https://www.dia-m.ru/news/life-sciences-biotekhnologii-i-analiticheskaya/?utm_source=banner&utm_medium=biomolecula&utm_campaign=mk_18_apr
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

Тайна лилового носка, или ксенотурбеллы

Тайна лилового носка, или ксенотурбеллы

  • 106
  • 0,0
  • 0
  • 2
Добавить в избранное print
Обзор

Ксенотурбеллы во всей красе

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Реконструировать древо животного царства, отражающее его эволюционное развитие, — это очень непростая задача. Все новые данные, полученные прежде всего с помощью секвенирования ДНК, заставляют зоологов то и дело «подрезать и пересаживать» отдельные его ветви. Порой это радикально меняет систематику ключевых групп животных, или, как в случае невзрачного червя ксенотурбеллы, приводит к долгим одиночным скитаниям по древу жизни.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2022/2023

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2022/2023.

SkyGen

Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.


«Альпина нон-фикшн»

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Естественная история одного червя

За последние десятилетия зоологи описали несметное множество различных животных — прежде всего беспозвоночных, ведь их намного больше. Главным образом это членистоногие, такие как насекомые и паукообразные, но также немало моллюсков, ракообразных, представителей разных групп червей... Хотя порой в руки исследователей попадает «невесть что из морских глубин» и они начинают кропотливо выяснять, кого же они выловили.

Любопытный пример тому — маленький и очень просто устроенный червь ксенотурбелла (Xenoturbella sp.), точнее шесть похожих видов этого рода.

Xenoturbella в переводе с языка древних греков означает «чужой, странный» и «перемешивать, болтать». Неудивительно, ведь существо, обнаруженное в 1915 году у побережья Швеции в водах Северного моря Сикстеном Боком (Sixten Bock) и описанное в качестве отдельно вида Xenoturbella bocki в 1949 году, здорово напоминает ресничного червя, то есть турбеллярию. Вот только что-то с ней было явно не так — уж слишком просто и необычно (даже по меркам плоского червя) устроена Xenoturbella sp. Она выглядит так, словно кто-то (на самом деле эволюция, разумеется) задался целью создать очередную турбеллярию — предельно простого червя — но даже на это у него не хватило вдохновения [1], [2].

«Второе имя» ксенотурбеллы ничуть не менее интересное: ее прозвали розовым носком (или лиловым носком — purple sock). Прозвище хорошо закрепилось и на самом деле очень удачно — оно отлично передает облик этого существа, которое смотрится небрежно брошенным предметом одежды, розоватым или оранжевым.

С носком ксенотурбеллу сближает и вытянутая форма, и наличие поперечного «шва» (перетяжки посередине тела), и порой также продольных борозд. Часто на поверхности есть множество пятен — в этом смысле выходит, что носок этот довольно грязный. Размер, правда, не дотягивает даже до детского: чаще всего это несколько сантиметров. Впрочем, все зависит от вида — отдельные ксенотурбеллы сравнимы с носками стандартного размера. Так, X. monstrosa достигает в длину 20 сантиметров. Этот гигант среди ксенотурбелл имеет пурпурную или бледно-розовую окраску и обитает в Тихом океане у побережья Калифорнии и Мексики.

Немного поменьше X. profunda, а также X. churro, напоминающие первый вид и окраской, и ареалом распространения. Кстати, название Xenoturbella churro происходит от испанского десерта из заварного теста, округлого или звездообразного в сечении — чурро, или чуррос.

Три этих крупных вида образуют так называемую «глубоководную кладу» — кроме генетического родства их сближает проживание на глубине 1700–3700 метров.

Мелководные ксенотурбеллы не забираются глубже 650 метров и размером поменьше: X. hollandorum — всего 2,5 сантиметра; отыскать ее можно у берегов той же Калифорнии.

А вот Xenoturbella bocki (описанная первой, рис. 1) и X. westbladi обитают у побережья Швеции — вообще говоря, главного поставщика загадочных ксенотурбелл, как и наших ограниченных знаний о них.

Xenoturbella bocki

Рисунок 1. Xenoturbella bocki. а — передний конец тела; б — задний. Черная стрелка показывает боковую борозду; черный треугольник — рот; белый треугольник — поперечную борозду.

Кстати, первые сборы X. bocki, с которых и началось изучение «лиловых носков», содержали оба последние вида. Тогда зоологи не смогли их различить и сочли за одно животное. Теперь понятно, что X. westbladi крупнее и к тому же скользит по морскому дну гораздо быстрее.

