Життя на Землі, можливо, розвинуло здатність утворювати ембріони ще до того, як з’явилися перші тварини. Одноклітинний організм, який живе, зарившись у мул на мілководді, має вражаючу схожість з ембріонами тварин у процесі розмноження, стверджує група вчених на чолі з біохіміком Марін Оліветта з Женевського університету. Те, як він ділиться, нагадує процес поділу ембріональних клітин.
Організм, про який йде мова, – це іхтіоспоровий мікроб Chromosphaera perkinsii, і оскільки він існує вже понад мільярд років, задовго до появи перших тварин, його існування свідчить про те, що життя розробило програму для яйцеклітин ще до того, як з’явилися самі яйцеклітини.
«Хоча C. perkinsii є одноклітинним видом, – пояснює біохімік Омайя Дудін зі Швейцарського федерального технологічного інституту, – така поведінка свідчить про те, що процеси багатоклітинної координації та диференціації вже були присутні в цьому виді задовго до появи перших тварин на Землі».
Багатоклітинні тваринні організми починають своє життя однаково. Дві зиготи зливаються і зливаються, запускаючи процес поділу і росту клітин. Початкові стадії клітинного поділу називаються дробленням, під час якого відбувається швидке ділення без росту – процес, відомий як палінтомія. Кінцевим продуктом цього процесу є купка клітин, порожниста посередині, схожа на ягоду малини. Це називається бластула.
Цей процес у тварин спостерігається і в одноклітинних організмів як засіб розмноження. Організм ділиться на кілька дочірніх клітин, які відокремлюються і стають самостійними. І, власне, вчені проводили паралелі між цими двома процесами і раніше. У статті, опублікованій на початку цього року, було висловлено припущення, що іхтіоспори можуть бути чудовою моделлю для розуміння походження тварин.
Це тому, що іхтіоспорові представляють клас одноклітинних організмів, які понад мільярд років тому відокремилися від лінії, що дала початок тваринам. Вони не є тваринами, але тісно пов’язані з ними, і будь-яка схожість між тваринами та іхтіоспорами могла бути успадкована від спільного предка до того, як лінії розійшлися. Раніше цього року група вчених, до якої входив Оліветті, опублікувала статтю, в якій описала палінтомічне розмноження у C. perkinsii, подібне до мітозу тварин.
Дудін та його колеги провели дослідження C. perkinsii – одного з небагатьох іхтіоспорових, який не є паразитом, – порівнявши його з кількома іншими представниками класу, щоб побачити, чи можна виявити подальші подібності між палінтомічним розмноженням та розщепленням ембріонів тварин.
Вони виявили, що після палінтомії C. perkinsii утворює скупчення клітин, подібно до бластули. І в цій колонії є щонайменше два різних типи клітин. Потім конгломерат клітин залишається в цій колонії, схожій на бластулу, протягом значної частини свого життєвого циклу, перш ніж клітини зрештою розбігаються і починають займатися своїми справами.
Він напрочуд схожий на розвиток ембріона тварини. Це дозволяє припустити, що розвиток міг бути спорідненим між тваринами та іхтіоспорами, і що генетичне програмування ембріонального розвитку було закладено ще до появи ембріонів на світ.
Але природа також дуже добре вміє відтворювати те, що працює. Іноді ознаки або процеси з’являються незалежно у дуже різних організмів, цей процес відомий як конвергентна еволюція. Розвиток і кластеризація колоній C. perkinsii здається незвичним; цього не спостерігалося в інших іхтіоспорових.
Насправді, окрім деяких розрізнених часткових спостережень, жоден інший родич тварин не розвивається подібно до ембріона тварини або C. perkinsii. Це наводить на думку, що відповіддю може бути конвергентна еволюція; але ми також не можемо виключити і спільного предка.
У будь-якому випадку, на нас чекає багато цікавого. З одного боку, C. perkinsii може відкрити нові можливості для розуміння еволюційного походження всіх тварин. З іншого боку, це свідчить про те, що генетичний інструментарій, доступний для раннього життя, був набагато універсальнішим, ніж ми думали.
«Майбутні дослідження матимуть важливе значення для з’ясування того, як відбувається просторова диференціація клітин у C. perkinsii», – пишуть дослідники у своїй статті. «З усім тим, наше дослідження показує, що C. perkinsii являє собою перехідну форму між часовою і просторовою диференціацією клітин, що дає уявлення про еволюційні механізми, які призвели до появи багатоклітинності тварин». Результати дослідження опубліковано в Nature.