Аспирант Морской станции Хопкинса Стэнфордского университета Пол Гонсалес недавно стал охотником, заводчиком и фермером редкого морского червя, чтобы заполнить значительный пробел в нашем понимании того, как развиваются животные. Он знал, что некоторые животные проходят длинную личиночную стадию, стратегию развития, известную как непрямое развитие, и этот редкий червь был его шансом лучше понять этот процесс.
Гонсалес и его коллеги обнаружили, что черви проходят длительную фазу, имея лишь голову. Эта работа, опубликованная в выпуске Current Biology от 8 декабря, предполагает, что многие животные в океане, вероятно, разделяют эту стадию без хобота, и она может даже пролить свет на биологическое развитие ранних животных..
«Непрямое развитие является наиболее распространенной стратегией развития морских беспозвоночных и жизни, возникшей в океане», - сказал Крис Лоу, старший автор статьи и доцент биологии. «Это означает, что самые ранние животные, вероятно, использовали такие стратегии, чтобы стать взрослыми».
Большинство исследовательских животных, обычно встречающихся в лабораториях, таких как мыши, рыбки данио и червь C. elegans, являются непосредственными разработчиками, видами, которые не проходят личиночную стадию. Чтобы понять, чем непрямые разработчики отличаются от них, Гонсалесу нужно было изучить непрямого разработчика, который был очень тесно связан с хорошо изученным прямым разработчиком.
Его лучшим выбором была группа морских беспозвоночных под названием Hemichordata, потому что в этой группе уже проделана огромная работа по молекулярному развитию непосредственных разработчиков. Недостаток этого плана заключался в том, что непрямые застройщики этого типа были редкостью в районах вблизи станции.
Непоколебимый, Гонсалес погрузился в исследования морской фауны, пока исследование 1994 года не дало ему большой прорыв: Schizocardium californicum, вид желудевого червя и косвенный разработчик в типе Hemichordata, однажды был в заливе Морро, всего в двух часах езды.
Связавшись с исследователями из этой статьи десятилетней давности, Гонсалес получил точные координаты червей. Оказавшись там, он надел гидрокостюм, приготовил лопату и начал охоту на странных обитателей океана.
Диверсификация изучения разнообразия
Прямые разработчики чаще используются в исследованиях в основном из соображений практичности.
«Наземные, прямо развивающиеся виды развиваются быстро, их жизненный цикл прост, и их легко выращивать в лаборатории», - сказал Гонсалес, ведущий автор статьи.
Для сравнения, непрямые разработчики развиваются медленно, имеют длительную личиночную стадию, и их личинок трудно кормить и содержать в неволе. Репродуктивных взрослых особей также сложно содержать в лаборатории, и, как показал Гонсалес, их сбор может быть трудным процессом. Однако относительная простота изучения непосредственных разработчиков привела к отсутствию разнообразия в том, что ученые знают об эволюции и развитии, сказал Гонсалес.
«Выбирая удобные виды, мы выбираем неслучайную выборку разнообразия животных, рискуя упустить что-то интересное», - сказал он. «Вот что привело меня в лабораторию Лоу. Мы специализируемся на постановке крутых эволюционных вопросов с использованием биологии развития и молекулярной генетики, и мы не боимся начинать с нуля и работать с животными, с которыми раньше никто не работал».
Плавающие головы
Потратив месяцы на совершенствование методов выращивания и размножения, необходимых для изучения этих червей, исследователи в конечном итоге смогли секвенировать РНК различных стадий развития червя. Они сделали это, чтобы увидеть, где определенные гены включены или выключены в эмбрионе.
Они обнаружили, что у червей задерживается активность определенных генов, которые привели бы к развитию туловища. Итак, на личиночной стадии черви в основном представляют собой плавающие головы.
Когда вы смотрите на личинку, это похоже на то, что вы смотрите на желудевого червя, который решил задержать развитие своего хобота, надуть свое тело, чтобы оно стало воздушным шаром, и плавает в планктоне, чтобы питаться вкусной пищей. водорослей, - сказал Гонсалес. «Задержка развития туловища, вероятно, очень важна для развития формы тела, отличной от формы червя и более подходящей для жизни в толще воды».
По мере того, как они продолжают расти, желудевые черви в конечном итоге претерпевают метаморфозы в свой взрослый план тела. В этот момент активируются гены, регулирующие развитие туловища, и черви начинают развивать длинное тело, характерное для взрослых особей, которое со временем вырастает примерно до 40 см (15,5 см).8 дюймов) в течение нескольких лет.
Все только начинается
Даже с таким захватывающим результатом, это исследование является только началом исследования лабораторией Lowe непрямых разработчиков. Эти черви никогда не расскажут нам о болезнях человека, в отличие от работы со стволовыми клетками или мышами, но они могут раскрыть тонкости того, как устроена жизнь многих организмов, помимо модельных видов, которые мы так тщательно изучали. Они также могут показать нам, как жизнь в целом стала такой, какая она есть сегодня.
«Учитывая, насколько распространены личинки в мире животных, мы очень мало понимаем об этой критической фазе развития животных», - сказал Лоу. «Это не тот вид, который вы хотите выбрать, если хотите глубокого, механистического понимания биологии развития. Но если ваша цель - понять, как эволюционировали животные, вы не можете не использовать эти виды».
Далее исследователи хотят выяснить, как происходит задержка развития тела желудевого червя. Они также начали секвенировать геном S. californicum.