У губок не всё так просто, как кажется

Губки, самые простые многоклеточные, имеют весьма разнообразную окраску, которую им придают бактерии симбионты — как выяснилось, очень многочисленные. На фото из обсуждаемой статьи в Science: губка Xestospongia muta (на заднем плане), у которой симбионты составляют до 40% объема, и Agelas conifera (спереди)
Губки, самые простые многоклеточные, имеют весьма разнообразную окраску, которую им придают бактерии симбионты — как выяснилось, очень многочисленные. На фото из обсуждаемой статьи в Science: губка Xestospongia muta (на заднем плане), у которой симбионты составляют до 40% объема, и Agelas conifera (спереди)

Исследования последних лет показали, что самые простые многоклеточные — губки — представляют собой сложный симбиотический комплекс, включающий более сотни различных микроорганизмов. Многие из этих симбионтов встречаются только в губках. Более того, состав симбионтов у губок разных видов и в разных частях света оказался очень схожим. Это означает, что губки приобрели симбионтов в самом начале своей эволюции и по неизвестной причине сохранили их состав неизменным.

В последние 10–15 лет биологи начали пересматривать твердо установленные постулаты и перекраивать свою биологическую аксиоматику. Среди главных причин такого революционного движения — развитие новых методов микроскопирования и молекулярной биологии, в частности возможность читать генетические последовательности. Даже самый, казалось бы, простой организм — губка — в беспощадном свете новых методов видится уже довольно сложным.

Губку можно схематично представить в виде двух слоев клеток — эпителиальных и пищеварительных, а между слоями формируется твердый скелет из разного рода спикул (известковых или кремнезёмных игл). Хорошо известны старые опыты, в которых губку размалывали в кашу, а затем наблюдали, как клетки сами собой сортируются и снова складываются в полноценное животное. По сей день тянется дискуссия, следует ли относить губок к высокоорганизованным колониальным одноклеточным или к низкоорганизованным многоклеточным. Что может быть проще губок?

Но в последние годы выяснилось, что каждая губка — это конгломерат, включающий в себя более сотни (!) симбиотических организмов. Это стало очевидным после того, как исследователи из Алабамского университета в Бирмингеме (США) определили состав нуклеотидных последовательностей 16S-РНК у губок. Прежде симбионтов определяли с помощью лабораторного культивирования всей клеточной массы. Таким способом можно выявить только 5% микроорганизмов-симбионтов, потому что большинство симбионтов (да и свободноживущих микроорганизмов) в лабораторных пробирках не растут. Группу культивируемых в лаборатории микроорганизмов-симбионтов составили в основном фотосинтетики — цианобактерии и одноклеточные водоросли. Как и у кораллов, у губок эти микроорганизмы фиксируют углекислоту, снабжая гетеротрофную губку пищей и одновременно кислородом и энергией. Помимо них культивируются еще и актинобактерии.

Выделенные из губок актинобактерии, которые удалось культивировать в лаборатории. Фото из статьи в Science
Выделенные из губок актинобактерии, которые удалось культивировать в лаборатории. Фото из статьи в Science

Но кто еще, помимо фотосинтетиков, оказался сожителем губок? По 16S-РНК опознали архебактерий, альфапротеобактерий, актинобактерий, бактерий-нитрификаторов. В общей сложности микромир губок оказался весьма разнообразным: около 100 видов, принадлежащих к 14 типам бактерий, 2 типам архебактерий и нескольким видам эукариот. Многие из этих микроорганизмов определены пока только внутри губок, а в воде вокруг их нет. Вполне возможно, что своих симбионтов губка-родитель передает по наследству потомству: в сперматозоидах и в личинках губок обнаружили симбиотических бактерий. Замечательно, что набор симбионтов разных видов губок из разных частей света оказался очень сходным. Это означает, во-первых, что губки приобрели своих симбионтов в самом начале эволюционного пути. Во-вторых, что жизнеспособность и функционирование такого организма, как губка, требует совершенно определенного набора условий, который обеспечивается специфическим набором симбионтов.

