Согласно одному исследованию, морские звезды - это просто "большие приплюснутые головы" (без туловища)

Морфология морских звезд — одна из величайших зоологических загадок. Хотя они произошли от билатерального предка, у них сформировалась загадочная конфигурация в 5 направлениях. Еще более удивительно то, что, согласно новому исследованию, эти животные не имеют туловища и, следовательно, полностью состоят из большой плоской головы. Анализ их генетической экспрессии показал, что все их тело (включая руки) состоит исключительно из головы.

Иглокожие (морские звезды, морские ежи, морские огурцы и т.д.) относятся к дейтеростомам и все произошли от билатериального предка. Как и человек и многие другие животные, они имеют анатомическую конфигурацию, разделенную в двух направлениях центральной линией симметрии (отделяющей правую сторону от левой). У них также есть голова, туловище и хвост (или нижние конечности).

Однако во взрослом состоянии морские звезды имеют пентарадальную организацию и не имеют ни правой, ни левой стороны, то же самое относится к передней и задней частям тела. Хотя на личиночной стадии они сохраняют билатеральную конфигурацию, по мере роста их анатомия радикально перестраивается и в итоге распределяется в 5 различных направлениях. Такая конфигурация принципиально отличается от их билатеральных предков и интригует ученых уже несколько десятилетий. Более того, у этих животных особенно трудно найти части тела, эквивалентные таковым у билатерий. Это означает, что до сих пор точное расположение головы и остальных частей тела морской звезды остается загадкой.

"Взаимосвязь между различными частями тела иглокожих и теми, которые мы наблюдаем у других групп животных, была загадкой для ученых на протяжении всего времени, пока мы их изучали", — объясняет Джеффри Томпсон (Jeffrey Thompson) из Саутгемптонского университета. "У их билатеральных родственников тело разделено на голову, туловище и хвост. Но, глядя на морскую звезду, невозможно понять, как эти части связаны с телом билатеральных животных", — добавляет он.

Чтобы расшифровать удивительную морфологию, Томпсон и его коллеги сравнили генетические маркеры, которые передают анатомическую конфигурацию морской звезды, с маркерами билатеральных дейтеростомов. Учитывая их общее билатеральное происхождение, это сравнительное исследование улучшает наше понимание того, как иглокожие развили свою уникальную морфологию.

Отсутствие генов, специфичных для развития туловища

У билатерий гены, отражающие морфологическое развитие, экспрессируются в полосах тканей, расположенных в наружном эмбриональном слое (эктодерме). Развертывание этой генной регуляторной сети отражает передне-заднюю полярность эктодермы, т.е. ее развитие в направлении двунаправленного распределения различных частей тела. В новом исследовании были использованы сверхточные молекулярные и геномные методы, чтобы понять, где экспрессируются эквиваленты этих генов в процессе эмбрионального развития и роста морской звезды. Затем с помощью РНК-томографии и гибридизации in situ была создана трехмерная карта экспрессии этих генов.

Ученые с удивлением обнаружили, что у морских звезд эквиваленты генов, специфичных для головы, экспрессируются вдоль центральной линии симметрии на каждой руке. Гены, экспрессирующие передние части тела, расположены по бокам от этой линии, а гены, экспрессирующие задние части, находятся дальше.

Еще более удивительно, что гены, экспрессирующие морфологию туловища у двусторонних дейтеростомов, не имеют аналогов у морских звезд. Это позволяет предположить, что последние отказались от области туловища и выпустили свою эктодерму, чтобы расширяться в новых направлениях. Это также означает, что все их тело является аналогом головы у других животных, что позволило им в ходе эволюции по-другому передвигаться и питаться. "Эти результаты позволяют предположить, что иглокожие, и в частности морские звезды, представляют собой наиболее впечатляющий пример разобщения головного и туловищного отделов, который мы знаем на сегодняшний день", — поясняет Лоран Формери, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature.

Другие специалисты предполагают, что билатерии, вероятно, сохранили туловище, чтобы уплыть от хищников. С другой стороны, иглокожие защищаются, свернувшись калачиком, что, по-видимому, достаточно для их общего выживания. "Наше исследование говорит о том, что план тела иглокожих эволюционировал более сложным образом, чем считалось ранее, и что нам еще предстоит многое узнать об этих интригующих существах", — заключает Томпсон.