Что делает медузу медузой?
Полупрозрачные медузы, красочные кораллы и колышущиеся актинии имеют очень разные тела, но все относятся к одной большой ветви на древе животного мира. Медузы на самом деле начинают свою жизнь, прикрепившись ко дну моря, как кораллы и актинии. Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) недавно выяснили, какие гены позволяют медузам перейти от этой сидячей стадии и уплыть в море.
На ранних этапах жизненного цикла медузы развиваются из личинок в полипы — неподвижные, стебельчатые структуры, укоренённые в осадке. Актинии и кораллы проводят в этом состоянии всю жизнь, что дало им название anthozoa или «цветочные животные» по-гречески. Медузы отличаются от антозоев способностью развиваться из стадии полипа в стадию медузы, превращаясь в светящихся, колоколообразных существ.
Новое исследование, опубликованное 16 апреля 2019 года в Nature Ecology & Evolution, сообщает о расшифровке геномов двух видов медуз и исследует, почему одни существа могут переходить в стадию медузы, а другие остаются полипами. Геномы можно просматривать онлайн и сравнивать с другими видами на сервере OIST BLAST.
Вновь расшифрованные геномы медуз
Исследователи OIST и их коллеги из Японии и Германии сравнили геномы ушастой аурелии (Aurelia aurita) и большой кубомедузы Морбаки (Morbakka virulenta). В Японии эти виды известны как «водяная медуза» и «огненная медуза» соответственно. Огненная медуза очень ядовита и обязана своим названием болезненному, жгучему укусу.
«Сравнивая два разных типа медуз, мы ожидали выявить некоторые универсальные правила создания стадии медузы», — сказал доктор Константин Халтурин, первый автор исследования. Когда медуза покидает стадию полипа, включаются разные гены, управляющие её развитием. Чтобы идентифицировать эти особые гены, исследователям сначала пришлось каталогизировать все гены, присутствующие у изучаемых видов.
«Затем мы посмотрели, как эти гены ведут себя на стадиях полипа и медузы в их жизненных циклах», — сказал Халтурин.
Исследователи секвенировали полный геном аурелии из Балтийского моря и большой кубомедузы из Японии. Геномы содержат все инструкции для построения организма, закодированные в отдельных генах. Исследователи сравнили свежерасшифрованные геномы медуз с геномами кораллов и актиний, определив, какие гены присутствуют у каждого животного и в какой последовательности.
«Мы ожидали, что организация генома у двух медуз будет более похожей друг на друга, чем на геномы актиний или кораллов», — сказал Халтурин. Неожиданно порядок генов у аурелии был гораздо ближе к антозоям, чем к огненной медузе. Напротив, генетический состав двух медуз почти не перекрывался; их геномы различаются так же drastically, как геномы человека и морского ежа.
В чём разница
Результаты позволяют предположить, что геном большой кубомедузы должен был быть энергично перетасован в какой-то момент её эволюции. Недостаток сходства между аурелией и кубомедузой убедил исследователей в том, что не существует универсальной области в геномах медуз, ответственной за формирование стадии медузы.
Оставался один вопрос: почему кораллы и актинии не могут перейти в стадию медузы?
Чтобы решить эту загадку, исследователи оценили, какие гены были активны на стадиях полипа и медузы у обоих видов медуз. Они сравнили эти различные паттерны экспрессии генов с теми, что наблюдались у 11 разных видов стрекающих (Cnidaria) — таксономической группы, включающей медуз и антозоев. Примечательно, что они обнаружили, что кораллы и актинии содержат около двух третей генов, активных на стадии медузы у аурелии.
Но у аурелии есть особый генетический инструментарий: элитный арсенал генов, которые активируются на стадии медузы, но отсутствуют у антозоев. Не имея стадии медузы, кораллы и актинии лишены генов для развития определённых органов и тканей, таких как глаза и специализированные плавательные мышцы. Исследователи обнаружили, что водяная и огненная медузы имеют около 100 общих видоспецифичных генов, которые включаются только на их стадиях медузы. Большая часть этих генов кодирует транскрипционные факторы — белки, которые тонко регулируют, какие гены экспрессируются, когда и в каких количествах.
В перспективе исследователи планируют секвенировать геном местной кубомедузы — морской осы (Chironex yamaguchii, «хабу-курагэ»), что обеспечит более близкое сравнение с огненной медузой. Будущие исследования могут углубить понимание того, как эволюционируют медузы и что отличает их от их сидячих сородичей и других существ глубин.