Присоски головоногих могли возникнуть благодаря генетическому «перераспределению обязанностей». Ученые обнаружили неожиданные данные в эмбриональном развитии осьминогов и каракатиц.
Присоски осьминогов и каракатиц могли возникнуть не за счет появления новых генов, а благодаря повторному использованию уже существующих генетических механизмов. К такому выводу пришли ученые Токийского университета, исследовавшие развитие головоногих моллюсков (Cephalopoda).
Исследование опубликовано в научном журнале iScience. Ученые проанализировали активность генов в процессе эмбрионального развития каракатиц, осьминогов и улиток, чтобы понять, как из сравнительно простых структур тела древних моллюсков возникли сложные щупальца с присосками.
Исследователи обнаружили, что развитие щупалец и формирование присосок связано с различными генетическими механизмами. В растущих щупальцах головоногих активны гены, участвующие в формировании придатков у других животных, включая насекомых и млекопитающих. Однако в развивающихся присосках аналогичной активности не зафиксировали.
Вместо этого внимание ученых привлек ген Ets1, который участвует в ранних этапах эмбрионального развития моллюсков. Он проявлял активность именно в областях формирования присосок у осьминогов и каракатиц.
Таким образом, эволюция могла не создавать генетическую инструкцию с нуля, а адаптировать старый механизм для новой функции.
Как клетки формируют присоску
Микроскопические исследования позволили ученым наблюдать, что происходит с будущей присоской в процессе ее развития. На ранних этапах наружный слой клеток отделен от внутренних. Затем внешний слой начинает загибаться внутрь, создавая углубление — своего рода карман.
Одновременно происходят изменения в форме и положении клеток. Эти процессы напоминают эпителиально-мезенхимальный переход (EMT) — механизм, при котором клетки меняют свои свойства и поведение. Подобные процессы также участвуют в раннем эмбриональном развитии.
Ученые предполагают, что древние механизмы, обычно активные на ранних стадиях формирования организма, могли быть повторно задействованы позднее — при создании присосок. Однако пока это остается гипотезой: исследование выявило характерные закономерности активности генов, но не подтвердило, что именно Ets1 запускает образование присосок.
Чтобы проверить это предположение, понадобятся эксперименты с выключением или активацией отдельных генов, а также сравнение большего числа видов цефалопод.
Существует и другая интересная деталь. На ранних этапах развития присоски кальмаров, каракатиц и осьминогов показывают схожие процессы и рисунки активности генов. Но у взрослых животных присоски различаются по строению и механизму прикрепления. Это позволяет предположить, что в разных эволюционных линиях моллюсков исходные механизмы могли эволюционировать независимо.
Авторы исследования считают, что повторное использование древних генов может помочь объяснить происхождение и других необычных черт головоногих — таких как наличие клеток, отвечающих за смену окраски, чернильного мешка и крепкого клюва. Однако для каждой из этих особенностей нужны отдельные исследования.
Главный вывод: сложные органы не обязательно требуют полностью новых генов для своего появления. Иногда эволюция достигает нового результата, перенастраивая уже имеющиеся биологические инструменты.
Видео с уникальным осьминогом-призраком, обитающим на глубине четырех с лишним тысяч метров, можно посмотреть здесь.
Фото: hi-tech.mail.ru