У губок отсутствует сигнальный путь, реагирующий на низкий уровень внутриклеточного кислорода у более сложных животных. Используют ли они для этой цели другой механизм или их самые ранние предки эволюционировали в то время, когда кислорода было меньше?
Герт Вёрхайде заведует кафедрой палеонтологии и геобиологии в Департаменте наук о Земле и окружающей среде Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене, и его исследования сосредоточены на ранней эволюции животных, которая произошла более 650 лет назад. миллионов лет назад. Он и его коллеги недавно продемонстрировали, что губки (Porifera), а не гребневики (Ctenophora), как полагают некоторые, скорее всего, являются сестринской группой для всех других типов животных. Другими словами, современные губки произошли от линии, которая сначала отделилась от последнего общего предка всех животных, в то время как все другие группы животных произошли от другой ветви генеалогического древа. В своем последнем исследовании, проведенном в сотрудничестве с группой профессора Дональда Кэнфилда из Университета Южной Дании в Оденсе, Вёрхайде и его команда показали, что губки могут обходиться гораздо меньшим количеством кислорода, чем большинство других животных. Более того, новая работа, опубликованная в ведущем международном журнале по биологическим и биомедицинским наукам eLife, показывает, что у губок отсутствует специфический биохимический сигнальный путь, который другие животные используют для определения уровня газа, присутствующего в их клетках и тканях.
Подавляющее большинство современных животных зависят от адекватного снабжения кислородом для своего выживания, и они обладают специальной молекулярной системой, которая позволяет им вносить соответствующие физиологические коррективы, когда уровень кислорода падает ниже определенного порога. Этот так называемый сигнальный путь «HIF» назван в честь «фактора, индуцируемого гипоксией», белка, который служит датчиком кислорода в системе. Однако было неясно, все ли современные линии животных имеют гены, кодирующие различные белковые компоненты пути HIF.
Исследование выросло из экспериментов, проведенных в лаборатории Вёрхайде, в ходе которых команда выращивала образцы морской губки Tethya wilhelma в контролируемых условиях в аквариумах. Когда исследователи изменили количество доступного растворенного кислорода, они обнаружили, что этот вид продолжал процветать в водах, которые содержали только 0,25% нынешнего уровня насыщения атмосферы Земли. «Этот результат был очень неожиданным», - говорит Вёрхайде, и сразу же побудил команду задаться вопросом, как губкам удается выживать при таком небольшом количестве жизненно важного газа. Последующие молекулярно-генетические исследования на более широком диапазоне губок вместе с несколькими видами гребневиков показали, что в этих двух линиях отсутствует несколько существенных компонентов канонического пути передачи сигналов HIF.
Это поднимает вопрос о том, развили ли губки способность справляться с относительной нехваткой газа в их морской среде обитания или развили альтернативный механизм для обнаружения и реагирования на низкие уровни кислорода. Ответ имеет большое значение для понимания эволюционной истории жизни животных на нашей планете. Считается, что когда в докембрии появились первые животные, уровень содержания кислорода в атмосфере составлял порядка одной десятой от его нынешней концентрации. «Но никто точно не знает, каковы были условия на Земле в то время. Однако ни губки, ни гребневики - обе, скорее всего, сестринские группы всех других животных - не обладают способностью воспринимать и адекватно реагировать на уровень кислорода в окружающей их среде с помощью пути HIF, как это делают другие животные. А поскольку губки, как показали эксперименты, способны выживать в присутствии очень низких уровней кислорода, заманчиво заключить, что последний общий предок животных развивались и жили в очень бедной кислородом среде», - заключает Верхайде.