Современных матерей, будь то человек или мышь, можно простить за зависть к сумчатым мамочкам. Вместо того, чтобы терпеть долгую беременность и рождение относительно хорошо развитого - и сравнительно крупного - ребенка, кенгуру, валлаби и им подобные беспечно производят потомство после беременности, измеряемой днями, а не месяцами.
Эти крошечные, почти бесформенные существа затем бесстрашно пробираются к материнской сумке, чтобы вежливо прижаться и кормить грудью иногда до года.
В течение десятилетий исследователи предполагали, что это преждевременное изгнание из матки почти не оставило роли плаценте, которая у большинства млекопитающих тесно связывает физиологические процессы матери и плода, чтобы поддерживать многие стадии развития плода. Этих млекопитающих называют плацентарными млекопитающими, чтобы отличить их от эволюционно далеких сумчатых. Однако в последнее десятилетие или около того стало очевидным, что сумчатые обладают своей собственной, рудиментарной версией этого важного органа.
Теперь исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета и Мельбурнского университета в Австралии объединились, чтобы узнать, что сумчатые выработали хитрый трюк, чтобы поддерживать свою потребность в укороченной беременности и длительном периоде лактации. Короче говоря, самки сумчатых экспрессируют гены, важные для развития плода, которые обычно обнаруживаются на более поздних стадиях плацентарной плаценты в их молочных железах, вместо этого - своего рода передача эстафетной палочки развития от матки к соску, что соответствует их уникальному образу жизни, прыгающему по саванне..
«Это исследование в основном показывает, что плацента, хотя и выглядит совсем иначе у сумчатых, выполняет многие функции плацентарных», - сказала Джули Бейкер, доктор философии, профессор генетики в Стэнфорде.«Каждое животное придумало свои собственные уникальные стратегии для выполнения функций плаценты, которые учитывают, например, где они живут, сколько у них потомства и что они едят. Но фактическая функция очень хорошо сохраняется».
Бейкер совместно с Мэрилин Ренфри, доктором философии, профессором зоологии Мельбурнского университета, является главным автором исследования, которое будет опубликовано в Интернете 12 сентября в eLife. Ведущий автор - аспирант Стэнфордского университета Майкл Гернси.
Маленький валлаби
Гернси и Бейкер изучили плаценту таммарского валлаби, обитающего в Австралии. Сумчатому наивному он напоминает крошечного кенгуру. Самцы весят не более 20 фунтов и имеют рост около 18 дюймов. Он радостно добывает корм ночью. Беременность таммарского валлаби длится всего 26,5 дней, после чего детеныши забираются в сумку и кормят грудью в течение следующих 300-350 дней, завершая свое развитие.
Плацента валлаби обманчиво проста.
«Существует только два основных типа тканей, - сказал Гернси, - один отвечает за распределение питательных веществ, а другой - за дыхание. плаценты и где они экспрессируются. И наоборот, какие маркеры плаценты могут отсутствовать?"
Напротив, плацента плаценты очень сложна и состоит как из ткани матери, так и из ткани плода.
Гернси изучил транскрипты РНК в плаценте валлаби и сравнил их с транскриптами, обнаруженными у плацентарных млекопитающих на разных стадиях развития плода. Он обнаружил, что паттерны экспрессии генов в плаценте сумчатых претерпевают динамичные и быстрые изменения в течение последних нескольких дней короткой беременности животных, в течение которых плацента вырабатывает белки, которые, как известно, важны на ранних стадиях развития плацентарных.
«Все временные точки экспрессии генов валлаби были наиболее похожи на те, которые были обнаружены в ранней плаценте плаценты», - сказал Гернси. «Но куда делись поздние функции эутерианской плаценты?»
Изменения в молоке
Ключ может заключаться в сложном составе молока животных, состав которого меняется в соответствии с потребностями растущего детеныша, привязанного к сумке. Он настолько эффективен, что помещение младенца в сумку матери, которая кормила ребенка с более развитым развитием, приводит к тому, что новоприбывший резко набирает вес, увеличивая размер головы и вес тела, а его мех становится более густым, чем у его сверстников того же возраста.
Чтобы исследовать взаимосвязь между сумчатой плацентой и молоком, вырабатываемым во время лактации, исследователи сосредоточились на 77 генах, экспрессия которых была общей для плаценты таммара, плаценты плаценты и молочной железы таммара, но не молочной железы мыши. железа.
Многие из идентифицированных ими генов были связаны с переносом питательных веществ. Другой, известный как GCM1, является фактором транскрипции, необходимым для функционирования плаценты плаценты.
«Это первое задокументированное выражение GCM1 вне плаценты у млекопитающих», - сказал Бейкер. «Мы узнаем, что сумчатая плацента функционирует во многом так же, как и у плацентарных на самых ранних стадиях развития, но вместо этого экспрессия плацентарных генов плаценты более поздних стадий происходит в молочной железе., коровы или мыши необычайно отличаются от сумчатых, животные выполняют одни и те же необходимые функции по-разному».
«По сути, мы пытаемся понять, как плацента эволюционировала в первую очередь», - сказал Гернси. «На этот вопрос сложно ответить. Мы обнаруживаем, что можем начать идентифицировать рудиментарные плаценты и у других видов, таких как ящерицы и рыбы. Будет действительно интересно посмотреть, сохранятся ли эти функции в совершенно другом эволюционном ландшафте таким образом, который имеет смысл для этого животного».
Гийом Корнелис, доктор философии, аспирант Стэнфордского университета, также является соавтором исследования.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Фондом Берри и Австралийским исследовательским советом.
Отдел генетики Стэнфорда также поддержал эту работу.