Наблюдения биологов за недавно открытыми микроорганизмами показали, как могли возникнуть многоклеточные животные в процессе эволюции. Эти организмы похожи на хищные сперматозоиды, а, чтобы охотиться на более крупных жертв, слипались в «многоклеточные» псевдоорганизмы. Исследование поддержано президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).
Хищный жгутиконосец Syssomonas multiformis является одноклеточным родственником животных и формирует многоклеточные структуры
Фото: Денис Тихоненков
Хищный жгутиконосец Syssomonas multiformis является одноклеточным родственником животных и формирует многоклеточные структуры
Фото: Денис Тихоненков
Чтобы установить последовательность событий в происхождении животных от одноклеточных предков, необходимо исследовать их ближайших микроскопических родственников. Существуют разные теории возникновения многоклеточности, но пока ученые не пришли к единой.
Предками многоклеточных животных могли быть одноклеточные организмы, передвигающиеся с помощью жгутика на задней части и похожие на хищные сперматозоиды — они были способны охотиться на более крупных одноклеточных. Такое оказывалось возможным, если они вместе охотились и питались: клетки частично слипались друг с другом в многоклеточные образования и формировали так называемые агрегации. Такой образ жизни способствовал увеличению размеров клеток в составе агрегации, а также тому, что агрегация начинала расти не за счет присоединения новых «членов», а за счет деления имеющихся. Питание крупной жертвой, в свою очередь, приводило к значительному увеличению в размере и последующему множественному делению клетки, что является важным фактором возникновения многоклеточности.
Новые одноклеточные хищники из обширной группы заднежгутиковых, а именно три вида — Syssomonas multiformis, Pigoraptor vietnamica и Pigoraptor chileana, были обнаружены группой ученых Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН в пресных водоемах Вьетнама и Чили. Наблюдения за их живыми клетками проводили в лабораторных условиях. Изученные виды могли выживать при температуре 5–40 °C, рН 6–11 и переносить повышение солености до 0,04%.
Исследователи показали, что эти микроорганизмы отличаются сложными жизненными циклами, образованием многоклеточных скоплений и необычной для современных одноклеточных диетой — питанием крупной добычей за счет частичного слипания друг с другом.
Один из микробов под названием Syssomonas multiformis к тому же мог разрушать зерна риса и заглатывать отдельные частички рисового крахмала за счет так называемого внеклеточного пищеварения, при котором происходит выделение расщепляющих крахмал ферментов непосредственно в воду.
Полученные данные согласуются с гипотезой синзооспоры Алексея Захваткина, по которой многоклеточность у животных могла возникнуть посредством слияния друг с другом клеток различных типов, которые уже присутствовали в жизненном цикле одноклеточного предка животных. Результаты исследования не поддерживают общепринятую теорию гастреи Эрнста Геккеля.
«Изучение генетических механизмов взаимодействия клеток и их поведения, роста и развития у одноклеточных, предков многоклеточных животных, потенциально важно в медицине, поскольку нарушения данных процессов приводят к опухолям и образованию метастазов при раковых заболеваниях»,— рассказывает руководитель проекта РНФ Денис Тихоненков, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологии внутренних вод.
В исследовании также участие принимали ученые из Пензенского государственного университета, Центра исследований океана имени Гельмгольца, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, департамента ботаники Университета Британской Колумбии.
По материалам статьи «Insights into the Origin of Metazoan Multicellularity from Predatory Unicellular Relatives of Animals»; Denis V. Tikhonenkov, Elisabeth Hehenberger, Anton S. Esaulov, Olga I. Belyakova, Yuri A. Mazei, Alexander P. Mylnikov, Patrick J. Keeling; журнал BMC Biology, апрель 2020 г.