Как эволюционировали кишечник, кожа и мускулатура? Этот вопрос волнует ученых уже более века. Изучая эмбриональное развитие морских анемонов, очень древней линии животных, исследователи из Венского университета пришли к выводам, которые ставят под сомнение 150-летнюю гипотезу о гомологии (общем эволюционном происхождении) зародышевых слоев, формирующих все последующие органы и ткани.
Согласно гипотезе 150-летней давности, все ткани и органы нашего тела происходят из одного из трех зародышевых листков, формирующихся в ходе раннего эмбриогенеза. Эта «гипотеза зародышевого слоя » утверждает, что кожа и нервная система происходят из внешнего слоя эктодермы, кишечник и некоторые внутренние органы, такие как поджелудочная железа, происходят из внутреннего слоя энтодермы, а мышцы и гонады происходят из среднего слоя, мезодермы. Ранее исследователи отметили принципиальную разницу в количестве зародышевых листков у разных групп животных.
В то время как большинство животных, таких как люди, насекомые и черви, развиваются из трех зародышевых слоев, книдарии (кораллы, морские анемоны или медузы) не имеют промежуточного слоя и имеют только два клеточных слоя во время развития и на протяжении всей жизни. Появление мезодермы как третьего промежуточного зародышевого листка считается ключевым событием в эволюции сложных животных. Однако до сих пор оставалось спорным, как развивалась мезодерма и как два зародышевых листка книдарий связаны с тремя слоями у большинства других животных. Новая публикация лаборатории Ульриха Технау на кафедре молекулярной эволюции и развития Венского университета представляет принципиально новый взгляд на эволюцию зародышевых листков.
Самая внутренняя, образующая кишечник энтодерма всегда считалась эволюционно связанной между книдариями и другими животными. В своем исследовании Технау и его коллеги проверили эту гипотезу, отследив эмбриональное происхождение клеток, продуцирующих пищеварительные ферменты, а также их гены-регуляторы развития, типичные для кишечника и поджелудочной железы морских актиний. Авторы показывают, что у морских анемонов, вопреки всем прежним представлениям, клетки железы, вырабатывающие пищеварительные ферменты и инсулин, развиваются не из энтодермы, а из эктодермальной части рта, глотки. «Я был озадачен, когда впервые увидел, что все производные энтодермы актиний полностью лишены клеток пищеварительных желез. Этому не учат в учебниках биологии», — объясняет Патрик Стейнмец.
«Результаты полностью меняют наше представление о происхождении зародышевых слоев. Это означает, что «энтодерма» у морских анемонов и позвоночных животных, хотя и называется одинаково, на самом деле не связана эволюционным путем», — добавляет Ульрих Технау. Если ротовая эктодерма морского анемона, а не энтодерма, соответствует кишечнику и поджелудочной железе позвоночных, то каков позвоночный коррелят энтодермы морского анемона? Когда Steinmetz и Technau углубились в этот вопрос, они обнаружили сильное сходство между энтодермой книдарий и промежуточным слоем мезодермы: обе имеют большое количество общих регуляторных генов, и обе дают сходные типы клеток, такие как мышечные или гонадные клетки. Морской анемонтаким образом показывает четкий коррелят мезодермы, но не в промежуточном положении, как у трехслойных животных. Таким образом, расположение, а не новое появление ткани между кишечником и кожей стало ключевым событием, которое привело к эволюции трехслойных животных.
«Подавляющее большинство животных в настоящее время развивают три зародышевых слоя, и мы сделали большой шаг к пониманию одного из самых важных событий, лежащих в основе этой истории эволюционного успеха», — заключает Стейнмец.