|
Генетическое происхождение наших органов чувств
|
|
|
|
Иметь голову - большое преимущество. Хотя это может показаться банальным, это должно было быть проверено в ходе длительного эволюционного процесса: по мере развития животной жизни беспозвоночные первоначально доминировали в океанах. У них уже были развиты структуры головы, но развитие новой улучшенной головы привело к успеху позвоночных. Эта «новая голова» обеспечила широкое пространственное распределение и размножение сенсорных клеток и, таким образом, гораздо лучшее восприятие окружающей среды. Это также было необходимо для развития хищнического образа жизни. При передаче внешних раздражителей в мозг позвоночных важную роль играют краниальные чувствительные ганглии. Их можно представить себе как нервные узлы, распределенные по всей голове, которые получают информацию от органов чувств. До сих пор ученые не знали, как именно образовались эти ганглии. Исследование, которое было опубликовано в Nature, теперь дает ответы. Исследовательская группа Уте Ротбахер из Института зоологии Университета Инсбрука присоединилась к международному сотрудничеству нескольких учреждений.
|
|
|
Их результаты показывают, что краниальные сенсорные ганглии позвоночных возникли в результате генетической программы, которая также обнаружена у их ближайших ныне живущих родственников, оболочников. У оболочников в области хвоста располагаются определенные чувствительные нейроны, называемые биполярными хвостовыми нейронами. Они обрабатывают внешние раздражители, но также отвечают за движение животного. В обеих подтипах животных соответствующие структуры образованы геном Hmx. «Оболочечные — это своего рода эволюционный прототип позвоночных», — объясняет Ротбехер. «Существует большой анатомический разрыв между взрослыми особями этих подтипов, поскольку они приспособлены к экологическим нишам. Это усложняет исследования их эволюции. Общие структуры и механизмы можно выявить только на эмбриональной стадии — наш общий предок, вероятно, был очень похож на оболочниковая личинка». Модельными организмами исследования были минога, примитивная рыба, напоминающая угря, которую часто называют «живым ископаемым», и оболочник Ciona кишечная, окруженная желтоватой трубчатой мантией, которая защищает животное и фильтрует пищу.
|
|
|
|
Алессандро Пеннати, докторант исследовательской группы Ротбахера, изучал функцию гена Hmx у Ciona. Он применил генную технологию CRISPR-Cas9 для селективного выключения генетических последовательностей, а метод транзиентного трансгенеза использовал для сверхэкспрессии генов. Исследователи обнаружили, что Hmx контролирует развитие биполярных хвостовых нейронов у оболочников, тогда как у позвоночных он делает это для краниальных сенсорных ганглиев. Удивительно, но сегменты гена Hmx миноги, вставленные в ДНК Ciona, были так же активны, как и собственный Hmx Ciona. «Было показано, что Hmx является центральным геном, который сохранялся на протяжении всей эволюции. Он сохранил свою первоначальную функцию и структуру и, вероятно, был обнаружен в этой форме у общего предка позвоночных и оболочников», — объясняет Пеннати. Таким образом, краниальные сенсорные ганглии и биполярные хвостовые нейроны имеют одно и то же эволюционное происхождение; Hmx, вероятно, был решающим образом вовлечен в формирование высокоспециализированных органов чувств головы у позвоночных.
|
|
|
|
Источник
|
