У древней группы морских беспозвоночных имеется аналог плаценты

Ученые с кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета Санкт-Петербургского университета вместе с коллегами из Венского университета обнаружили, что мшанки из отряда циклостоматид имеют аналог плаценты. У них развиваются большие многоядерные клеточные структуры, окружающие эмбрион на ранних стадиях развития.

Циклостоматиды (Cyclostomatida) — небольшие морские колониальные животные, ведущие прикрепленный образ жизни, преимущественно в сублиторальной зоне океанского шельфа. Они появились в нижнем ордовике, около 488 млн лет назад, и доминировали в мезозойских морях. Потом их разнообразие значительно сократилось, из более чем шестисот видов циклостоматид сейчас существуют лишь 175. Питаются циклостоматиды, как и прочие мшанки, отфильтровывая органику из воды, которую они прогоняют сквозь себя.

Исследователи выявили, что у двух видов этих мшанок, Crisia eburnea и Crisiella producta, собранных на Морской биостанции СПбГУ на Белом море, эмбрионы заключены в питательную ткань, аналог плаценты с уникальной структурой, включающей в себя как одиночные клетки, так и ценоциты — крупные многоядерные образования.

Многоядерные структуры встречаются у целого ряда организмов. У животных они чаще представляют собой синцитий — ткань с неполным разграничением клеток, при котором обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой цитоплазматическими мостиками. Синцитий может возникать путем слияния отдельных клеток. Такие структуры имеются и у человека: в плаценте синцитий покрывает ворсинки, которые проникают в стенку матки, чтобы установить циркуляцию питательных веществ между эмбрионом и организмом матери. Другая разновидность многоядерных структур — ценоцит — представляет собой фактически гигантскую клетку со многочисленными ядрами. Ценоциты возникают, когда деление ядер не сопровождается делением остальной клетки. Образование ценоцитов типично для растений и грибов.

«Изначально я и моя аспирантка Ульяна Неклюдова, которая является первым автором статьи, ожидали увидеть у этих мшанок синцитий. Однако то, что мы обнаружили, оказалось ценоцитами, то есть многоядерными структурами, которые ранее не были известны в плаценте животных, — говорит профессор кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ Андрей Островский. — Эмбрионы в этой группе мшанок не просто прилегают к плаценте, а встроены в нее. Плацента состоит из нескольких крупных ценоцитов, и ценоцитарные элементы связаны между собой посредством цитоплазматических мостиков и различных межклеточных контактов. Ценоциты имеют различную ультраструктуру. Эта ткань демонстрирует как синтез, так и транспорт питательных веществ».

Структурно и функционально, но не по происхождению, эту ткань мшанок можно сравнить с плацентарным синцитием у хордовых и некоторых беспозвоночных. Плацента мшанок возникает из «перепончатого мешка» — органа, изначально выполняющего иную функцию. Этот мешок служит гидростатическим аппаратом, обеспечивающим движения щупалец. Оплодотворенное яйцо мшанки попадает в ротовое отверстие одной из особей, составляющих колонию. После этого данная особь претерпевает изменения, превращаясь в гонозооид — элемент колонии, специализирующийся на размножении. Перепончатый мешок гонозооида превращается в питающую эмбрион плаценту.

Срез гонозооида мшанки с эмбрионами под микроскопом. Фото: СПбГУ

С развитием аналога плаценты ученые связывают свойственную данной группе мшанок полиэмбрионию. Каждая оплодотворенная яйцеклетка у них многократно делится и дает начало множеству эмбрионов, каждый из которых становится самостоятельной личинкой и покидает гонозооид, чтобы в случае успеха заложить новую колонию мшанок. «Полиэмбриония — это так называемый эволюционный тупик. Всё потомство представляет собой клоны. Генетического разнообразия нет, — замечает Андрей Островский. — Разнообразие потомков важно для выживания. Тогда почему полиэмбриония, которая была типичной для этих мшанок в течение примерно 200 миллионов лет, согласно имеющимся у нас ископаемым свидетельствам, сохранялась? Мшанки, производящие клонов-личинок в течение нескольких месяцев, сталкиваются с постоянно меняющейся средой. В результате меняются не геномы, а условия, в которых эти геномы случайно оказываются».

Исследование опубликовано в журнале BMC Ecology and Evolution.