Согласно гипотезе 150-летней давности, все ткани и органы нашего тела происходят из одного из трех зародышевых листков, которые формируются на раннем этапе эмбриогенеза. Эта «гипотеза зародышевого слоя» утверждает, что кожа и нервная система происходят из внешнего слоя эктодермы, кишечник и некоторые внутренние органы, такие как поджелудочная железа, происходят из внутреннего слоя энтодермы, в то время как мышцы и гонады происходят из среднего слоя, мезодермы. Ранее исследователи отметили принципиальную разницу в количестве зародышевых листков у разных групп животных.В то время как большинство животных, таких как люди, насекомые и черви, развиваются из трех зародышевых листков, книдарии (кораллы, морские анемоны или медузы) не имеют промежуточного слоя и представляют только два клеточных слоя во время развития и на протяжении всей жизни.
Возникновение мезодермы как третьего промежуточного зародышевого листка считается ключевым событием в эволюции сложных животных. Однако до сих пор возникли споры о том, как эволюционировала мезодерма и как два зародышевых листка книдарий соотносятся с тремя слоями у большинства других животных. Новая публикация лаборатории Ульриха Технау на факультете молекулярной эволюции и развития Венского университета представляет принципиально новый взгляд на эволюцию зародышевых листков.Самая внутренняя, формирующая кишечник энтодерма всегда считалась эволюционно связанной между книдариями и другими животными.
В своем исследовании Технау и его коллеги проверили эту гипотезу, проследив эмбриональное происхождение клеток, продуцирующих пищеварительные ферменты, а также их гены-регуляторы развития, типичные для кишечника и поджелудочной железы морского анемона. Авторы показывают, что у морских анемонов, вопреки всем предыдущим представлениям, клетки железы, вырабатывающие пищеварительные ферменты и инсулин, развиваются не из энтодермы, а из эктодермальной части рта, глотки. «Я был озадачен, когда впервые увидел, что все производные энтодермы морских анемонов полностью лишены клеток пищеварительных желез. Это не то, чему учат в учебниках биологии», — объясняет Патрик Стейнмец, который участвовал в большинстве экспериментов и теперь является руководителем группы в Бергенский университет в Норвегии.«Результаты полностью меняют наше представление о происхождении зародышевых листков.
Это означает, что« энтодерма »морских актиний и позвоночных, хотя и называется одинаково, на самом деле не связана с эволюцией», — добавляет Ульрих Технау. Если ротовая эктодерма морского анемона, а не энтодерма соответствует кишечнику и поджелудочной железе позвоночных, то какой позвоночный коррелят энтодермы морского анемона? Когда Steinmetz и Technau углубились в этот вопрос, они обнаружили сильное сходство между книдариевой энтодермой и промежуточным слоем мезодермы: обе имеют большое количество регуляторных генов, и обе дают начало схожим типам клеток, таким как мышечные или гонадные клетки.
Таким образом, морской анемон демонстрирует четкий коррелят мезодермы, но не в промежуточном положении, как у трехслойных животных. Расположение, а не появление новой ткани между кишечником и кожей, таким образом, было ключевым событием, которое привело к эволюции трехслойных животных.
«Подавляющее большинство животных в настоящее время развивают три зародышевых листка, и мы сделали большой шаг к пониманию одного из важнейших событий, лежащих в основе этой истории эволюционного успеха», — заключает Стейнмец.