Влияет ли зародышевая плазма на скорость эволюции?
Учёные из Ноттингемского университета опубликовали в ведущем журнале Science исследование, бросающее вызов давнему представлению об эволюции некоторых видов позвоночных.
Исследование, финансируемое Советом по медицинским исследованиям (MRC), провели эксперты в генетике и клеточном развитии доктор Мэтт Лус и доктор Эндрю Джонсон. Оно предполагает, что гены эволюционируют быстрее у видов, содержащих зародышевую плазму. Результаты получены при проверке теории о том, что ранние события развития радикально меняют план строения тела позвоночных и ход эволюции.
Два пути образования половых клеток
Раннее в развитии эмбриона часть клеток становится предшественниками первичных половых клеток (ППК), которые дадут начало сперматозоидам или яйцеклеткам. Остальные клетки формируют сому — все ткани тела организма.
Известны два способа образования ППК:
- Преформизм: материал в яйцеклетке, называемый зародышевой плазмой, напрямую наследуется несколькими клетками эмбриона и "инструктирует" их стать ППК.
- Эпигенез: ППК формируются без зародышевой плазмы под действием сигналов от других клеток, являющихся частью сомы.
Проверка гипотезы с помощью компьютерного анализа
Чтобы проверить теорию о влиянии зародышевой плазмы на эволюцию, были проанализированы почти 12 миллионов последовательностей ДНК от 165 видов, включая млекопитающих, рептилий, амфибий и рыб.
Сравнивались последовательности видов с зародышевой плазмой и родственных видов, использующих эпигенез. Например:
- Саламандры (эпигенез) vs лягушки (зародышевая плазма).
- Аналогичные сравнения среди рыб и рептилий.
Результат: виды с зародышевой плазмой имеют более высокую скорость изменения последовательностей ДНК. Лягушки эволюционируют быстрее саламандр. Эта закономерность оказалась общей для эволюции животных.
Выводы подтверждают теорию: зародышевая плазма даёт селективное преимущество, позволяя более быструю эволюцию, и влияет на видовое разнообразие через взаимосвязь развития зародышевой линии и сомы.
Эволюционная цена зародышевой плазмы
Исследование выявило, что эмбрионы животных с зародышевой плазмой отличаются от эмбрионов, использующих эпигенез. Взрослые формы таких животных не похожи на "типичных позвоночных".
- Аксолотль, "типичный позвоночный" без зародышевой плазмы, стал экспериментальной моделью. Механизмы, контролирующие его развитие, консервативны у эмбрионов млекопитающих, но отсутствуют в "классических" моделях позвоночных, у которых есть зародышевая плазма.
- Эволюция зародышевой плазмы ведёт к эволюционным тупикам. Саламандры могли эволюционировать в рептилий, а затем в млекопитающих. Лягушки же эволюционировали только в других лягушек.
Таким образом, эмбрионы аксолотля имеют большой потенциал в качестве модели для изучения развития человека.