Первые животные произошли от своих одноклеточных предков около 800 миллионов лет назад, но новые данные свидетельствуют о том, что этот скачок к многоклеточным организмам на древе жизни, возможно, был не таким драматичным, как когда-то предполагали ученые. В статье Developmental Cell, опубликованной 13 октября, исследователи демонстрируют, что одноклеточный предок животных, вероятно, уже обладал некоторыми механизмами, которые клетки животных используют сегодня для развития в различные типы тканей.
«Мы смотрим в прошлое на эволюционный переход, который был важен для происхождения всех животных», - объясняет Иньяки Руис-Трильо, биолог-эволюционист из Института эволюционной биологии в Барселоне, Испания.«Мы показываем, что у этих ранних организмов уже были некоторые модели поведения, которые, как мы когда-то считали, были присущи только многоклеточным животным. Отсюда произошел более простой эволюционный скачок».
Исследователи изучили одноклеточную амебу под названием Capsaspora owczarzaki, которая является близким родственником современных многоклеточных животных. Капсаспора была первоначально обнаружена внутри пресноводной улитки и использовалась группой Руиса-Трилло, чтобы больше узнать об эволюции животных. Руис-Трилло и его команда секвенировали геном Capsaspora в более раннем проекте и обнаружили, что амеба содержит много генов, которые у животных связаны с многоклеточными функциями.
Являясь одноклеточным организмом, Capsaspora не может иметь несколько разных типов клеток одновременно, как это могут делать люди. Однако одиночная капсаспора со временем меняет свой тип клеток, переходя от одиночной амебы к агрегированной колонии клеток и к устойчивой кистозной форме в течение своего жизненного цикла. В этом новом исследовании изучалось, использует ли Capsaspora те же механизмы для контроля дифференцировки клеток с течением времени, которые животные используют для контроля развития клеток в различных тканях.
В сотрудничестве с командой Эдуарда Сабидо из отдела протеомики Центра геномной регуляции и Университета Помпеу Фабра исследователи проанализировали белки капсаспоры, чтобы определить, как организм может регулировать свои внутренние клеточные процессы в разных условиях жизни. этапы. «Протеомика на основе масс-спектрометрии позволяет нам измерять, какие белки экспрессируются и как они модифицируются», - говорит Сабидо. «Внутриклеточная передача сигналов зависит от этих модификаций белка, поэтому, проводя этот анализ, мы знаем не только то, что находится в клетке, но и то, как клетка организована и общается внутри».
Исследователи обнаружили, что от одной стадии к другой набор белков Capsaspora претерпевает обширные изменения, и организм использует многие из тех же инструментов, что и многоклеточные животные, чтобы регулировать эти клеточные процессы. Например, Capsaspora активировала факторы транскрипции и тирозинкиназную сигнальную систему на разных стадиях, чтобы регулировать образование белка. «Это те же самые механизмы, которые животные используют для дифференциации одного типа клеток от другого, но раньше они не наблюдались у одноклеточных организмов», - говорит Руис-Трилло.
Присутствие этих белково-регулирующих инструментов как у Capsaspora, так и у животных означает, что одноклеточный предок всех животных, вероятно, также обладал этими системами - и был более сложным, чем ученые ранее предполагали. «У предка уже были инструменты, необходимые клетке для дифференциации в разные ткани», - говорит Сабидо. «Клетки, существовавшие до появления животных, были более или менее подготовлены к этому прыжку».