Ранние этапы существования многоклеточных животных до сих пор вызывают множество споров.
Биологи из МГУ имени М. В. Ломоносова выяснили, как эволюция щупальцевого аппарата морских брахиопод отразилась на строении их нервной системы. Похожий орган, предполагают исследователи, мог быть у древнего предка двустороннесимметричных животных, к которым относится 99% описанных ныне видов и люди в том числе. Исследуя современных брахиопод, можно воссоздать внешний облик и судьбу этого загадочного вымершего существа.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports при поддержке Российского научного фонда (РНФ).
До сих пор нет однозначного ответа на вопрос о том, как именно возникли двустороннесимметричные, или билатеральные, животные. К ним относится 99% всех описанных видов многоклеточных, среди них и человек. Есть мнение, что общий предок билатерий имел щупальца, служившие ему для добычи пищи, передвижения и как орган чувств. Однако у него, равно как и у других его многоклеточных современников, не было твердого скелета, а потому не осталось никаких вещественных доказательств его существования. Твердые ткани, способные сохраняться долгое время, появились примерно 540 миллионов лет назад, в эпоху кембрия.
Именно тогда обнаружены первые следы брахиопод — морских донных животных, прикрепляющихся к подводным предметам при помощи мускулистой ноги. От кембрийского разнообразия к нашему времени осталось всего лишь 400 видов: вероятно, группа оказалась вытеснена очень схожими с ними по внешнему виду и образу жизни двустворчатыми моллюсками.
Главная особенность брахиопод — щупальцевый аппарат, вероятно, схожий с тем, каким обладали первые билатерии. Он называется лофофор — две свернутые в спирали руки, которые находятся с обеих сторон от ротового отверстия и несут щупальца, покрытые ресничками. Их биение создает ток воды, который приносит питательные частицы: мертвую органику, мелких жгутиконосцев, диатомовые водоросли и прочее. Кроме того, лофофор — это орган осязания и химического чувства.
У самых ранних, вымерших, представителей группы был простой лофофор с одним рядом щупалец, системой хорошо развитых мышц для его поддержки и множеством нервов для управления им.
Поскольку у большинства современных брахиопод лофофор имеет внутренний скелет, его мышечный каркас заметно упрощается, равно как и иннервация. В своей новой работе исследователи из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова рассмотрели строение нервной системы наиболее сложного щупальцевого аппарата брахиопод на примере вида Coptothyris grayi. Животных собирали в 2015 году в ходе экспедиции в заливе Восток Японского моря. Брахиопод препарировали, отделяли их лофофор и изучали его при помощи ряда микроскопических методов, в том числе мечения определенных структур флуоресцентными антителами.
«Нервная система лофофора этого животного проявляет несколько эволюционных тенденций. С одной стороны, мускулатура органа заметно упростилась, из-за чего у него исчез один из четырех основных нервов — остальным брахиоподам он нужен для иннервации мощной кольцевой мышцы лофофора. С другой стороны, у Coptothyris grayi орган имеет очень сложную морфологию, а щупальца формируют не один, а два двойных ряда. Такие «совершенные» щупальца нужно точно координировать, и здесь ресурсов центральных нервных узлов недостаточно: появляются дополнительные крупные скопления нейронов. Они расположены вокруг хорошо развитого второго добавочного брахиального нерва, и в совокупности два этих улучшения обеспечивают согласованное управление смежными щупальцами, что чрезвычайно важно для животных-фильтраторов», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Елена Темерева, доктор биологических наук, профессор биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова и базовой кафедры Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН.
Изучение лофофоров брахиопод может внести ценный вклад в понимание того, как возникли эти органы в разных группах организмов: независимо при приспособлении к окружающей среде или же были унаследованы от общего предка. Для реконструкции эволюции щупальцевых аппаратов необходима информация не только об их строении и функционировании, но также о развитии.
Например, данных о формировании щупалец у брахиопод крайне мало и получены они в основном на тех представителях, плавающие ювенили (неполовозрелые особи) которых уже их имеют.
Несомненным важным продолжением этой работы станут исследования индивидуального развития лофофора у брахиопод из разных групп.
