Недавнее исследование показало, что у пресноводной гидры Hydra magnipapillata за проявления билатеральной симметрии отвечают те же гены, что и у человека.
Откуда вообще берется асимметрия тела? На самом деле, уже даже яйцеклетка у многих организмов (в том числе, позвоночных) не симметрична. У нее есть анимальный и вегетативный полюс, со стороны вегетативного полюса находится запас питательных веществ. Потом клетка оплодотворяется и начинается дробление, при котором полярность зародыша сохраняется. У вторичноротых – к ним относятся позвоночные, да и вообще почти все сложно устроенные существа, - на месте вегетативного полюса образуется анальное отверстие. Таким образом, кое-что из будущего плана тела определено еще на стадии яйцеклетки.
Всего осей тела три, и их можно сопоставить с Декартовой системой координат. У них есть мудреные латинские названия, но суть не в них: первая ось определяет, где будет голова, а где хвост, вторая – где живот, а где спина, третья – отличия правого от левого. Для позвоночных для всех этих осей определены белковые молекулы, руководящие организацией тела, и найдены кодирующие их гены. Это Wnt – сигнальный путь для передне-задней оси, BMP – для оси спина-живот и Nodal – для лево-правой симметрии.
На участие сигнального пути Nodal в разметке плана строения тела указывает, например, тот факт, что наличие мутаций в генах, кодирующих некоторые белки этого сигнального пути, приводит к отклонениям от традиционного плана строения. Непосредственно белки Nodal во время эмбриогенеза активны в левой половине эмбриона, а в правой активны их антагонисты. Диффузия приводит к тому, что образуется непрерывный градиент – активность Nodal постепенно уменьшается слева направо.
Билатеральной (право-левой) симметрией в большей или меньшей степени обладают все настоящие многоклеточные животные, кроме кишечнополостных Они принадлежат к таксону Bilateria. Хотя человек и выглядит довольно симметрично, различия есть: сердце левее центральной линии, печень правее. Даже у парных органов есть различия: левое легкое состоит из двух долей, правое – из трех. Но все же симметрия есть. Откуда она взялась? Ответ на этот вопрос авторы работы попытались получить, сравнивая представителей Bilateria с представителями ближайшей сестринской клады Cnidaria (cтрекающие), к которым относятся медузы, кораллы, гидры и некоторые другие. Разделение Bilateria и Cnidaria произошло более 600 миллионов лет назад. Результат исследования опубликован в журнале Nature.
У гидры есть верхний конец, нижний конец, а в перпендикулярной этой оси плоскости она обладает лучевой симметрией. Но этот принцип нарушается при почковании гидры. Гидра способна не только к половому, но и при благоприятных условиях к бесполому размножению. В нижней части тела у нее образуется почка, почка растет, у нее отрастают щупальца и открывается рот. Потом она отпочковывается и дальше уже это не почка, а самостоятельная гидра. Почки на теле гидры образуются только на двух линиях, параллельных оси, с двух противоположных сторон тела. То есть в процессе бесполого размножения у гидры проявляются свойства билатеральной симметрии.
Авторы работы проанализировали биоинформатическими методами геномы некоторых представителей Cnidaria в поисках генов, похожих на гены, кодирующие белки, связанные с определением у билатеральных животных осей спина-живот и левое-правое. Несколько таких генов нашлось. Один из них, называемые Ndr (Nodal-related gene), в одном из видов гидры оказался активен как раз в только что появившейся почке. По мере роста почки активность его падала. Оказалось, что введения ДНК, кодирующей Ndr достаточно для того, чтобы в месте введения начала образовываться почка.
Это исследование позволяет сделать вывод, что не только первая, но и вторая ось тела была еще у общего предка Bilateria и Cnidaria более 600 миллионов лет назад, а вот третья появилась уже у Bilateria. Поражает, что гены, которые через много миллионов лет будут помещать человеческое сердце слева, а печень справа появились так давно, да и сейчас не являются чем-то специфичным для позвоночных, а присутствуют уже у гораздо более примитивных животных, у которых ни сердца, ни печени.
