Первый геном медузы раскрывает древние истоки сложного строения тела

Медузы проходят удивительную метаморфозу: от крошечных полипов на морском дне до плавающих медуз со стрекательными щупальцами. Эта способность к трансформации хорошо им служила, позволив пережить более 500 миллионов лет и массовые вымирания на Земле.

Первый детальный анализ генома медузы — ушастой аурелии (Aurelia aurita) — раскрывает истоки этой успешной стратегии выживания. Геном Aurelia, опубликованный 3 декабря в журнале Nature Ecology & Evolution, указывает, что ранние медузы использовали уже существующие гены для превращения из полипа в медузу. Результаты показывают, что животные могут относительно легко осваивать новые экологические ниши и формы.

«Эти данные — очередное доказательство того, что эволюция не обязательно усложняет генетический код», — сказал Дэвид Голд, ведущий исследователь. «Медузы могут строить большой, сложный жизненный цикл, используя многие из тех же генов, что и более простые животные».

Геном: многофункциональный инструмент

Медузы происходят из одной из древнейших ветвей на древе животных — типа Cnidaria, который включает кораллы и актиний. Вероятно, медузы были первыми животными, плававшими в открытом океане за счёт мышц. Они появились в позднем докембрии, в период крупных геологических и экологических изменений, предшествовавших кембрийскому взрыву разнообразия животных.

В ходе эволюции медузы приобрели способность переходить от сидячего полипа к плавающей медузе. Этот переход включает серьёзные изменения в нервной системе, мышцах и «оружии» — стрекательных клетках (книдоцитах). Исследователи обнаружили, что для этого стадия медузы часто «заимствует» уже существующие сети регуляторных генов и типы клеток, присутствующие у полипов. Кроме того, Aurelia формирует свои разные жизненные стадии, используя многие из тех же генов, что найдены у животных вроде плодовых мушек и людей (все эти животные имеют общего, хотя и древнего, предка).

Существует второе, более спорное объяснение находок в геноме медузы. Возможно, сходство генома аурелии и «высших» животных демонстрирует, что у Cnidaria изначально была стадия медузы, которую потеряли такие животные, как кораллы и актинии.

«Наши результаты не могут различить эти два сценария», — сказал Голд. Если вторая гипотеза верна, «плавающие хищные животные могут быть ещё древнее, чем мы думаем».

Помимо вопросов эволюции, геном Aurelia окажется ценным для многих других областей биологии. Aurelia — важная модель для изучения развития и функций нервных систем, а также может дать представление о заживлении ран и регенерации у животных. Лунные медузы также являются главными виновницами экологически и экономически разрушительных «цветений» медуз, которые становятся всё более частыми. Например, огромные скопления медуз забивали водозаборные трубы, вынуждая останавливать атомные электростанции во Флориде и Швеции. Улучшенное понимание генетики Aurelia может предложить новые идеи для контроля над этими явлениями.

«Во многих отношениях древние океаны позднего докембрия очень похожи на то, как будут выглядеть современные океаны в ближайшем будущем, — сказал Голд. — Это означает, что изучение того, как эволюционировали медузы в прошлом, может рассказать нам об их потенциальном влиянии на будущее».