Губки могут экономить на потреблении кислорода

Губки не имеют сигнального пути, который реагирует на низкий уровень внутриклеточного кислорода у более сложных животных. Используют ли они другой механизм для этой цели, или их древнейшие предки эволюционировали в то время, когда кислорода было меньше?

Герт Вёрхайде из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) изучает раннюю эволюцию животных более 650 миллионов лет назад. Он и его коллеги недавно показали, что губки (Porifera), а не гребневики (Ctenophora), как считают некоторые, с наибольшей вероятностью являются сестринской группой для всех других типов животных. В новом исследовании, проведённом совместно с группой профессора Дональда Кэнфилда из Университета Южной Дании, команда Вёрхайде показала, что губки могут обходиться гораздо меньшим количеством кислорода, чем большинство других животных. Работа, опубликованная в ведущем международном журнале eLife, также выявила, что губки лишены специфического биохимического сигнального пути, который другие животные используют для определения уровня кислорода в своих клетках и тканях.

Подавляющее большинство современных животных зависит от адекватного снабжения кислородом. Они обладают молекулярной системой (HIF-сигнальный путь), позволяющей адаптироваться, когда уровень кислорода падает ниже порогового значения. Однако не было ясно, есть ли гены компонентов этого пути у всех современных линий животных.

Эксперименты в лаборатории Вёрхайде с морской губкой Tethya wilhelma показали, что этот вид продолжает процветать в воде, содержащей всего 0.25% от современного уровня насыщения кислородом в атмосфере Земли. Это неожиданный результат.

Последующие молекулярно-генетические исследования широкого спектра губок и нескольких видов гребневиков продемонстрировали, что эти две линии лишены нескольких ключевых компонентов канонического HIF-сигнального пути.

Это ставит вопрос: развили ли губки способность справляться с нехваткой кислорода в своей среде обитания или у них есть альтернативный механизм обнаружения и реакции на низкий уровень кислорода? Ответ имеет важное значение для понимания эволюционной истории животной жизни.

Считается, что когда первые животные появились в докембрии, уровень кислорода в атмосфере составлял примерно одну десятую от нынешней концентрации. «Никто точно не знает, каковы были условия на Земле в то время. Однако ни губки, ни гребневики — обе наиболее вероятные сестринские группы всех других животных — не обладают способностью воспринимать и адекватно реагировать на уровень кислорода с помощью HIF-пути, как это делают другие животные. И поскольку эксперименты показали, что губки способны выживать при очень низком уровне кислорода, возникает соблазн сделать вывод, что последний общий предок животных эволюционировал и жил в очень бедной кислородом среде», — заключает Вёрхайде.