Эволюция хордовых

Описано ископаемое животное из кембрийского периода, которое при ближайшем рассмотрении оказалось небольшим (3 сантиметра), но несомненным позвоночным. Находка позволила увидеть воочию один из промежуточных этапов процесса оформления головного конца тела позвоночных — цефализации.

Считалось, что симпатическая нервная система является эволюционным приобретением челюстноротых, возникнув уже после разделения с бесчелюстными. В новой работе, проведенной на морской миноге (Petromyzon marinus) ученые смогли доказать, что симпатоандреналовые клетки, функционирующие за счет дофамина, у бесчелюстных существуют и образуют тонкие продольные тяжи.

Исследования биологии развития рыб позволили выдвинуть новую версию происхождения парных — грудных и брюшных — плавников, от которых, в свою очередь, произошли конечности наземных позвоночных. Предполагается, что предшественником парных плавников была непарная преанальная плавниковая складка, которая часто присутствует у личинок современных рыб.

Китайские палеонтологи нашли и тщательно исследовали новые экземпляры юньнанозоона (Yunnanozoon). Они показали, что это существо действительно обладало развитым жаберным скелетом, что позволяет считать «зверька из Юньнани» первым предком позвоночных, или, говоря языком науки, представителем стволовой группы позвоночных животных.

Пескоройки — личинки миног, напоминающие ланцетника, — традиционно считались очень архаичными существами, проливающими свет на то, каким мог быть общий предок позвоночных. Однако новые данные по развитию палеозойских миног поставили эти взгляды под сомнение: описаны мальки древних миног четырех видов, ни у одного из которых не было ланцетникоподобной личинки-фильтратора.

Секвенирование генома европейского ланцетника, его всесторонний функциональный анализ и сравнение полученных результатов с данными по позвоночным позволило лучше понять, как повлияли на эволюционную судьбу позвоночных две полногеномные дупликации, произошедшие у их далеких ланцетникоподобных предков. У каждого предкового гена появилось по четыре копии, судьба которых сложилась по-разному.

Предполагалось, что центральная нервная система билатерий возникла единожды и имелась уже у их последнего общего предка. В пользу этой гипотезы свидетельствует сходство спинно-брюшной генетической «разметки» ЦНС у позвоночных, кольчатого червя Platynereis и, отчасти, дрозофилы. Новое исследование скандинавских биологов поставило под сомнение эту идею. Авторы изучили развитие ЦНС у девяти видов животных, относящихся к пяти типам, в том числе у другого представителя кольчатых червей. Во всех девяти случаях генетическая разметка ЦНС оказалась не такой, как у позвоночных и Platynereis.

Изучение эмбрионального развития двух видов брахиопод с разными способами закладки рта позволило норвежским и американским зоологам частично расшифровать молекулярно-генетические основы первично- и вторичноротости. Оказалось, что судьба бластопора связана с работой эволюционно консервативных генов — регуляторов развития, участвующих в разметке эмбриональных тканей вдоль передне-задней оси.

В онтогенезе позвоночных ключевую роль играет «организатор Шпемана—Мангольд» — группа клеток, расположенная у спинного края бластопора на стадии гаструлы. Он производит сигнальные белки, организующие поведение других эмбриональных клеток так, чтобы из них в итоге получился нормальный организм. Пересадка фрагмента организатора в произвольное место другого эмбриона приводит к формированию дополнительной оси тела. Эксперименты на эмбрионах актинии Nematostella показали, что у нее край бластопора тоже является осевым организатором, причем в основе его работы лежит активность того же сигнального каскада, что и у позвоночных.

Большой международный научный коллектив получил полные геномные последовательности двух представителей класса кишечнодышащих (тип полухордовые): Saccoglossus kowalevskii и Ptychodera flava, а также транскриптомы еще нескольких видов полухордовых, иглокожих и бескишечных плоских червей (Acoela). Новые данные позволили уточнить эволюционное дерево двусторонне-симметричных животных и получить более точное представление о наборе генов и образе жизни последнего общего предка вторичноротых.

Открытая в прошлом году у кольчатых червей структура, напоминающая хорду, — аксохорд — оказалась широко распространенной у самых разных типов животных. Это значительно подкрепляет гипотезу, согласно которой у общего предка двусторонне-симметричных животных аксохорд уже был. Вполне возможно, что наша хорда произошла именно от этого органа.

Проблема происхождения уникальной трубчатой центральной нервной системы хордовых животных до сих пор не решена. Американский биолог Линда Холланд сделала обзор современного состояния этой темы, привлекая новые данные из области генетики развития. В итоге она склоняется к гипотезе происхождения нервной трубки хордовых от брюшного нервного тяжа древних двусторонне-симметричных животных и делает вывод, что общий предок вторичноротых, вероятно, был очень похож на хордовое.

Ученые, получившие возможность пронаблюдать развитие ланцетника от личиночной стадии до взрослого животного, зарегистрировали у личинок формирование хрящевых клеток. Эти клетки составляют основу скелета ротовых щупалец. Прежде считалось, что в типе хордовых клеточный хрящ появился только у предков позвоночных и является их отличительным признаком. Теперь же стало ясно, что для образования хрящевого скелета были задействованы уже имевшиеся клеточные и генетические блоки.

У позвоночных животных есть особый эмбриональный зачаток, называемый нервным гребнем. Из клеток нервного гребня образуется удивительно много разных структур, от некоторых нервных узлов до большей части черепа. Многие ученые считают нервный гребень четвертым зародышевым листком, наряду с эктодермой, энтодермой и мезодермой. В вышедшем недавно обзоре рассказывается о современном состоянии этой проблемы.

Международная команда ученых взялась за изучение интересной анатомической структуры у кольчатых червей, на которую раньше внимания не обращали. Речь идет о брюшной продольной мышце кольчецов. Ученые присвоили этой структуре название аксохорд по аналогии с нотохордом (то есть хордой), характерным для хордовых (позвоночных). По их предположению, подобная структура уже имелась у примитивных билатерий, а в ходе эволюции она видоизменилась, превратившись в аксо- или нотохорд.

На основании подробнейшего анализа всех существующих останков пикайи (Pikaia gracilens) — мягкотелого животного из среднекембрийских сланцев Бёрджесс (возраст около 505 млн лет) — палеонтологи Саймон Конвей Моррис и Жан-Бернард Карон сделали вывод о том, что это существо можно считать самым «базальным» (примитивным) из известных на сегодняшний день хордовых.