Уже более 100 лет биологи задаются вопросом, почему животные демонстрируют различные типы жизненных циклов. Некоторые виды, такие как человек и большинство позвоночных, развиваются непосредственно в полностью сформированную, но меньшую по размеру версию взрослой особи. В отличие от них, многие другие животные дают начало разнообразным промежуточным формам, которые мы называем личинками, а затем метаморфируют во взрослую особь.

Тем не менее, понимание того, почему существуют личинки и как они возникли, у исследователей было ограниченным. Более того, в крупномасштабных сравнительных исследованиях, посвященных этому вопросу, ранее не использовались современные методы, основанные на секвенировании генетической информации животного - генома, чтобы выяснить, как организм использует эту информацию в процессе роста. До сих пор.

В исследовании, проведенном группой специалистов Лондонского университета королевы Марии (QMUL) и опубликованном в журнале Nature, ученые впервые раскрыли механизм, который, вероятно, объясняет, как эмбрионы формируют либо личинку, либо миниатюрную версию взрослой особи.

В своей работе они доказывают, что время активации основных генов, участвующих в эмбриогенезе - превращении оплодотворенной яйцеклетки в организм - коррелирует с наличием или отсутствием личиночной стадии и с тем, питается ли личинка из окружающей среды или полагается на питание, заложенное матерью в яйцо.

Франциско М. Мартин-Замора, кандидат наук в QMUL и один из первых авторов исследования, сказал: "Впечатляет то, как эволюция сформировала способ, которым эмбрионы животных "определяют время" для активации важных групп генов раньше или позже в процессе развития. Предположим, что личиночная стадия больше не является необходимой для выживания. В таком случае эволюционно выгодно, например, активировать гены для формирования туловища раньше и развиваться сразу во взрослую особь".

В новом исследовании использовались самые современные подходы для расшифровки генетической информации, активности и регуляции у трех видов морских беспозвоночных червей, называемых аннелидами. Они объединили их с общедоступными наборами данных других видов в масштабном исследовании, включающем более 600 наборов данных более чем 60 видов, разделенных более чем 500 миллионами лет эволюции.

"Только объединив экспериментальные данные, полученные в лаборатории, и систематический вычислительный анализ, мы смогли разгадать эту новую неизведанную биологию", - сказал доктор Фердинанд Марлетас, один из главных соавторов исследования из Университетского колледжа Лондона.

"Хотя эти методы существуют уже несколько лет, ни одна команда не использовала их для этой цели. Полученные нами наборы данных и разработанные нами методики станут мощным подспорьем для других исследователей", - подчеркнул доктор Ян Лян, постдокторский исследователь из QMUL и соавтор первой части работы.

Доктор Чема Мартин-Дуран, старший автор исследования, отметил, что "биология развития в основном сосредоточена на мышах, мухах и других устоявшихся видах, которые мы знаем как модельные организмы. Наше исследование показывает, что увлекательная биология часто упускаемых из виду немодельных видов имеет решающее значение для понимания того, как происходит развитие животных и как оно эволюционировало".

Гены, участвующие в формировании туловища - области тела, которая следует за головой и продолжается до хвоста - имеют первостепенное значение. У некоторых видов формируются личинки практически без туловища, известные как "головные личинки", и они могли существовать еще у предка всех животных с головой и хвостом. Прямое развитие и формирование маленькой взрослой особи прямо из эмбриогенеза должно было развиться позже во многих группах животных, таких как мы и большинство позвоночных, поскольку гены для формирования туловища активируются раньше в эмбриогенезе, а личиночные черты постепенно утрачиваются.

"Мы надеемся, что другие исследователи в этой области продолжат изучение захватывающей темы эволюции жизненных циклов животных и предоставят дальнейшие доказательства выдвинутой нами гипотезы", - сказал д-р Андреас Хейнол, профессор Университета Фридриха Шиллера в Йене (Германия) и сотрудник группы.