Новая модель эволюции членистоногих: от эмбрионов к ископаемым

Новое исследование профессора Ариэля Чипмана из Института наук о жизни имени Александра Зильбермана Еврейского университета в Иерусалиме предлагает новую модель для понимания развития и эволюции планов строения тела членистоногих — в частности, расположения их сегментированных частей тела, известных как тагмы.

Членистоногие, включающие насекомых, ракообразных, пауков и многоножек, представляют собой самый разнообразный тип животных на Земле. Каждая группа определяется уникальным расположением тагм: например, у насекомых есть голова, грудь и брюшко, а у пауков — головогрудь и брюшко. Хотя эти планы строения широко известны, как они эволюционировали, долгое время оставалось загадкой.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B, предлагает новую модель развития, которая прослеживает эволюционное происхождение этих структур тела до различных процессов, происходящих во время эмбрионального развития.

Основываясь на сравнительной биологии развития, классических эмбриологических исследованиях и данных из палеонтологической летописи членистоногих, в работе выделены три предковых зоны развития, из которых произошли все тагмы членистоногих. К ним относятся:

• Уникальный набор передних сегментов.
• Средняя часть тела, формирующаяся в пределах уже существующего поля развития.
• Задняя область, генерируемая последовательно из специализированной зоны роста.

Эта модель не только бросает вызов традиционному разделению на короткозародышевое (short-germ) и длиннозародышевое (long-germ) развитие (термины, описывающие, сколько сегментов определяется на ранних стадиях жизни эмбриона), но и переосмысливает роль известных генетических регуляторов, таких как Hox-гены, в определении идентичности сегментов и тагм.

Связывая механизмы развития с ископаемой историей членистоногих, исследование предлагает всестороннее объяснение огромного разнообразия их форм. Оно предоставляет четкую, унифицированную основу для понимания того, как сложные и разнообразные планы строения тела членистоногих возникали в ходе эволюции.

Профессор Чипман подчеркивает, что «эти открытия открывают новые вопросы и направления для исследований, особенно в идентификации генетических и молекулярных драйверов формирования тагм у разных видов».

Исследование является результатом более чем десятилетней работы в лаборатории профессора Чипмана над режимами развития у разных членистоногих. Оно представляет собой синтез множества данных, сложившихся в общую картину. Работа также подчеркивает важность междисциплинарных подходов — объединяющих биологию развития, палеонтологию и эволюционную теорию — для раскрытия глубинных закономерностей, сформировавших самую разнообразную группу животных на планете.