Геном 28-глазой медузы расшифровали в поисках эволюционных истоков зрения
Одна из самых больших загадок эволюции — как у видов впервые развилось сложное зрение. В этом смысле ученым особенно интересны медузы, ведь у них в ходе эволюции глаза независимо появлялись как минимум девять раз. У разных видов медуз встречаются разительно отличающиеся типы зрения — от простых глазных пятен, определяющих интенсивность света, до сложных глаз с хрусталиками, похожих на человеческие.
Биологи десятилетиями исследовали структуру глаз медуз, их светочувствительность и зрительное поведение, но генетические основы формирования органов зрения этих морских обитателей оставались неизученными. Ученые под руководством профессора Аиды Масиас-Муньос из Калифорнийского университета в Санта-Крузе завершили высококачественное секвенирование генома Bougainvillia cf. muscus — небольшого медузоподобного животного из группы гидроидных, у которого невероятные 28 глаз. Результаты исследования опубликованы в G3: Genes | Genomes | Genetics.
Изначально команда планировала изучать более распространенный вид — кубомедузу Tripedalia cystophora, которую они получили на стадии полипа. Но внезапно в их аквариуме обнаружилась бугенвиллия, когда медузы начали созревать, — и она оказалось научной сокровищницей. Bougainvillia отличается тем, что ее крайне сложно содержать в лабораториях, и она почти не изучена. Ученым удалось извлечь ДНК всего из 15 крошечных особей и создать детальную генетическую карту с более чем 46 000 предсказанными генами. Это, вероятно, первый доступный геном медузы с таким количеством глаз.
«Этот новый геном — отличный ресурс для сравнительных исследований, чтобы понять, как эволюционировали животные и какой генетический инструментарий присутствовал у их последнего общего предка», — сказала Масиас-Муньос.
Глазки Bougainvillia — оцеллии — представляют собой простые органы, которые определяют свет, но не сравнимы по сложности с глазами с хрусталиком. Анализируя геном, команда обнаружила 20 опсинов — светочувствительных белков, задействованных в зрении у всех животных. Для сравнения, у людей их всего четыре. Интересно, что опсины бугенвиллии отличаются от таковых у более известных медуз, что позволяет предположить другой генетический путь эволюционного развития зрения. Исследователи также обнаружили другие гены, связанные с работой глаз и реакцией на свет.
Что дальше
Лаборатория Масиас-Муньос продолжает изучать генетику эволюции глаз. В будущих исследованиях планируется определить роль генов, связанных со зрением, которые были обнаружены в геноме Bougainvillia, чтобы понять, какие из них действительно участвуют в световосприятии.
Другое направление работы — изучение генетики регенерации глаз. Глазастые стрекающие вроде Bougainvillia могут восстанавливать сенсорные структуры с оцеллиями — подобно тому, как ящерицы регенерируют хвосты. Эта редкая «сверхспособность» может дать подсказки, как формируются и восстанавливаются зрительные системы.
«Глаза до сих пор вызывают у меня холодную дрожь [своей сложностью], но когда я думаю о тонких известных градациях, мой разум говорит мне, что я должен ее преодолеть», — признавался Чарльз Дарвин, отвечая на критику своей теории естественного отбора.
«Тонкие градации», обнаруженные у медуз, могут стать ключом к разгадке этой эволюционной тайны — и с появлением большего количества геномов уникальных видов, таких как 28-глазая Bougainvillia, мы приближаемся к ответу.
Медузы могут отращивать щупальца заново. И ученые выяснили, как
Цветное зрение развилось на 100 миллионов лет раньше появления красочных фруктов и цветов
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram