Новые данные о развитии плана тела хордовых отвечают на давние вопросы эволюции

Хордовые (включая позвоночных) и иглокожие (например, морские звёзды и ежи), как полагают, произошли от общего предка-вторичноротого около 500 миллионов лет назад. Однако вопрос о том, как развился сложный план тела хордовых, оставался предметом дискуссий.

Новое исследование, опубликованное в журнале Developmental Biology учёными из Окинавского института науки и технологий (Япония), даёт на него ответ.

Анализ экспрессии генов на уровне одной клетки

Исследователи проанализировали гаструлы (эмбрионы) и бипиннарии (личинки) морской звезды Patiria pectinifera. С помощью РНК-секвенирования на уровне одной клетки они классифицировали клетки на 22 кластера на основе профилей экспрессии генов, важных для развития.

"Раньше мы могли изучать экспрессию РНК только на тканевом уровне, что давало лишь общее представление. Такие методы, как single-cell RNA sequencing, позволяют анализировать эти процессы на клеточном уровне", — объясняют авторы.

Сравнение с планом тела хордовых

Учёные составили карту экспрессии генов транскрипционных факторов и сигнальных молекул в различных структурах развития морской звезды. Затем они сравнили её с картой плана тела личинки хордового — ланцетника (Amphioxus), древнего хордового, представляющего истоки позвоночных. Особое внимание уделялось ресничным полоскам, целоме, стомодеуму и глотке личинок иглокожих.

Ключевые выводы о происхождении структур

Сравнительный анализ позволил предложить новую модель эволюции плана тела хордовых от общего предка-вторичноротого:

  1. Нервная система хордовых (включая человеческую) произошла от эмбриональной области предка, соответствующей ресничным полоскам иглокожих.
  2. Латеральная мезодерма хордовых (дающая начало кровеносной системе и мышцам стенки тела), вероятно, развилась из целомы эмбриона предка.
  3. Организатор Шпемана (индуцирующий развитие нервных клеток у хордовых) возник из стомодеума эмбриона предка.

Значение исследования

Полученные данные дают потенциальную модель развития иглокожих и хордовых от общего предка. Это отвечает на центральный вопрос эволюционной биологии развития, объясняя, как животные из разных таксонов развили характерные планы строения тела и как эти планы дивергировали у групп с общим происхождением. Исследование представляет собой важную веху в изучении эволюционной биологии развития и проливает свет на ключевой аспект нашей собственной эволюционной истории.