Исследователи из Института биологии Макса Планка в Тюбингене представили первые убедительные доказательства того, что зубы нематоды Pristionchus pacificus состоят из хитина. При этом они не только отвечают на давний вопрос о составе зубов, но и открывают новые перспективы эволюции до 10 миллионов видов нематод. Их результаты теперь опубликованы в журнале Current Biology.

Нематоды населяют практически всю поверхность Земли, от морских впадин до пустынь и высоких гор. Простой квадратный метр почвы может содержать более миллиона крошечных организмов, длина которых часто составляет всего несколько миллиметров; и, по оценкам, около 80% всех многоклеточных животных являются нематодами.

Несмотря на их повсеместное распространение и важность для различных экосистем, многие вопросы о маленьких червяках все еще остаются без ответа, в том числе о составе и развитии их разнообразных структур рта. Например, до сих пор было неизвестно, из чего сделаны зубы, которыми обладают многие виды нематод.

Недостаток хитина вызывает пороки развития полости рта

Исследовательская группа из Института биологии Макса Планка в Тюбингене, возглавляемая Ральфом Зоммером, впервые убедительно доказала, что зубы нематоды Pristionchus pacificus состоят из хитина. Хитин - очень устойчивый полисахарид, часто используемый природой для формирования прочных структур: он является строительным материалом для экзоскелетов членистоногих, таких как панцири жуков и ракообразных, а также присутствует в клеточных стенках грибов.

С 1940-х годов предполагалось, что хитин также может быть важным компонентом в структуре ротовой полости нематод. Однако хитин трудно обнаружить, так что его присутствие во рту нематоды никогда не могло быть однозначно продемонстрировано.

Поэтому команда Ральфа Соммера выбрала другой подход: исследователи использовали метод редактирования гена CRISPR-CAS9, чтобы отключить один из двух генов нематоды, ответственных за выработку хитина. В зависимости от того, где был изменен ген, мутанты были либо вообще нежизнеспособны, либо их рты были беззубыми и деформированными.

Кроме того, исследователи ввели генетически неизмененным червям вещество, предотвращающее выработку хитина. С аналогичными результатами: у этих людей также были деформированные рты без зубов. "Вместе эти два эксперимента дают убедительные доказательства того, что хитин играет важную роль для зубов червей", - резюмирует Шуай Сун, первый автор исследования.

Неудачливые хищники без зубов

Эти находки особенно актуальны, поскольку строение ротовой полости имеет первостепенное значение для нематод; оно определяет образ жизни червя. В раннем возрасте у животных вида Pristionchus pacificus развивается одна из двух видоспецифичных форм ротовой полости, которая либо позволяет им питаться другими нематодами, либо ограничивает их рацион на основе бактерий.

Генетически модифицированные черви из лаборатории Соммера могут питаться бактериями без проблем, но их деформированные рты не приспособлены для хищнического образа жизни. Это, однако, не побуждает их адаптировать свое поведение к их ограниченным способностям: исследователи смогли запечатлеть на камеру, как беззубые черви безуспешно пытались съесть личинок других нематод.

Наиболее важная макромолекула для диверсификации беспозвоночных

Исследование хитина может стать отправной точкой для нового взгляда на эволюцию нематод. Нематоды демонстрируют огромное разнообразие, являясь, вероятно, самой богатой видами группой в животном мире, даже превосходя насекомых: на сегодняшний день описано только 30 000 из примерно 10 миллионов различных видов. Многообразные, сложные рты различных видов нематод точно приспособлены к их соответствующему образу жизни и экологическим нишам.

Следовательно, новые данные о составе зубов могут стимулировать эволюционные исследования. "Теперь мы подозреваем, что хитин чрезвычайно важен для дифференциации структур рта нематод в ходе эволюции", - говорит Сан. "Если это окажется правдой, мы могли бы с полным основанием назвать хитин наиболее важной макромолекулой для диверсификации беспозвоночных".