Эволюция спинно-брюшной оси тела

Большинство животных имеют дорсо-вентральную (спинно-брюшную) ось тела, которая определяет, например, положение центральной нервной системы (ЦНС) — дорсальное у людей и вентральное у насекомых. Несмотря на огромные морфологические различия, у насекомых и позвоночных эту ось, включая ЦНС, устанавливают одни и те же сигнальные молекулы костного морфогенетического белка (BMP). Это привело к выводу, что данный молекулярный механизм присутствовал уже у общего предка.

Две оси тела у морского анемона

Морские анемоны относятся к типу стрекающих (Cnidaria), как кораллы, гидра и медузы, и эволюционировали как минимум 600 миллионов лет назад. Хотя их часто считают радиально-симметричными, новое исследование в Cell Reports показывает, что у анемона Nematostella vectensis есть несколько BMP и их антагонистов. Во время раннего эмбриогенеза эти сигнальные молекулы образуют сложную сеть взаимодействий, создавая градиент активности — перпендикулярно основной орально-аборальной оси тела.

Мезентерии вместо центральной нервной системы

В отличие от позвоночных и насекомых, где BMP-градиент определяет положение ЦНС, у морского анемона он регулирует положение и формирование мезентериев — эпителиальных складок, вдающихся в гастральную полость и содержащих ретракторные мышцы и гонады.

Удивительно, что BMP-градиент также регулирует региональную активацию Hox-генов, известных своей ролью в спецификации сегментарной идентичности вдоль основной оси тела (например, крылья и ноги у мух, рёбра и конечности у позвоночных). Эта связь между сигнальной системой спинно-брюшной оси и регуляторными генами передне-задней оси неожиданна.

Совместно с математиками из ETH Zürich исследователи смоделировали, как эта сеть могла эволюционировать на протяжении сотен миллионов лет, сохраняя одни элементы и изменяя другие для получения новых функций. «Сеть BMP — это не только пример сигнальной системы, участвующей в формировании оси более 600 миллионов лет, но и возможность понять, как такие важные сети могли эволюционировать», — резюмирует Ульрих Технау.