Образ жизни ксенотурбелл почти так же загадочен, как они сами — и это несмотря на активное изучение. Вначале зоологи заметили, что «лиловые носки» склонны размножаться зимой — позднее это подтвердилось, хотя по-прежнему неясно, как они узнают о смене сезонов во тьме на дне морском. Там они перемещаются с помощью ресничек и обильной слизи, по которой и скользят. Плавать они не умеют, зато способны рыть норы размером до 15 сантиметров, а также сворачиваться в клубок, примерно как мокрицы.

Отдельный вопрос — чем питаются ксенотурбеллы? Казалось бы, это очень примитивные животные и им суждено довольствоваться каким-нибудь детритом или бактериями. Однако изотопный состав азота их тел показывает, что они занимают довольно высокий трофический уровень — то есть питаются другими животными [1]. Так что «лиловые носки» оказались хищной вещью...

Кого же умудряется съесть с виду мирная ксенотурбелла? Анализ ДНК показал, что внутрь нее определенно попадают двустворчатые моллюски. На основании генетического материала двустворок ксенотурбеллу поначалу даже саму сочли представителем этой группы — хотя, казалось бы, безо всяких оснований с точки зрения морфологии.

Однако как хлипкая и примитивная ксенотурбелла умудряется «добывать» двустворок, с их сильными мышцами и прочными раковинами? Очевидно, никак не может — зато может довольствоваться их спермой, яйцами, личинками и молодыми особями. По-видимому, ксенотурбелла также не брезгует трупами двустворчатых, их слизью и испражнениями. Похоже, только эти моллюски являются единственной пищей ксенотурбелл — хотя рядом с ними обычно имеются кольчатые черви, членистоногие, иглокожие и прочие беспозвоночные деликатесы. Исключительно «двустворчатую» диету ксенотурбелл подтверждает и находка внутри одной из них трохофорной личинки, характерной для моллюсков.

Однако в ходе лабораторных экспериментов ксенотурбеллы упорно отказывались от всех своих любимых закусок — целого шведского стола из двустворчатых моллюсков. Очевидно, «лиловый носок» может очень долго обходиться без пищи — более года! Вероятно, это объясняется способностью ксенотурбелл всасывать органику прямо из морской воды, через эпидермис.

Помимо этого у ксенотурбелл обнаружены две эндосимбиотические бактерии — одна напоминает хламидию, а другая, ‘Candidatus Endoxenoturbella lovenii’, относится к гамма-протеобактериям. Обе в большом количестве содержатся в кишечнике ксенотурбелл, а также в области половых желез — видимо, это связано с их передачей потомкам.

Естественно предположить, что эндосимбионты «кормят» собой склонных к пищевому воздержанию ксенотурбелл, примерно так же, как живущие внутри погонофор бактерии кормят своих хозяев. Однако в точности роль обитающих внутри ксенотурбелл бактерий в их жизни пока не установлена.

О жизненном цикле ксенотурбелл также известно немного. Так или иначе, когда ксенотурбелла приступает к размножению, в ее теле развиваются половые клетки. Причем сперматозоиды и яйцеклетки разбросаны по всему червю — их обнаружили под эпидермисом, на поверхности кишки и даже внутри нее. [1]

Под электронным микроскопом удалось рассмотреть, что сперматозоиды в высшей степени странной ксенотурбеллы вполне стандартны. Это все те же 9×2+2 — девять периферических пар микротрубочек, расположенных по кругу, и две микротрубочки в центре.

Что происходит после встречи сперматозоида с яйцеклеткой, тоже плохо понятно — воспроизвести процесс в условиях лаборатории оказалось затруднительно. Однако известно, что в результате образуются плавающие личинки, не способные питаться ничем, кроме собственных запасов желтка. При этом ксенотурбелла вряд ли способна к размножению за счет травматической фрагментации ее тела — то есть «разрывания червя надвое» [1], [2].

Кто проживает на дне океана?

С самого начала ксенотурбелла была загадкой для зоологов. С тех пор биология очень сильно продвинулась вперед, перекроила систему животного мира и изменила мир вокруг нас. Тем временем маленькая «неприкаянная» ксенотурбелла скиталась по древу живого — много, как никто другой, — и вызывала у систематиков все новые сомнения [3]. Так что же именно представляет собой странный носок, невзрачный житель морских глубин?

С точки зрения морфологии и анатомии рассказ о ксенотурбелле выйдет кратким. Нижняя часть ее тела покрыта эпидермисом с ресничками, благодаря сокращениям которого червь скользит по морскому дну — а точнее, по собственной слизи. Помимо этого, на поверхности червя заметно всего одно отверстие — его рот. Анус отсутствует, а пищеварительная система напоминает замкнутый мешок. Нет у ксенотурбеллы и полости тела (целома), половых органов, централизованной нервной системы... Диффузная сеть нервов, впрочем, имеется — она располагается под эпидермисом и сгущается вокруг поперечной бороздки, а также «статоциста». Он располагается ближе к переднему концу животного и вполне может не являться настоящим статоцистом — органом равновесия, а быть железой. Не исключено, что органом чувств являются и складки на теле животного.

