Странные «щетинкочелюстные» существа наконец-то нашли своё место на древе жизни
Хетогнаты (Chaetognatha), чьё название означает «щетинкочелюстные», обитают по всему миру — в солоноватых эстуариях, тропических морях и над глубоким тёмным океаническим дном. Этих существ, также известных как стреловидные черви, находят с кембрийского периода, но их точное место в эволюционной истории долго оставалось загадкой. Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) определили положение стреловидных червей на Древе жизни, и их результаты могут выявить важные тенденции в эволюции билатеральных организмов.
Учёные стремились проверить родство хищных стреловидных червей с другими спиральными (Spiralia) — членами разнообразной группы организмов, или клады, предположительно имеющих общего предка. К спиральным относятся моллюски, кольчатые и плоские черви. Удивительно, но исследователи обнаружили, что стреловидные черви не принадлежат к спиральным, а образуют с некоторыми животными новую группу, которая является сестринской по отношению к этой кладе. Результаты, опубликованные 10 января 2019 года в Current Biology, бросают вызов классическому представлению о том, что сложные организмы эволюционировали из простых предков путём приобретения новых черт.
«Стреловидные черви — хищники, у них есть нервная система, развитые сенсорные органы. Но другие организмы, с которыми их теперь группируют, гораздо проще. Если поместить стреловидных червей сюда, это означает, что, вероятно, имело место значительное независимое упрощение, а не независимое возникновение сложности», — отметил первый автор исследования, постдок Фердинанд Марлетаз из OIST.
Хотя внешне они сильно различаются, стреловидные черви и их филогенетические родственники, такие как микроскопические коловратки (rotifers), по-видимому, имеют сходную структуру челюстей. Состоящие из плотного белкового матрикса и волокнистого вещества хитина, эти челюсти расположены рядом со ртом и позволяют хватать добычу.
«Стреловидные черви группируются с довольно малоизвестной коллекцией мелких морских животных. Тот факт, что у этих разных животных были челюсти, вероятно, родственные друг другу, не был ясен до этой работы», — сказал старший автор исследования, профессор Дэниел Роксар.
Стреловидные черви со всего мира
Примерно 200 видов стреловидных червей, напоминающих крошечные копья, имеют длину от 1 миллиметра до 12 сантиметров. Хищники в основном питаются мелкими ракообразными — копеподами, используя острое вибрационное чувство для охоты и заглатывая добычу целиком. Эти странные червеобразные существа на самом деле имеют много морфологических и эмбриональных черт с другими организмами, что затрудняет прослеживание их эволюционной истории.
«Разные животные, имеющие сходное раннее развитие, часто связаны между собой», — сказал Роксар.
Одна из причин, по которой исследователям было трудно охарактеризовать стреловидных червей, — двусмысленность их ранних эмбриональных паттернов; они напоминают паттерны, наблюдаемые у двух основных групп животных: вторичноротых (deuterostomes) и первичноротых (protostomes). Хотя кишечник стреловидных червей формируется «снизу вверх», как у вторичноротых, они сильно напоминают первичноротых как морфологически, так и генетически.
Чтобы прояснить это несоответствие, исследователи собрали данные от 10 видов стреловидных червей и сравнили их с общедоступными данными других животных. Они изучили транскриптомы видов, которые служат снимком всех генов, экспрессируемых в данной клетке. Образцы червей были собраны в Атлантическом океане, шведском Гулльмар-фьорде, японском Амакусе и французском Марселе.
Сравнение однозначно поместило стреловидных червей в надкладу первичноротых, в подгруппу, включающую микроскопических коловраток, гнатостомулид и микрогнатозоев. В результате этого объединения другие установленные подгруппы были перетасованы, и теперь многие родственные связи внутри первичноротых требуют пересмотра.
«Я был немного удивлён. Мы до сих пор не до конца понимаем эту связь с коловратками и другими. Это будет предметом будущих исследований», — сказал Марлетаз.
Первичноротые: прошлое и будущее
Исследование улучшило предыдущие работы за счёт сбора новых данных по стреловидным червям и сравнения их с репрезентативной выборкой других членов царства животных. Учёные также сосредоточились на медленно эволюционирующих линиях, чтобы избежать смещения, связанного с быстрой эволюцией.
В будущем Марлетаз надеется на большее количество морфологических исследований стреловидных червей, чтобы связать воедино их филогению и физические характеристики. Например, пока неизвестно, какие гены отвечают за формирование характерной «щетинкочелюстной» структуры у клады Gnathifera.
«Нам также нужно внимательнее изучить геном стреловидных червей. У них очень оригинальные геномные особенности, и мы хотим лучше понять это в контексте их нового филогенетического положения», — заключил Марлетаз.