Биоминерализация: как губки формируют свои кальцитовые спикулы

Многие кораллы и губки образуют скелеты, которые поддерживают и формируют их тела. Хотя биоминерализация — формирование этих скелетов — интенсивно изучалась у кораллов, главных экосистемных инженеров современных гиперразнообразных коралловых рифов, молекулярные механизмы этого процесса у также экологически важных морских губок до конца не были прояснены.

Команда под руководством геобиолога LMU профессора Герта Вёрхайде исследовала генетическую основу формирования скелета у известковых губок — организмов, чьи скелеты целиком состоят из микроскопических кальцитовых структур, называемых спикулами, — и идентифицировала группу белков, играющих важную роль в биоминерализации. Исследование опубликовано в журнале eLife.

«Поскольку губки являются одними из древнейших животных с минерализованными структурами, они дают ценное представление о ранней эволюции биоминерализации», — говорит ведущий автор исследования доктор Оливер Фогт.

Известковые губки уникальны тем, что их спикулы имеют различную форму и формируются всего несколькими специализированными клетками — иногда всего двумя. Для сравнения, формирование скелета у других животных сложнее — например, у каменистых кораллов в нём участвует целый клеточный слой. Это делает губки особенно интересной моделью для исследования клеточных основ биоминерализации.

В рамках интегративного подхода, сочетающего различные генетические методы с протеомным анализом, исследователям впервые удалось полностью расшифровать процесс формирования кальцитовых спикул у вида губок Sycon ciliatum на клеточном и молекулярном уровнях.

В процессе они обнаружили так называемые калькарины — семейство белков, играющее важную роль в кальцификации. Калькарины имеют структурное и функциональное сходство с галаксинами — белками, участвующими в формировании известкового скелета у каменистых кораллов.

«Эти результаты позволяют предположить, что губки и кораллы независимо друг от друга выработали сопоставимые генетические инструменты для биоминерализации — яркий пример конвергентной эволюции», — поясняет Фогт.