Было бы легко использовать слово «простой», когда речь идет об этом родственнике кораллов и медуз. Но подожди – не так быстро.
Новое исследование трубчатых анемонов бросает вызов всему, что, по мнению биологов-эволюционистов, они знали о генетике морских животных. Митохондриальная ДНК трубчатого анемона, или цериантарии, – настоящая травма для головы, начиная с ее неожиданного расположения и заканчивая ранее невообразимыми размерами.
Исследователи, в том числе команда из Университета штата Огайо, опубликовали новые результаты, показывающие, что ДНК трубчатого анемона делает то, что, как было показано, делают митохондриальные геномы нескольких других видов. Он бросает вызов классической форме пончика, в которой он «должен» быть, и состоит из нескольких фрагментов, количество которых варьируется в зависимости от вида.
Вдобавок ко всему, это животное теперь является рекордсменом по крупнейшему митохондриальному геному, зарегистрированному на сегодняшний день. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Scientific Reports, он содержит почти 81000 пар оснований или фрагментов генетической информации. Митохондриальная ДНК человека содержит менее 17000 пар оснований.
"У этих древних животных простое поведение и простая анатомия, поэтому до сих пор мы думали о них как о довольно простых существах.
Но их биология довольно сложна. Геномы этих трубчатых анемонов могут быть более динамичными, чем геномы более сложных и новейших животных, таких как улитки, насекомые и позвоночные », – сказала Мэг Дейли, профессор эволюции, экологии и биологии организмов в штате Огайо.
О митохондриальной ДНК, которая является центральной в этом исследовании: это не та ДНК, которую многие из нас помнят в школе, – инструкции, обнаруженные в ядре каждой клетки организма и организованные в виде линейной двойной спирали.
Напротив, митохондриальная ДНК обычно имеет круглую форму и содержит гораздо меньше информации, чем ядерная ДНК.
И он живет внутри митохондрий – двухмембранных структур, которые во множестве встречаются внутри клетки за пределами ядра. Митохондрии отвечают за производство энергии, и их иногда называют «клеточными электростанциями» живых существ.
По словам Дейли, хотя ученые смогли секвенировать митохондриальную ДНК других подобных животных, до сих пор они сталкивались с препятствиями, связанными с этими трубчатыми анемонами. Около двух десятилетий назад исследователь попытался создать план митохондриального генома, основываясь на теории, что он будет кольцевым.
«Это было невозможно, и до сих пор никто не знал почему», – сказал Дейли, который сделал карьеру в изучении морских анемонов и их биоразнообразия.
Используя передовые суперкомпьютерные технологии, исследователи изучили два вида трубчатых анемонов и обнаружили, что один имеет пять линейных фрагментов митохондриальной ДНК, а другой – восемь. Ранее ученые обнаружили линейный геном в митохондриях медуз, но линейная структура в сочетании с вариациями в размере и количестве фрагментов, наблюдаемых в трубчатом анемоне, является беспрецедентной.
«Мы думаем, что типичное расположение петель, которое мы находим, имеет смысл, потому что одно из преимуществ митохондрий, имеющих кольцевой геном, заключается в том, что он легко реплицируется», – сказала она.
«Мы думали об этой петлеобразной конструкции как о чем-то, что помогает митохондриям выполнять свою работу быстро и эффективно."
Теперь Дейли и другим, кто изучает этих существ, остается выяснить, почему это могло произойти с точки зрения эволюции.
«Пока что нет никаких причин для анемонов, имеющих этот необычный митохондриальный геном», – сказал Дейли.
Серхио Стампар, бразильский исследователь, который руководил исследованием, сказал, что два вида, изученные в этом исследовании, представляют собой самые большие группы Ceriantharia.
«Эти результаты представляют собой значительную« фотографию »группы. Помимо большого размера геномов, самое удивительное, что мы обнаружили, – это существенная разница между двумя видами », – сказал Стампар, который работает в Universidade Estadual Paulista в Сан-Паулу.
Стампар сказал, что эта работа вызывает много вопросов, поскольку предполагаемый переход от кругового генома к линейному у анемонов не должен быть простым процессом. По его словам, необходимо провести широкое обсуждение эволюции нескольких групп родственных животных, называемых книдариями, в том числе медуз, кораллов и морских анемонов.
Было бы заманчиво ожидать сходства эволюционного давления среди морских животных, которые все старые и относительно простые с точки зрения внешнего вида и функций, но это новое свидетельство ставит это под сомнение, сказал Дейли.
"Может быть, все они зародились в одном месте, но были подвержены различным эволюционным схемам и возможностям."
Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Исследовательским фондом Сан-Паулу, Бразильским национальным советом по научному и технологическому развитию и UNC Charlotte.