Chaetognaths, чье имя означает «щетина-челюсть», можно найти по всему миру, плавая в солоноватых устьях, тропических морях и над глубоким темным дном океана. Также известные как стрелковые черви, существа существовали со времен кембрийского периода, но их точное место в эволюционной истории давно ускользает от ученых. Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) узнали, где стрелы-черви покачиваются на Древе Жизни, и их результаты могут выявить важные тенденции в развитии двусторонних организмов.
Исследователи стремились проверить связь хищного стрелкового червя с другими спиралями — членами разнообразной группы организмов, или клады, которые, как полагают, имеют общего предка. Спиральная клада включает моллюсков, сегментированных червей и плоских червей. Поразительно, что ученые обнаружили, что стрелковые черви не принадлежат спиралианцам, а вместо этого — новой группе животных, которые образуют сестринскую группу в кладе. Результаты, опубликованные 10 января 2019 года в Current Biology , бросают вызов классическому представлению о том, что сложные организмы эволюционировали от простых предков, приобретая новые черты с течением времени.
«Черви-стрелки — это хищники, у них нервная система, у них развиты органы чувств. Но другие организмы, с которыми они группируются, намного проще», — сказал Фердинанд Марлетас, первый автор исследования и доктор наук в Отделе молекулярной генетики OIST. Во главе с профессором Даниэлем Рохсаром. «Если вы разместите стрелочных червей здесь, это означает, что, скорее всего, было много самостоятельных упрощений, а не самостоятельного появления сложности».
Хотя черви-стрелы и их филогенетические родственники, такие как микроскопические животные, известные как коловратки, выглядят очень разными, похоже, имеют уникальную структуру челюсти. Состоящие из плотного белкового матрикса и волокнистого вещества, называемого хитином, эти челюсти расположены возле рта организмов и позволяют им захватывать свою добычу.
«Группа стрелков-червей с довольно неясной коллекцией мелких морских животных — это не те животные, с которыми знакомы большинство людей», — сказал профессор Даниэль Рохсар, старший автор исследования и главный исследователь исследовательского подразделения. «Тот факт, что у этих разных животных были челюсти, которые, вероятно, были связаны друг с другом, не был ясен до этой статьи».
Примерно 200 видов стрелковых червей напоминают крошечные копья и имеют длину от одного миллиметра до 12 сантиметров в длину. Хищники в основном питаются мелкими ракообразными, называемыми веслоногими рачками, используя свое острое вибрационное чувство, чтобы охотиться на добычу и проглатывать их целиком. Странные червеобразные существа на самом деле имеют много морфологических признаков и особенностей развития с другими организмами, что затрудняет их эволюцию.
«Разные животные, имеющие одинаковое раннее развитие, часто связаны друг с другом», — сказал Рохсар. Одна из причин, по которой исследователи пытались охарактеризовать стрелковых червей, заключается в том, что их ранние модели развития неоднозначны; они напоминают образцы, наблюдаемые у двух основных групп животных. «У нас действительно не было способа точно классифицировать стрелочных червей так или иначе».
Две супергруппы животных известны как дейтеростомы и протостомы. Оба набора организмов проходят через одну кишку ото рта к другому концу. В начале развития кишка дейтеростома формируется снизу вверх, тогда как образование кишки протостома начинается во рту. Хотя стрелки-черви развиваются снизу вверх, как дейтеростомы, они сильно напоминают протосомы как морфологически, так и генетически.
Чтобы выяснить это несоответствие, исследователи собрали данные о 10 видах стрел червя и сравнили их с общедоступными данными других животных. Они исследовали виды транскриптомов, которые служат снимком всех генов, экспрессируемых в данной клетке. Первоначально ученые взяли образцы своих стрелок-червей из Атлантического океана, Гульмар-фьорда в Швеции, Амакуса в Японии и Марселя во Франции. Доктор Катя Пейненбург из Амстердамского университета, доктор Тайчиро Гото из Университета Ми и профессор Нориюки Сато из Отдела морской геномики OIST помогли Марлетазу собрать и подготовить образцы.
Сравнение поместило стрелку-червяка в суперклад протозома внутри подгруппы, в которую входят микроскопические организмы, известные как коловратки, гнатостомулиды и микрогнатозойцы. Другие установленные подгруппы были перемешаны как непреднамеренное последствие этой группировки, что означает, что многие отношения между протостомами в настоящее время находятся под пристальным вниманием.
«Я был немного удивлен», сказал Marlétaz. «Мы до сих пор не до конца понимаем эту связь с коловратками и другими. Это будет предметом будущих исследований».
Протостомы, прошлое и будущее
Исследование улучшило предыдущую работу, собрав новые данные о стрелках-червях и сравнив их с репрезентативной выборкой других членов животного мира. Исследователи также решили сосредоточиться на эволюционных линиях, которые развивались относительно медленно, а не быстро. Быстро развивающиеся линии, как правило, выглядят схожими в анализе, даже если они едва связаны, поэтому исследователи стремились избежать этого смещения.
Заглядывая вперед, Марлетаз надеется, что будут проводиться дополнительные морфологические исследования стрелок-червей, чтобы связать точки между филогенией животных и их физическими характеристиками. Например, исследователи еще не знают, какие гены порождают культовую «щетинную челюсть» клана Gnathifera, или какие другие специфические особенности могут объединять группу.
«Мы также должны присмотреться к геному стрелкового червя», — сказал Марлетас. «Стрелковые черви имеют очень оригинальные геномные особенности, поэтому мы хотим лучше понять это в контексте их новой филогенетической позиции».
