Умный и сознающий. 4 миллиарда лет эволюции мозга - Джозеф Леду

Пытаясь выяснить, каким же был последний общий предок всех билатеральных животных – LCBA, ученые искали ископаемые и (или) молекулярные доказательства наличия общих черт, свойственных билатеральным. В обоих случаях предполагалось, что LCBA появился примерно 630 миллионов лет назад. Ведущей считается основанная на молекулярных доказательствах теория, согласно которой LCBA был примитивным водным червем с билатеральным строением тела. Хотя у появившихся позднее билатеральных был цело́м, органы чувств и мозг находились на переднем конце тела, а у кишки были переднее и заднее отверстия (рот и анус), однако ископаемые свидетельствуют о том, что у LCBA имелись не все из перечисленных черт. Так, нервная система у него была диффузная, кишка не сформирована до конца, а целома и вовсе не было. Правда, все эти черты довольно быстро развились у его потомков[37].

На рисунке 29.2 представлена реконструкция внешнего облика этого животного. Рассуждая о том, как такое существо могло появиться на свет, ученые вновь обратились к личинкам. Свободно плавающая личинка стрекающих в определенной степени тоже обладает билатеральной симметрией, а еще у нее есть множество генов, используемых, чтобы задать направление развитию тела у билатеральных[38]. Следовательно, LCBA появился как модификация тела личинки стрекающего: он унаследовал диффузную нервную систему и несовершенную кишку. То есть билатеральным животным в полном смысле этого термина он считаться не может, но значительно отличается от стрекающего и в этом смысле стоит ближе к билатеральным. Благодаря личинке губки стало возможным существование стрекающих, а благодаря личинке стрекающего на древе жизни появилась ветвь билатеральных и, как следствие, большинство животных, населяющих нашу планету сегодня.

Рисунок 29.2. Реконструкция последнего общего предка билатеральных

Глава 30

Оральное или анальное?

Чаще всего билатеральных животных группируют исходя из наличия или отсутствия у них спинного хребта – позвоночника. У позвоночных он есть, у беспозвоночных – нет, и хотя это различие является важной частью нашей истории, есть у нее и такие фундаментальные составляющие, которые помогают объяснить, каким путем пошла эволюция от LCBA до позвоночных.

Напомню, что у медуз и других радиально-симметричных многоклеточных пищеварительный тракт снабжен всего одним отверстием, которое служит и входной, и выходной системой. У типичных билатеральных животных рот и анус расположены на противоположных концах пищеварительного тракта, и развитие этих двух отверстий на стадии эмбриона является основой фундаментального различия двусторонне-симметричных животных.

По аналогии с тем, как бластула сворачивается внутрь, образуя гаструлу, у билатерального животного на раннем этапе жизни из складки формируется отверстие, которое впоследствии становится пищеварительным трактом (рисунок 30.1). У некоторых это первое отверстие бластулы превращается в ротовой конец пищеварительного тракта; такие организмы называются первичноротыми (лат. Protostomia).

Рисунок 30.1. Формирование пищеварительной трубки у первично– и вторичноротых

К этой группе относится огромное число беспозвоночных животных: насекомые (мухи, пчелы), паукообразные (пауки), ракообразные (крабы, лобстеры), моллюски (улитки, слизни, двустворчатые моллюски, кальмары, осьминоги) и все многообразие червей. У остальных двусторонне-симметричных животных первое отверстие превращается в анус, и такие животные называются вторичноротыми (лат. Deuterostomia). К таким организмам относится уникальная группа беспозвоночных, ставших предками позвоночных животных (рисунок 30.2). Такая эмбриональная разница между первично– и вторичноротыми беспозвоночными позволит нам связать позвоночных с их беспозвоночными предками, а следовательно, и с самими истоками жизни.

Рисунок 30.2. Общее происхождение первично– и вторичноротых

И первично-, и вторичноротые появились примерно 580 миллионов лет назад, однако еще долго их общий предок (первичноротый/вторичноротый предок, ПВП), был таким же, как LCBA. Как следует из предыдущей главы, у LCBA, который примерно 630 миллионов лет назад перестал быть радиально-симметричным существом, были лишь некоторые из черт, свойственных большинству появившихся позднее билатеральных животных. Таким образом, ПВП появился позже LCBA, но раньше, чем произошло разделение на первично– и вторичноротых. И LCBA, и ПВП считаются первыми, или низшими, билатеральными (см. рисунок 30.2). Истинная природа ПВП остается неизвестной, но, скорее всего, он относился к группе, которая называется Nephrozoa – клады, у представителей которой впервые сформировался цело́м, включающей в себя первично– и вторичноротых животных, а через них – практически всех существующих ныне животных.

Хотя у нас с другими вторичноротыми множество общих генов, хватает и тех, что мы унаследовали от первичноротых, поскольку основные необходимые для выживания гены обе группы получили от ПВП. Теперь понятно, как изучение фруктовых мошек, червей, морских слизней и других первичноротых может быть источником информации о людях и использоваться для понимания и разработки методов лечения таких диагнозов, как онкология, сердечно-сосудистые заболевания, диабет и неврологические заболевания, в том числе расстройства памяти. Так, например, открытия, сделанные первооткрывателем этой области знания, нобелевским лауреатом Эриком Канделем, в сфере молекулярных механизмов хранения долгосрочной памяти у морских слизней, используются в исследованиях млекопитающих, в том числе людей.

Первичноротых делят на две группы: в одну входят плоские черви, кольчатые (сегментированные) черви и моллюски (двустворчатые моллюски, устрицы), а в другую – членистоногие (насекомые, паукообразные, ракообразные) и круглые черви. Решающим для такого разделения является фактор постоянного роста тела либо линьки, после которой все начинается сначала. Генетические исследования показали, что у кольчатых червей и моллюсков больше общих генов со вторичноротыми, чем у членистоногих и круглых червей. Это говорит о том, что, изучая кольчатых червей и моллюсков, проще понять функции человеческого тела и его заболевания, хотя из чисто практических соображений в качестве объектов генетических исследований легче использовать насекомых (фруктовых мошек) и круглых червей (Caenorhabditis elegans).

Глава 31

Как глубоководные вторичноротые связывают нас с нашим прошлым

Помню, как радовались в детстве мои сыновья, если на пляже им доводилось найти морскую звезду. Неподвижные, наполовину закопанные в песок, эти существа нередко встречались среди ракушек и мусора, выброшенных на пляж морем. Мои ребята сначала пугались их, но потом завороженно наблюдали за тем, как найденные ими сокровища начинали шевелить щупальцами.

У морских звезд щупальца торчат в разные стороны от более-менее круглого (радиально-симметричного) тела, поэтому морская звезда напоминает плоскую версию медузы или гидры. Звезды относятся ко вторичноротым, что удивительно, учитывая, что вторичноротые – это двусторонне-симметричные животные, а взрослая морская звезда совсем не такая. Дело в том, что на начальном этапе жизни, когда звезда представляет собой личинку, она имеет самое что ни на есть билатеральное строение, но с возрастом эту симметрию, очевидно, утрачивает (рисунок 31.1). Ранее мы уже имели возможность наблюдать, что на стадии личинки у организмов отчетливее просматривается связь с их эволюционными предками, чем у взрослых особей.