Медузы претерпевают удивительные метаморфозы: от крошечных полипов, растущих на морском дне, до плавающих медуз с жалящими щупальцами. Это изменение формы сослужило им хорошую службу, помогая медузам на протяжении более 500 миллионов лет массовых вымираний на Земле.
"Все, что они делают, действительно работает на них", - сказал Дэвид Голд, доцент палеобиологии Колледжа литературы и науки Калифорнийского университета в Дэвисе.
Первый подробный взгляд на геном медузы - лунного желе Aurelia aurita - раскрывает истоки этой успешной стратегии выживания. Геном аурелии, опубликованный 3 декабря в журнале Nature Ecology and Evolution, указывает на то, что ранние медузы перерабатывали существующие гены, чтобы превратиться из полипа в медузу. Результаты показывают, что животные могут довольно легко проникать в новые ниши и формироваться.
«Эти результаты еще раз доказывают, что эволюция не обязательно усложняет генетический код», - сказал Голд, ведущий исследователь генома. «Медузы могут построить большую и сложную историю жизни, используя многие из тех же генов, что и у более простых животных».
Исследовательскую группу в равной степени возглавляли Голд, который выполнил большую часть работы в качестве научного сотрудника с докторской степенью в Калифорнийском технологическом институте, и Такео Кацуки, научный сотрудник Института мозга и разума Кавли в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Диего.
Геном: универсальный инструмент
Медузы происходят от одной из старейших ветвей генеалогического древа животных, типа Cnidaria, в который входят кораллы и анемоны. Медузы, вероятно, были первыми пловцами в открытом океане с мускульной силой. Они появились в конце докембрийской эры, в период серьезных геологических и экологических изменений, предшествовавших кембрийскому взрыву животной жизни.
В какой-то момент своей эволюции медузы приобрели способность превращаться из стационарного полипа в плавающую медузу. Переход включает в себя серьезные изменения в нервной системе медузы, мышцах и вооружении, также известных как стрекательные клетки, называемые книдоцитами. Исследователи обнаружили, что для достижения этого стадия жизни медузы часто кооптирует существующие генные сети развития и типы клеток, присутствующие в полипах. Кроме того, в исследовании сообщается, что Aurelia, по-видимому, моделирует разные этапы своей жизни, используя многие из тех же генов, что и у животных, таких как плодовые мушки и люди. (у всех этих животных есть общий предок, хотя и древний.)
Есть второе, более спорное объяснение того, что ученые нашли в геноме медузы. Возможно, сходство между геномом лунной медузы и «высшими» животными демонстрирует, что у Cnidaria изначально была стадия жизни медузы, которую утратили такие животные, как кораллы и морские анемоны.
«Наши результаты не позволяют различить эти два сценария», - сказал Голд. Если вторая гипотеза окажется верной, «плавающие плотоядные животные могут быть даже старше, чем мы думаем». По словам Голда, помимо вопросов эволюции, геном Aurelia окажется полезным во многих других областях биологии. Аурелия является важной моделью для изучения развития и функционирования нервной системы и может дать представление о заживлении ран и регенерации животных. Лунные медузы также являются главным виновником экологически и экономически опасного цветения медуз, которое становится все более распространенным явлением. Например, гигантские рои лунных медуз забили водозаборные трубы, вызвав остановку атомных электростанций во Флориде и Швеции. Лучшее понимание генетики аурелии может предложить новые идеи для контроля цветения.
«Во многом древние океаны позднего докембрия очень похожи на то, как будут выглядеть современные океаны в ближайшем будущем, - сказал Голд, - имея в виду, что изучение эволюции медуз в прошлом может рассказать нам об их потенциальное влияние на будущее."