К какой же группе беспозвоночных следует отнести этот странный «лиловый носок»? Мы упоминали, что исходно его сочли «аномальной турбеллярией». Однако за последующие десятилетия этот червяк все время перемещался по родословной животных.

Сперва ксенотурбеллу сочли сестринской группой по отношению ко всем метазоям, далее — близкой родоначальнику всех билатерально-симметричных животных. Строение эпидермиса позволило предположить, что перед нами самое примитивное вторичноротое. Загадочный статоцист «лилового носка» напоминает тот, что имеется у иглокожих, а точнее голотурий. Далее, клетки мышц ксенотурбелл напоминали таковые полухордовых, отдельные морфологические признаки — и вовсе мшанок... Вновь «всплыла» и загадочная связь ксенотурбелл с двустворчатыми моллюсками — дескать, у них похожие ооциты.

Такие скитания ксенотурбелл в конечном счете затронули большую часть крупных ветвей на родословном древе животных.

Наконец, общей схемой тела и устройством ресничек они напоминают бескишечных турбеллярий (рис. 2), существ самих по себе примечательных. И в этом отношении систематики, наконец, добились уверенности — они и ксенотурбеллы оказались ближайшими родичами.

Процесс почкования у бескишечной турбеллярии

Рисунок 2. Процесс почкования у бескишечной турбеллярии Convolutriloba retrogemma. Стрелки указывают на отпочковывающиеся особи. Масштабная линейка — 1 мм.

Две группы крайне примитивных беспозвоночных под стать друг другу. Их объединяет и отсутствие многих внутренних органов, и, что гораздо важнее, эволюционная близость геномов. Бескишечные турбеллярии словно соревнуются с ксенотурбеллами («странными турбелляриями») в примитивизме — в чем-то уступая им, а чем-то превосходя. Так, у бескишечных, как нетрудно догадаться, нет кишечника. Рот, впрочем, имеется — но поступившая через него пища перерабатывается отдельными клетками за счет фагоцитоза [1].

Разумеется, последнее слово в этом вопросе — за анализом геномов и оценке родства двух групп на основании молекулярной эволюции. Оказалось, что две странные группы червей действительно являются близкими родственниками. Потому сейчас их уверенно объединяют в отдельный тип животных — Xenacoelamorpha, включающий два подтипа — Xenoturbellidaи Acoelomorpha [1], [2].

А вот как поступить с этой парочкой — до сих пор сложно утверждать.

Вероятнее всего, Xenacoelamorpha — побочный «пенек» у основания одной из процветающих групп животных — вторичноротых (Deuterostomia). Может быть, это и есть решение долгоиграющей «тайны лилового носка»...

А может, и нет. Ведь еще в 2009 году реконструкция филогенеза 94 самых разных групп животных показала, что ксенотурбеллы — не вторичноротые. Работа отвела дуэту двух странных турбеллярий место у основания «более толстой» ветви древа жизни — всех билатерий, или двусторонне-симметричных. Это подтвердило и новое исследование, которое учитывало как морфологию, так и геномы большого числа групп животных [1], [2].

В этом случае выходит, что ксенотурбеллы и им подобные входят в таксон, отделившийся от всего прочего «животного царства» в самом начале его славной истории. Но затем вышла статья, анализирующая митохондриальные белки Xenacoelamorpha. Она «понизила» этих червей в ранге до всего лишь сестринской группы для Ambulacralia, объединяющей иглокожих и полухордовых (рис. 3) [1].

Место ксенотурбелл и их родичей на эволюционном древе

Рисунок 3. Место ксенотурбелл и их родичей на эволюционном древе согласно конкурирующим гипотезам

Вывод, похоже, заключается в том, что четкого вывода получить пока не удалось. И ксенотурбеллы в компании бескишечных турбеллярий, скорее всего, продолжат свои странствия по систематическим группам животных. Но настанет момент, когда ученые узнают точную разгадку этой «тайны лилового носка». И займутся другими, не менее сложными [1], [2].

Первая версия статьи опубликована на портале Naked Science — «Про лиловый носок и всех остальных» [3].

Литература

  1. Hiroaki Nakano. (2015). What is Xenoturbella?. Zoological Lett. 1;
  2. Ksenia Juravel, Luis Porras, Sebastian Höhna, Davide Pisani, Gert Wörheide. (2022). Exploring genome gene content and morphological analysis to test recalcitrant nodes in the animal phylogeny. Cold Spring Harbor Laboratory;
  3. Орлов М. (2021). Про лиловый носок и всех остальных. Naked Science.

Комментарии