Строение щупалец брахиопод поможет реконструировать облик предка всех двусторонне-симметричных животных

Биологи из МГУ имени М. В. Ломоносова выяснили, как эволюция щупальцевого аппарата морских брахиопод отразилась на строении их нервной системы. Похожий орган, предполагают исследователи, мог быть у древнего предка двусторонне-симметричных животных, к которым относится 99 % описанных ныне видов, и люди в том числе. Исследуя современных брахиопод, можно воссоздать внешний облик и судьбу этого загадочного вымершего существа. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports при поддержке Российского научного фонда (РНФ), кратко о них рассказывается в пресс-релизе фонда.

До сих пор нет однозначного ответа на вопрос о том, как именно возникли двусторонне-симметричные, или билатеральные, животные. К ним относится 99 % всех описанных видов многоклеточных, среди них и человек. Есть мнение, что общий предок билатерий имел щупальца, служившие ему для добычи пищи, передвижения и как орган чувств. Однако у него, равно как и у других его многоклеточных современников, не было твердого скелета, а потому не осталось никаких вещественных доказательств его существования. Твердые ткани, способные сохраняться долгое время, появились примерно 540 миллионов лет назад, в эпоху кембрия.

Именно тогда обнаружены первые следы брахиопод — морских донных животных, прикрепляющихся к подводным предметам при помощи мускулистой ноги. От кембрийского разнообразия к нашему времени осталось всего лишь 400 видов: вероятно, группа оказалась вытеснена очень схожими с ними по внешнему виду и образу жизни двустворчатыми моллюсками.

Главная особенность брахиопод — щупальцевый аппарат, вероятно, схожий с тем, каким обладали первые билатерии. Он называется лофофор — две свернутые в спирали руки, которые находятся с обеих сторон от ротового отверстия и несут щупальца, покрытые ресничками. Их биение создает ток воды, который приносит питательные частицы: мертвую органику, мелких жгутиконосцев, диатомовые водоросли и прочее. Кроме того, лофофор — это орган осязания и химического чувства.

У самых ранних, вымерших, представителей группы был простой лофофор с одним рядом щупалец, системой хорошо развитых мышц для его поддержки и множеством нервов для управления им. Поскольку у большинства современных брахиопод лофофор имеет внутренний скелет, его мышечный каркас заметно упрощается, равно как и иннервация. В своей новой работе исследователи из МГУ имени М. В. Ломоносова рассмотрели строение нервной системы наиболее сложного щупальцевого аппарата брахиопод на примере вида Coptothyris grayi. Животных собирали в 2015 году в ходе экспедиции в заливе Восток Японского моря. Брахиопод препарировали, отделяли их лофофор и изучали его при помощи ряда микроскопических методов, в том числе мечения определенных структур флуоресцентными антителами.

Строение лофофора Coptothyris grayi. Источник: Temereva, Kuzmina/Scientific Reports, 2021

«Нервная система лофофора этого животного проявляет несколько эволюционных тенденций. С одной стороны, мускулатура органа заметно упростилась, из-за чего у него исчез один из четырех основных нервов — остальным брахиоподам он нужен для иннервации мощной кольцевой мышцы лофофора. С другой стороны, у Coptothyris grayi орган имеет очень сложную морфологию, а щупальца формируют не один, а два двойных ряда. Такие "совершенные" щупальца нужно точно координировать, и здесь ресурсов центральных нервных узлов недостаточно: появляются дополнительные крупные скопления нейронов. Они расположены вокруг хорошо развитого второго добавочного брахиального нерва, и в совокупности два этих улучшения обеспечивают согласованное управление смежными щупальцами, что чрезвычайно важно для животных-фильтраторов», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Елена Темерева, доктор биологических наук, профессор Биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова и базовой кафедры Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН.

Изучение лофофоров брахиопод может внести ценный вклад в понимание того, как возникли эти органы в разных группах организмов: независимо при приспособлении к окружающей среде или же были унаследованы от общего предка. Для реконструкции эволюции щупальцевых аппаратов необходима информация не только об их строении и функционировании, но также о развитии. Например, данных о формировании щупалец у брахиопод крайне мало и получены они в основном на тех представителях, плавающие ювенили (неполовозрелые особи) которых уже их имеют. Несомненным важным продолжением этой работы станут исследования индивидуального развития лофофора у брахиопод из разных групп.