Одна из величайших загадок эволюции — как у видов впервые появилось сложное зрение. Медузы помогают учёным решить эту головоломку, поскольку в их группе глаза независимо развивались как минимум девять раз. У разных видов медуз поразительно разные типы зрения: от простых светочувствительных пятен до сложных линзовых глаз, похожих на человеческие.
Биологи десятилетиями изучали строение глаз медуз, их чувствительность к свету и зрительное поведение, но точные гены, участвующие в формировании глаз медуз, оставались неизвестными.
Профессор эволюционной биологии Эйд Макьяс-Муньос изучает эволюцию глаз и светочувствительности с помощью генетических инструментов. Её лаборатория только что завершила высококачественное секвенирование генома Bougainvillia cf. muscus — небольшого медузоподобного животного из группы Hydrozoa, у которого поразительные 28 глаз.
Результаты опубликованы в журнале G3: Genes, Genomes, Genetics.
Хотя изначально команда планировала изучить более распространённый вид — Tripedalia cystophora, или кубомедузу, — который они получили на стадии полипа, Bougainvillia неожиданно появилась в их резервуаре с морской водой, когда медузы начали взрослеть, и они оказались настоящей находкой для науки.
Bougainvillia известна своей сложностью содержания в лабораторных условиях, и её изучение было в значительной степени ограничено. Команда смогла извлечь ДНК всего из 15 крошечных особей и построить подробную генетическую карту с более чем 46 000 предсказанными генами. Считается, что это первый геном, доступный для вида медуз с таким количеством глаз.
«Этот новый геном — отличный ресурс для сравнительных исследований, чтобы понять, как эволюционировали животные, и какой генетический инструментарий был у их последнего общего предка», — сказала Макьяс-Муньос.
Глаза Bougainvillia, называемые оцеллями, представляют собой простые структуры, которые улавливают свет, но лишены сложности линзовых глаз. При анализе генома команда обнаружила 20 «опсинов» — светочувствительных белков, используемых в зрении по всему животному миру. Для сравнения, у человека их всего четыре. Интересно, что опсины у Bougainvillia отличаются от таковых у более известных медуз, что позволяет предположить, что этот вид развивал зрение по другому генетическому пути. Исследователи также обнаружили другие гены, участвующие в развитии глаз и реакции на свет.
В целом, этот геном предлагает важную новую подсказку в понимании эволюции зрения, особенно того, как появляются простые глаза в разных эволюционных линиях. Это мощная основа для будущих биологических исследований.
Лаборатория Макьяс-Муньос по-прежнему сосредоточена на изучении генетики эволюции глаз. Будущие проекты включают исследование роли генов, связанных со зрением, которые были идентифицированы в геноме Bougainvillia, и определение того, какие из них действительно участвуют в светочувствительности.
Другое направление исследований — изучение генетики регенерации глаз. Зрительные книдарии, такие как Bougainvillia, могут отращивать сенсорные структуры, содержащие глаза, подобно тому, как ящерицы отращивают хвосты, — редкая способность, которая может открыть новые возможности для понимания того, как формируются и восстанавливаются зрительные системы.
В ответ на критику своей теории естественного отбора Чарльз Дарвин однажды признался: «Глаз и по сей день вызывает у меня дрожь, но когда я думаю о прекрасных известных градациях, мой разум говорит мне, что я должен преодолеть эту дрожь».
«Прекрасные градации», обнаруженные у медуз, могут стать ключом к разгадке этой эволюционной загадки, а с появлением геномов из уникальных видов, таких как 28-глазая Bougainvillia, мы приближаемся к ответу.
Предоставлено Университетом Калифорнии в Санта-Круз.