Мінога допомогла зрозуміти, як хребетні тварини відростили голову

Одна з найбільших загадок еволюції – це поява у хребетних їхньої голови та черепа. Автори нового дослідження стверджують, що вирішили її, ретельно вивчивши ембріональний розвиток одного з найпримітивніших сучасних хребетних – японської, або тихоокеанської, міноги.

Хребетні відіграють особливу роль у сучасній біосфері. Вони великі, складноорганізовані й належать до числа найбільш успішних в еволюційному плані тварин. Хребетні – це істоти, що мають хребет, які належать до типу хордові. До нього входять і деякі інші тварини, такі як ланцетники та оболочники. Вони позбавлені хребта, але принаймні частину життя мають іншу опорну структуру, яка тягнеться вздовж тіла, – хорду.

Перші предки хордових виникли на зорі сучасного етапу еволюції біосфери – у кембрійському періоді. Вважається, що вони нагадували ланцетників – невеликих сучасних хордових, що не мають ані хребта, ані навіть голови: лише хвіст, прикріплений до тулуба.

Невдовзі з’явилися й перші хребетні – найімовірніше, вони були споріднені з круглоротими, які живуть нині, насамперед міногами. Ці тварини мають лише примітивний череп і позбавлені щелеп, що не заважає їм впиватися в тіло риб і паразитувати на них. Залишалося велике питання: в який момент хребетні відростили голову, тобто набули відокремленого головного відділу тіла та відповідної частини скелета?

Одні вчені вважали, що голова першого хребетного (а значить, і всіх його нащадків) утворилася з модифікованих хребців, тобто спочатку була частиною хребта. Таке припущення одним із перших висловив ще Гете. Інші стверджували, що череп з’явився самостійно і незалежно, на основі якихось інших структур.

Японські дослідники, які опублікували статтю в журналі iScience, стверджують, що знайшли відповідь на це питання. За допомогою серій ультратонких зрізів і скануючої електронної мікроскопії вони детально вивчили ембріональний розвиток японської, або тихоокеанської, міноги Lethenteron camtschaticum. Раніше настільки детального і достовірного опису ембріогенезу міног не було. Дослідники також вивчили патерни генної експресії у L. camchaticum, а для порівняння – ланцетників і напівхордових (безхребетні тварини, близькі до типу хордових).

Динаміка розвитку головної мезодерми міноги / © T. Onai et al., 2023

У центрі пильної уваги вчених опинився розвиток мезодерми голови міноги, а також сомітів. Так називають парні мезодермальні утворення, розташовані симетрично з боків хорди та зародкової нервової системи хребетних.

Раніше ембріологи помітили, що в головній частині зародків хребетних також є парні утворення – бульбашки, які нагадують соміти. Треба було з’ясувати, чи справді ті й інші структури мають спільне походження. Автори нової статті впевнено спростували такий зв’язок.

Вони підтвердили, що в голові зародка міноги дійсно з’являються характерні кластери (скупчення) клітин. Однак вони не мають форми розеток (кола з отвором посередині), яку найчастіше набувають сомити хребетних. Такі розетки важливі на наступних стадіях розвитку зародка. Ба більше, у тканинах міноги, що розвивається, не виявлено активності генів, які беруть участь у формуванні сомітів і поділі зародка на сегменти – схожі ділянки, які розташовані одна за одною.

Виходить, мезодерма голови хребетних тварин розвинулася незалежно від хребців і вже на ранніх етапах еволюції. Водночас соміти, на думку авторів дослідження, найімовірніше, виникли у ще давнішого спільного предка вторинно-ротих – великої групи тварин, до якої входять хордові (включно з хребетними), напівхордові та голкошкірі.

Вчені вважають, що їхня стаття покладе край суперечкам зоологів, які тривали півтора століття, про те, чи з’явилася голова хребетних “сама по собі”, або ж була лише похідним від їхнього хребта.