Получается, чтобы быть губкой, недостаточно иметь два слоя клеток и скелетные иглы, необходимо еще присутствие сотни действующих лиц. Какие из этих действующих лиц главные и обязательные, а какие второстепенные и необязательные — это ученым еще предстоит выяснить. Может ли вообще губка жить без своих симбионтов? Нужно понимать, что определить функции каждого из сожителей по отдельности практически невозможно — ведь их нельзя культивировать и, следовательно, выяснить, кто чем живет. Пока что удается лишь проследить с помощью радиоактивных меченых атомов путь отдельных веществ по цепочке микроорганизмов. Самих микроорганизмов «помечают» при этом разноцветными флуоресцентными белками. Так что можно видеть, что едят различные участники губкового консорциума.

Масса клеток внутри губки, «размеченная» флуоресцентными белками. Зеленые — это клетки самой губки, синие — неопределенные симбионты, а красные — бактерия нитрификатор Nitrospira. Фото из статьи в Science
Масса клеток внутри губки, «размеченная» флуоресцентными белками. Зеленые — это клетки самой губки, синие — неопределенные симбионты, а красные — бактерия нитрификатор Nitrospira. Фото из статьи в Science

Все эти исследования заставляют философски и методологически пересмотреть вопрос о сущности целостного организма. Даже такой просто устроенный организм, как губка, на самом деле оказался набором из множества различных организмов, каждый из которых предпочитает совместную жизнь единоличному обитанию. Другой вопрос: почему сами губки эволюционировали, а их сожители сохранили консервативный облик? Ведь у всех губок набор симбионтов более или менее единообразен. Всё это вопросы для нового поколения биологов.

Но исследователи убеждены, что их работа имеет не только академический интерес. Известно, что вытяжки губок обладают хорошим лечебным эффектом для многих заболеваний, в частности подавляют рост раковых клеток. Вполне возможно, что клиническое действие оказывают не сами губки, а их симбионты. Ведь очевидно, что одна из функций симбионтов — это защищать хозяина от нежелательных паразитов. В этом случае имеет смысл поискать среди бактерий тех, кто реально может справиться с паразитарными инфекциями. Так, вещество манзамин А (manzamine), выделенное из губок, гораздо действеннее в лечении малярии, чем все известные препараты. Ученым из Института биотехнологий Мэрилендского университета в Балтиморе (США) удалось показать, что это вещество синтезируется всеми видами губок, так что вероятность его бактериального происхождения чрезвычайно высока. Если ученые найдут эту гипотетическую бактерию, то наладить производство манзамина А при нынешних технологиях будет не очень сложно.

Источник: Gretchen Vogel. The Inner Lives of Sponges  // Science. 23 May 2008. V. 320. P. 1028–1030 (DOI: 10.1126/science.320.5879.1028).

Елена Наймарк


9
Показать комментарии (9)
Свернуть комментарии (9)

  • PavelS  | 04.06.2008 | 15:31 Ответить
    Нельзя ли прояснить по аспекту, что из схожести состава симбионтов делается вывод "Это означает, что губки приобрели симбионтов в самом начале своей эволюции и по неизвестной причине сохранили их состав неизменным". Мне, как обывателю, проще поверить что губки легко обмениваются (заражают друг друга) наиболее эффективными симбионтами последнего поколения, чем в то, что они их хранили без изменений все миллионы а то и миллиард лет.
    Ответить
    • zg > PavelS | 05.06.2008 | 14:20 Ответить
      > Мне, как обывателю, проще поверить что губки легко обмениваются
      > (заражают друг друга) наиболее эффективными симбионтами последнего
      > поколения

      все разом?... "Замечательно, что набор симбионтов разных видов губок из разных частей света оказался очень сходным." Или "эффективные симбионты" самые востребованные во всех частях света?.. Я думаю, что расхождение было бы очень велико.
      Ответить
      • PavelS > zg | 05.06.2008 | 15:39 Ответить
        Именно востребованы все разом (или не востребованы, а просто живут все те, кто может жить в губках - т.е. паразитировать). Иначе они и в случае "консервативной" модели разошлись, т.к. невостребованные уничтожались бы.
        Вообще конечно "почему расхождение не велико" - это и есть вопрос, на который предлагается 2 ответа:
        в статье говориться что вероятно они так эволюционировали от общего предка (вертикально), а мне думается что возможно заразились не так давно (горизонтальный перенос ген).

