Наблюдения биологов за недавно открытыми микроорганизмами показали, как могли возникнуть многоклеточные животные в процессе эволюции. Эти организмы похожи на хищные сперматозоиды и охотятся на более крупных жертв, слипаясь в «многоклеточные» псевдоорганизмы. В опубликованной в журнале BMC Biology статье группа российских и зарубежных ученых анализирует строение и жизненные циклы новых одноклеточных. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

От хищничества к многоклеточности. Хищный жгути...

От хищничества к многоклеточности. Хищный жгутиконосец Syssomonas multiformis является одноклеточным родственником животных и формирует многоклеточные структуры. Источник: Денис Тихоненков

Чтобы установить последовательность событий в происхождении животных от одноклеточных предков, необходимо исследовать их ближайших микроскопических родственников. Существуют разные теории возникновения многоклеточности. Общепринятой является теория гастреи Эрнста Геккеля о том, что первичный многоклеточный организм мог возникнуть в процессе деления клетки. В скоплениях таких клеток появились различия, которые привели к дальнейшей специализации так, что одни клетки отвечали за движение, другие — за питание и пищеварение. Возможно, предками многоклеточных животных могли быть одноклеточные организмы, передвигающиеся с помощью жгутика на задней части и похожие на хищные сперматозоиды. При этом они были способны охотиться на более крупных одноклеточных. Такое возможно за счет совместной охоты и питания, при котором 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 последняя росла теперь 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, кислотности среды 6–11 (то есть в довольно щелочной среде) и переносить повышение солености до 0,04%. В результате исследований выяснилось, 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 при слиянии друг с другом клеток различных типов, которые уже присутствовали в жизненном цикле одноклеточного предка животных.

«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 принимали участие исследователи из Пензенского государственного университета, Центра исследований океана имени Гельмгольца, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Департамента ботаники Университета Британской Колумбии.