Почему ученые изучают червей?

Четыре года работы над докторской диссертацией я регулярно приезжал на морскую исследовательскую станцию на живописном шведском фьорде. Что меня туда манило? В иле у западного побережья Швеции обитает небольшой оранжево-коричневый червь, который для неискушенного взгляда кажется совершенно незначительным.

Для моих друзей мое увлечение этим невзрачным червем было источником большого веселья. Для большинства людей слово "червь" вызывает в воображении образ толстого розового дождевого червя. Так зачем же просеивать тонны грязи в ледяном шведском фьорде ради горстки животных, которых можно выкопать в саду?

В широком смысле червь — это любое относительно небольшое мягкотелое животное, но в этой группе наблюдается удивительное разнообразие. Эти животные живут по всему земному шару, некоторые из них невероятно выносливы: их можно найти в местах обитания от глубоководных гидротермальных источников до озер, которые в три раза солонее моря. "Червь" — это общий термин для огромного разнообразия животных с разными характеристиками, занимающих разные ветви древа жизни.

Это разнообразие означает, что ученые из многих дисциплин интересуются самыми разными видами червей. Например, мой червь из фьорда, Xenoturbella bocki, занимает ключевую позицию для понимания эволюции животных.

Регенерация

Если вам отрубить голову, новая не вырастет. Но если бы вы были планарией (плоским червем), вы бы не только отрастили новую голову — ваша голова также отрастила бы новое тело. Разрежьте одного из этих неприметных червей на сотни крошечных кусочков, и вы получите сотни новых животных. Планарии — истинные мастера регенерации.

Чтобы достичь этого, в каждом из этих фрагментов должны присутствовать как инструкции, так и материалы для построения нового тела. Эти строительные блоки называются необластами: стволовые клетки, распределенные по всему телу червя, которые могут превратиться в любой тип взрослых клеток.

Исследования регенерации планарий имеют неожиданные применения. Ученые могут изучать, какие гены удерживают необласты в гибком состоянии или направляют их на превращение в определенные типы клеток в процессе регенерации. Это исследование не поможет ученым научиться регенерировать новые человеческие головы, но может углубить понимание заживления ран или предложить новые мишени для исследований рака.

Палеонтологическая летопись

Если бы существовал приз за самого неудачно выглядящего червя, его, возможно, получили бы "черви-пенисы" (приапулиды, Priapulida). Их неудачная внешность на самом деле делает приапулид очень хорошо приспособленными к зарыванию в мягкие осадки, где они живут.

Это поведение оставляет ценное наследие. Окаменелые следы нор червей представляют собой одни из самых важных ископаемых, обнаруженных со времен кембрийской эры. Первые ранние представители большинства основных групп животных датируются этим геологическим периодом, который начался около 540 миллионов лет назад. Данные свидетельствуют, что именно черви, похожие на приапулид, создали эти следовые окаменелости, зарываясь в мягкий субстрат.

Эти древние предки означают, что приапулид описывают как "живые ископаемые". Изучение их генетики развития дает представление о древнем происхождении различных типов клеток и органов, которые мы находим у современных животных.

Например, понимая, как современные приапулиды формируют свой кишечник, ученые могут сделать вывод о процессах развития и генах, которые формировали кишечник животных, живших сотни миллионов лет назад. Это позволяет лучше понять, как разные животные совершенствовали и изменяли строение и структуру своего кишечника в ответ на окружающую среду и рацион.

Откуда взялись глаза?

Даже для Чарльза Дарвина эволюция глаза представляла концептуальную проблему. Как такая сложная структура могла возникнуть в результате естественного отбора?

Родственник дождевого червя и пиявки, кольчатый червь Platynereis dumerilii, оказался важным животным для понимания того, как это произошло. Platynereis эволюционирует особенно медленно и, подобно приапулидам, дает представление о чертах, характерных для наших очень древних предков.

Личинки Platynereis имеют один из самых простых глаз в животном царстве: двухклеточную структуру, состоящую из фоторецептора, способного обнаруживать свет, и пигментной клетки. Но у них есть дополнительный тип фоторецептора в личиночном мозге — тот, который также встречается в глазу позвоночных. Это говорит о том, что оба этих типа фоторецепторов присутствовали у предкового животного. Исследуя, как Platynereis использует эти клетки, ученые могут выдвигать гипотезы о шагах, посредством которых типы клеток и нейронные цепи в конечном итоге интегрировались, создав глаз позвоночных.

Мир червей простирается далеко за пределы скромного дождевого червя в вашем саду: существуют буквально миллионы различных видов, живущих по всему миру. Приведенные здесь примеры — лишь небольшое отражение этого разнообразия и неожиданной широты влияния исследований этих существ.