Объясняется она тем, что из всех многочисленных и разнообразных потомков «общего предка всех животных» трихоплакс изменился меньше всех.

Источник: Stephen L. Dellaporta, Anthony Xu, Sven Sagasser, Wolfgang Jakob, Maria A. Moreno, Leo W. Buss, Bernd Schierwater. Mitochondrial genome of Trichoplax adhaerens supports Placozoa as the basal lower metazoan phylum // PNAS. 2006. Он-лайн публикация 26.05.2006.

Александр Марков


9
Показать комментарии (9)
Свернуть комментарии (9)

  • dims  | 02.06.2006 | 02:34 Ответить
    А что означают значки на этой красивой картинке?
    Ответить
    • Марков Александр > dims | 02.06.2006 | 11:57 Ответить
      Это названия генов. Буквы - гены тРНК. ORF - гены белков с неизвестной функцией. cox - наверное, цитохром-оксидазы. nad - вероятно, NADH-дегидрогеназы. mL, mS - рибосомные РНК.
      Ответить
      • dims > Марков Александр | 02.06.2006 | 14:23 Ответить
        А эти названия, они уникальны (специфичны) только для данного организма или для всей биосферы, как Вы говорили, обозначают целое семейство схожих генов?

        Что означают разные цвета квадратиков? Что означают красные линии, соединяющие некоторые гены? Что означают указатели каких-то позиций, поемченных однобуквенными подписями? (P.S. увидел ответ на этот вопрос)

        Я сам понял смысл только внутреннего круга: в центре написано количество пар нуклеотидов (bp -- это наверное, base pairs), и шкала внутри отмечает делениями порядковый номер основания в тысячах.

        :)
        Ответить
        • Марков Александр > dims | 03.06.2006 | 15:02 Ответить
          Эти названия - общие для ортологичных генов любых организмов. То есть соответствующие гены так называются не только у трихоплакса.

          Цвета квадратиков очевидны: зеленые - ORFы (белки с неизвестной функцией), синие - гены известных белков, серые - гены нетранслируемых РНК. Красной линией показана вторая нить ДНК (часть генов записана на одной нити двойной спирали, другая - на другой).
          Ответить
          • dims > Марков Александр | 03.06.2006 | 23:43 Ответить
            Спасибо. Мне это было неочевидно :)

            > (часть генов записана на одной нити двойной спирали, другая - на другой)

            А! Вот это вот как раз такой случай, что две комплементарные друг другу цепочки в качестве генов являются разными генами, да?
            Ответить
            • Марков Александр > dims | 04.06.2006 | 11:25 Ответить
              Не совсем понял вопрос. Если вы имеете в виду то место на картинке, где гены на двух противоположных цепочках чуть-чуть перекрываются, то вроде бы да, но только надо понимать, что один из этих генов - ORF (open reading frame) - ген, вычисленный теоретически. Может, он и не работает вовсе.
              Ответить
              • dims > Марков Александр | 04.06.2006 | 13:46 Ответить
                Всё-таки я тогда не понял обозначений. На рисунке есть просто места, где гены нарисованы с разных сторон окружности, а есть места, где они ещё снабжены красной линией. Сторона окружности наверно и означает сторону двойной спирали?
                Ответить
                • Марков Александр > dims | 04.06.2006 | 17:33 Ответить
                  Да, точно. Я сначала не понял. А красные линии, оказывается, обозначают интроны. Вот подпись к рисунку:

                  Fig. 1. Scale drawing of the mitochondrial genome of T. adhaerens. The complete sequence of the 43,079-bp mitochondrial genome from a Red Sea isolate
                  of T. adhaerens (59) was determined and annotated by identifying ORFs with the National Center for Biotechnology Information's ORF FINDER using genetic code
                  4. Known mitochondrial proteins (blue rectangles) were identified by BLAST and by alignment to corresponding proteins found in poriferans (NC006894,
                  NC006990, and NC006991), cnidarians (NC000933 and NC003522), and the choanoflagellate Monosiga (NC004309) to infer the start of translation. Genes
                  transcribed in the clockwise direction are shown on the outer circumference; genes transcribed in the counterclockwise direction are shown on the inner
                  circumference. Large (rnLa and rnLb) and small (rnS) ribosomal genes are represented as gray rectangles. The tRNAs (black lines) were identified by using
                  TRNASCAN-SE (62) and are annotated by their International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) amino acid codes. ORFs encoding unknown proteins100
                  aa in length are identified by their amino acid coding capacity (green rectangles). Introns in the cox1 and nad5 genes are shown as red lines connecting exons
                  (blue rectangles). A 103-bp imperfect direct repeat is shown as black triangles. Note that the carboxy-terminal region of cox1 (exons 5-7) is inverted with respect
                  to cox1 exons 1-4 because of the presence of a large 16-kb inversion encompassing the region from trnP to trnV. This inversion has been confirmed experimentally
                  in the Red Sea isolate but does not exist in another placozoan taxon (A. Signorovitch, L. Buss, and S.L.D., unpublished data).
                  Ответить
  • borisleykin  | 31.07.2006 | 18:15 Ответить
    Вот ещё статья на английском про трихоплакса с картинками -> http://www.ecolevol.de/headls/2favanim.html

    А разве http://en.wikipedia.org/wiki/Rhombozoa - паразиты живущие в почках осминогов, имеют всего от 8 до 40 клеток :-O - не примитивнее трихоплакса?
    Какие, вообще, многоклеточные имеют меньше всего клеток?
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»