Учёные нашли червей, недавно развивших способность отращивать голову
Международная группа исследователей, включая биологов из Университета Мэриленда, обнаружила, что как минимум четыре вида морских немертин независимо эволюционировали способность отращивать голову после ампутации.
Регенерация отрезанных частей тела — явление нечастое, но встречающееся в животном мире: от саламандр, пауков и морских звёзд, способных отращивать конечности, до вида немертин Lineus sanguineus, который может восстановить целую особь из крошечного фрагмента ткани. Однако долгое время считалось, что регенеративные способности — это древний признак, который лишь некоторые виды сохранили, а большинство утратило в ходе эволюции.
Новое исследование, опубликованное 6 марта 2019 года в Proceedings of the Royal Society B, опровергает это предположение. Изучив 35 видов морских немертин, учёные выяснили, что способность регенерировать целую голову, включая мозг, развилась относительно недавно у четырёх разных видов.
«Это означает, что, сравнивая группы животных, мы не можем предполагать, что сходства в их способности к регенерации являются древними и отражают общее происхождение», — заявила Александра Бели, соавтор исследования. — «Нам нужно быть осторожнее, сравнивая данные о регенерации у разных групп животных».
Все животные в какой-то степени способны к регенерации. Даже люди восстанавливают кожу на ране. Однако у животных, чьи эволюционные линии разошлись очень рано (например, губки, гидроиды, гребневики), часто получается отрастить целую особь даже из небольшой отрезанной части. По мере роста сложности организмов регенеративные способности становились менее впечатляющими и распространёнными.
Чтобы понять, как эволюционирует регенерация, важно определить, где и когда на древе жизни происходили изменения в этих способностях. До сих пор научное понимание основывалось лишь на изучении животных, которые утратили регенеративные способности, потому что все известные случаи их приобретения произошли слишком давно для сравнительного анализа.
Новое исследование впервые чётко документирует приобретение регенеративных способностей и может пролить свет на условия, необходимые для эволюции этого признака.
Ход исследования и результаты
Учёные собрали немертин на побережьях США, Аргентины, Испании и Новой Зеландии в 2012–2014 годах. Они провели эксперименты по регенерации на 22 видах, разрезая червей пополам и наблюдая за их восстановлением. Данные по ещё 13 видам были взяты из предыдущих работ.
Все виды смогли восстановить задние концы тела и стать полноценными особями. Однако лишь восемь видов смогли отрастить голову и восстановить целую особь из задней части тела. Четыре из них были известны ранее, а четыре — открыты в этом исследовании.
Более удивительным, чем количество видов, способных отращивать голову, оказалось то, что большинство видов на это не способны. Исследования 1930-х годов показали, что Lineus sanguineus — чемпион регенерации, способный отрастить целое тело и голову из фрагмента, составляющего 1/200 000 часть особи. Этот пример создал репутацию всему типу немертин (Nemertea) как суперрегенераторов.
Естественным предположением было то, что это древний признак, унаследованный от общего предка, который некоторые черви начали терять. Однако, проанализировав 35 видов, исследователи реконструировали эволюционную картину регенерации в типе и обнаружили, что это более позднее эволюционное приобретение, даже для таких суперрегенераторов, как Lineus sanguineus.
«Предок этой группы червей, согласно нашим выводам, не мог регенерировать голову, но четыре отдельные группы впоследствии развили эту способность», — пояснила Бели. — «Одно из этих приобретений, как мы предполагаем, произошло всего 10–15 миллионов лет назад».
В эволюционных масштабах это недавнее событие, учитывая, что регенеративные способности, как считается, впервые возникли более 500 миллионов лет назад, до Кембрийского периода.
Значение открытия
Изучение случаев приобретения регенеративных способностей может значительно улучшить понимание стратегий развития, которые делают регенерацию возможной. Например, некоторые черви из исследования, не способные отращивать голову, выживали без неё несколько месяцев. Это может указывать на возможный эволюционный предшественник: выживание после ампутации в течение времени, достаточного для регенерации, может быть первым шагом.
«Эти виды, недавно развившие регенерацию головы, станут отличными моделями для изучения возникновения новых регенеративных способностей у животных», — заключила Бели. — «Теперь мы можем задавать вопросы: какие изменения в молекулярных процессах привели к появлению новой способности отращивать голову?».