Геном 28-глазой медузы может пролить свет на эволюцию зрения
Одна из главных загадок эволюции — как у видов впервые развилось сложное зрение. Медузы помогают учёным решить эту головоломку, так как эта группа независимо эволюционировала глаза по меньшей мере девять раз. У разных видов медуз есть поразительно разные типы зрения: от простых глазных пятен, определяющих интенсивность света, до сложных линзовых глаз, похожих на человеческие.
Биологи десятилетиями изучали структуру глаз медуз, светочувствительность и визуальное поведение, но точные гены, участвующие в формировании глаз медуз, остаются неизвестными.
Аиде Масиас-Муньос, профессор экологии и эволюционной биологии, исследует, как эволюционировали глаза и световосприятие, используя генетические инструменты. Её лаборатория только что завершила высококачественное секвенирование генома Bougainvillia cf. muscus — небольшого животного, похожего на медузу из группы Hydrozoa, у которого насчитывается 28 глаз.
Результаты опубликованы в журнале G3: Genes, Genomes, Genetics.
Хотя команда изначально планировала изучать более распространённый вид — кубомедузу Tripedalia cystophora в стадии полипа, — в их морском аквариуме неожиданно появилась Bougainvillia по мере взросления медуз, и она оказалась научной сокровищницей.
Bougainvillia печально известна сложностью содержания в лабораториях и мало изучена. Команде удалось извлечь ДНК всего из 15 крошечных особей и построить детальную генетическую карту с более чем 46 000 предсказанных генов. Считается, что это первый доступный геном для вида медуз с таким количеством глаз.
«Этот новый геном — отличный ресурс для сравнительных исследований, чтобы понять, как животные эволюционировали и какой генетический инструментарий присутствовал у их последнего общего предка», — сказала Масиас-Муньос.
Глаза Bougainvillia, называемые глазками (ocelli), — это простые структуры, которые обнаруживают свет, но лишены сложности линзовых глаз. При анализе её генома команда обнаружила 20 «опсинов» — светочувствительных белков, используемых для зрения во всём животном мире.
Для сравнения, у людей их всего четыре. Интересно, что опсины у Bougainvillia отличаются от таковых у более известных медуз, что позволяет предположить, что этот вид развил зрение по другому генетическому пути. Исследователи также нашли другие гены, участвующие в развитии глаз и реакции на свет.
В целом, этот геном предлагает важную новую подсказку для понимания того, как эволюционирует зрение, в частности, как простые глаза возникают в разных эволюционных линиях. Это мощная основа для будущих биологических исследований.
Будущие исследования зрения медуз
Лаборатория Масиас-Муньос продолжает сосредотачиваться на изучении генетики эволюции глаз. Будущие проекты включают исследование роли генов, связанных со зрением, идентифицированных в геноме Bougainvillia, и определение того, какие из них действительно участвуют в обнаружении света.
Другое направление исследований — изучение генетики регенерации глаз. Стрекающие с глазами, такие как Bougainvillia, могут восстанавливать сенсорные структуры, содержащие глаза, — подобно тому, как ящерицы регенерируют хвосты. Эта редкая способность может открыть новые представления о том, как формируются и восстанавливаются зрительные системы.
Отвечая на критику своей теории естественного отбора, Чарльз Дарвин однажды признался: «Глаз до сих пор заставляет меня содрогаться, но когда я думаю о прекрасных известных градациях, мой разум говорит мне, что я должен побороть эту дрожь».
«Прекрасные градации», обнаруженные у медуз, могут стать ключом к разгадке этой эволюционной тайны — и с увеличением количества геномов от уникальных видов с глазами, таких как 28-глазая Bougainvillia Масиас-Муньос, мы приближаемся к ответу.