        Думаю, это не так уж и сложно было бы проверить, оценивая количество мутаций в этих симбионтах, т.е. оценивая время, когда возникли симбионты: до или после расхождения самих видов губок.

        Еще такая деталь... в публикации нет ни слова "внутриклеточный". Т.е. не ясно, симбионты внутри- или внеклеточные. Если вне- то это ещё 1 довод за горизонтальный перенос.
        Ответить
        • zg > PavelS | 05.06.2008 | 20:17 Ответить
          > Именно востребованы все разом
          ???... условия разные, а востербованы все симбиоты?! да ещё и передаются от одной губке к другой со скоростью света, чтобы поспеть к разным пробам..

          > на который предлагается 2 ответа
          кем? в статье только один ответ.

          > что возможно заразились не так давно
          и люди пока активию не глотнут, так без полезных бактерий и живут ))
          Ответить
          • PavelS > zg | 05.06.2008 | 23:46 Ответить
            Вы хоть читайте что вам пишут. В статье 1 ответ, у меня другой. В сумме 2 ответа. Оба возможно неправильные или частично правильные. Т.к. если губки были заражены этими самыми бактериями изначально, с момента появления всего таксона губок, то по прошествии кучи лет в разных условиях (как вы верно подметили) их биологические линии так разошлись бы, что они и похожи друг на друга не были бы. Вот вы верите что бактерии были ультраконсервативными на протяжении всех лет при том, что условия разные? Я не верю.

            А люди заражаются очень и очень многими пищеварительными бактериями в первые же дни жизни. Если не ошибаюсь. Зубной налёт тоже к примеру вызван бактериями. И в воде, где течения, там это вероятно проще и быстрее. Да и времени у актиний было много. Али вы думаете что это всё через половые клетки передаётся?
            Ответить
            • Ka > PavelS | 06.06.2008 | 02:15 Ответить
              Полностью согласен. Мысль о том, что симбионты наследовались исключительно вертикально, по меньшей мере, сомнительная. Особенно с учетом того, что ничего принципиально нового, что в морской воде не найдешь, в этих губках не обнаружили.
              Ответить
            • zg > PavelS | 06.06.2008 | 09:15 Ответить
              > Вы хоть читайте что вам пишут.
              > В статье 1 ответ, у меня другой. В сумме 2 ответа.
              ну да, как же это я не углядел... просто, мне на "миг" показалось, что Вы имели ввиду статью ;)

              > Вот вы верите что бактерии были ультраконсервативными на протяжении
              > всех лет при том, что условия разные?

              http://elementy.ru/news/430738 почему нет? если симбиоты живут в губке и передаются по наследству и всех всё устраивает, то зачем меняться? это невыгодно.
              Ответить
              • PavelS > zg | 06.06.2008 | 22:49 Ответить
                Опять же, под такую логику можно подвести и то, что в результате горизонтального обмена всех всё устраивает. А вот почему всех всё устраивает, даже если условия разные - вопрос. В случае горизонтального обмена он решается за счет предположения что ничего лучше пока что не успело возникнуть, т.к. обмен был не очень давно.
                Ответить
  • Ka  | 04.06.2008 | 15:41 Ответить
    "Это стало очевидным после того, как исследователи из Алабамского университета в Бирмингеме (США) определили состав нуклеотидных последовательностей 16S-РНК у губок". Крайне неудачно написано. Лучше "...определили нуклеотидные последовательности генов 16S рРНК симбионтов губок" или "...симбионты губок были изучены с помощью определения нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК". Или, лучше, всю фразу: "Это стало очевидным после того, как видовой состав симбиотического сообщества губок был исследован с помощью определения нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК".
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»