Одним из важнейших этапов в эволюции живого мира было возникновение многоклеточных
организмов из одноклеточных. Как считают ученые из Института Биологических Исследований Сэлк
и Объединенного Института Генома при Департаменте Энергии США, вопреки распространенному
до недавнего времени мнению, этот процесс не требовал серьезных перестроек генома.
Сравнение геномов многоклеточных водорослей Volvox carteri и их ближайших родственников
одноклеточных Chlamydomonas reinhardtii показало, что многоклеточные организмы могут строить
свои более сложные молекулярные комплексы из тех же составных частей, что существуют и у их
одноклеточных предков.
"Если рассматривать белки как составные детали конструктора, то Chlamydomonas имеет
замечательный набор таких составных частей!" - поясняет Джеймс Умен, профессор
Лаборатории Молекулярной и Клеточной Биологии Растений Института Сэлк, -
"Вольвоксу не понадобились дополнительные детали, вольвокс лишь поэкспериментировал с
теми составными частями, что были унаследованы от предков. Мы ожидали большую разницу в размерах
генома, числе генов и групп генов между Volvox и Chlamydomonas, но выяснилось, что это не так!"
Многоклеточность возникает независимо в разных группах живых организмов, включая животных,
грибы, растения, в том числе зеленые и красные водоросли. "Этот переход - одно из величайших
эволюционных событий, изменивших развитие жизни на Земле!" - считает соавтор данного исследования
Симон Прочник, компьютерщик из Объединенного Института Генома при Департаменте Энергии США, -
"Было выдвинуто много гипотез в попытке объяснить, что же позволило многоклеточным организмам
быть более сложными чем их одноклеточные предки."
Большинство таких переходов от одноклеточного существования к многоклеточному произошло
более 500 миллионов лет назад, так что изменения на генетическом уровне трудно проследить.
Интересное исключение - вольвоксовые (группа зеленых водорослей) - в этой группе многоклеточность
возникала как серия небольших шажков-изменений, и даже среди современных представителей этой
группы можно проследить этапы усложнения морфологии и развития.
Считается, что Volvox - наиболее сложный представитель группы, - эволюционировал от предков,
подобных Chlamydomonas, в ходе последних 200 миллионов лет, что делает эти современные организмы
интересной моделью для изучения возникновения многоклеточности и клеточных дифференцировок.
Ученые сиквенировали, то есть определили последовательность 138 миллионов пар нуклеотидов в геноме
Volvox. Геном сам по себе на 17% больше, чем ранее сиквенированный геном Chlamydomonas, и разница
в последовательности нуклеотидов между этими геномами сравнима с разницей между человеком и курицей.
Несмотря на небольшое увеличение размера генома, предсказанное учеными число белков очень близко
для этих двух организмов: 14,566 у Volvox против 14,516 у Chlamydomonas, и ученые не смогли
обнаружить также каких-то принципиальных отличий в наборе белковых доменов (составных блоков
в строении белков) и комбинаций этих доменов.
"Это было совершенно неожиданным!" - поясняет Умен, - "ведь до нашего открытия считалось, что
появление новых доменов белков играет важную роль в эволюции многоклеточности у растений и животных."
Несмотря на то, что в целом по белкам большой разницы не было, белки, специфичные именно для
вольвоксовых, например, белки внеклеточного матрикса, отличались, - у представителей Volvox таких
белков было больше по сравнению с Chlamydomonas.
Каждая зрелая колония Volvox состоит из клеток со жгутиками, похожих на клетки Chlamydomonas,
включенных в особым образом организованный внеклеточных матрикс, похожий на клеточные стенки клеток
Chlamydomonas. Внеклеточный матрикс Volvox и по размерам и по сложности организации превосходит
клеточную стенку Chlamydomonas, и это соотносится с увеличением числа и разнообразия генов,
кодирующих основные белки внеклеточного матрикса ферофорины и поверхностные белки семейства VMP.
Кроме того, Умен и его коллеги обнаружили увеличение у Volvox белка циклина D, который регулирует
деление клеток. Видимо, это связано с более сложной регуляцией деления клеток в ходе развития Volvox.
Наконец, как выяснили ученые, у Volvox произошло изменение функциональной роли некоторых генов:
например, некоторые из белков ферофоринов стали выполнять роль гормональных сигналов, запускающих
процессы половой дифференцировки.
Источник новости:
http://www.newswise.com/articles/origins-of-multicellularity-all-in-the-family
Пересказал А. Ермаков