Мінога допомогла зрозуміти, як хребетні тварини відростили голову

Одна з найбільших загадок еволюції — це поява у хребетних їхніх головах і черепах. Автори нового дослідження стверджують, що вирішили її, ретельно вивчивши ембріональний розвиток одного з найпримітивніших сучасних хребетних — японської або тихоокеанської міноги.

Хребетні відіграють особливу роль у сучасній біосфері. Вони великі, складноорганізовані і належать до найбільш успішних в еволюційному плані тварин. Хребетні – це істоти, що мають хребет, які належати до типу хордові. До нього входять деякі інші тварини, такі як ланцетники і оболочники. Вони позбавлені хребта, але принаймні частина життя мають іншу опорну структуру, яка тягнеться вздовж тіла, — хорду.

Перші предки хордових виникли на зорі сучасного етапу еволюції біосфери — у кембрійському періоді. Вважається, що вони нагадували ланцетників — невеликих сучасних хордових, які не мають ні хребта, ні навіть голови: лише хвіст, прикріплений до тулуба.

Незабаром з’явилися й перші хребетні — швидше за все, вони були споріднені з цілодобово круговертими, насамперед міногами. Ці тварини мають лише примітивний череп і позбавлені щелеп, що не заважає їм впиватися у тіло риб та паразитувати на них. Залишалося велике питання: коли хребетні відростили голову, тобто придбали відокремлений головний відділ тіла і відповідну частину скелета?

Одні вчені вважали, що голова першого хребетного (отже, і його нащадків) утворилася з модифікованих хребців, тобто вихідно була частиною хребта. Таке припущення одним із перших висловив ще Ґете. Інші стверджували, що череп з’явився самостійно та незалежно, на основі якихось інших структур.

Японські дослідники, які опублікували статтю в журналі iScience, стверджують, що знайшли відповідь на це запитання. За допомогою серій ультратонких зрізів та скануючої електронної мікроскопії вони докладно вивчили ембріональний розвиток японської або тихоокеанської міноги Lethenteron camtschaticum. Раніше такого детального та достовірного опису ембріогенезу міног не було. Дослідники також вивчили патерни генної експресії у L. camchaticum, а для порівняння — ланцетників та напівхордових (безхребетні тварини, близькі типу хордових).

У центрі пильної уваги вчених виявився розвиток мезодерми голови міноги, а також сомітів. Так називають парні мезодермальні утворення, розташовані симетрично з боків хорди та зародкової нервової системи хребетних.

Раніше ембріологи помітили, що в головній частині зародків хребетних також є парні утворення — бульбашки, що нагадують соміти. Треба було з’ясувати, чи справді ті та інші структури мають спільне походження. Автори нової статті впевнено спростували такий зв’язок.

Вони підтвердили, що у голові зародка міноги справді з’являються характерні кластери (скупчення) клітин. Однак вони не мають форму розеток (кола з отвором посередині), яку найчастіше приймають соміти хребетних. Такі розетки важливі наступних стадіях розвитку зародка. Більше того, у тканинах міноги, що розвивається, не виявлено активності генів, що беруть участь у формуванні сомітів і поділі зародка на сегменти — схожі ділянки, що знаходяться один за одним.

Виходить, мезодерма голови хребетних тварин розвинулася вже на ранніх етапах їхньої еволюції. Одночасно соміти, на думку авторів дослідження, швидше за все, виникли у ще більш давнього загального предка вторинноротих — великої групи тварин, куди входять хордові (включаючи хребетних), напівхордові та голкошкірі.

Вчені вважають, що їх стаття покладе край суперечкам зоологів, що тривали півтора століття про те, з’явилася голова хребетних «сама по собі» або була лише похідним їх хребта.