Летает ли он, гуляет или плавает, почти у любого животного есть тело, построенное из зеркальных изображений, с левой стороной, отражающей правую. Но эта симметрия в значительной степени проникает до глубины души. Например, внутри человека сердце сидит слева, а печень - справа.
Связанный контент
- Чему экстраверты и интроверты могут научиться у улиток
- Ультрафиолетовый свет раскрывает цвета ископаемых оболочек
- Новые глубоководные улитки - собственные панк-рокеры
В течение прошлого столетия ученые искали генетический код, который вызывает внутреннюю асимметрию в животном мире, чтобы создать более полную картину того, как развиваются все существа. Эти гены могут быть прослежены на миллиарды лет до последнего универсального общего предка. Теперь международная команда думает, что они нашли это - или, по крайней мере, часть этого, благодаря скромной улитке пруда.
В отличие от большинства животных, улитки несут асимметрию на спине в форме завитков своих раковин. В довершение всего, улитки не всегда идут одинаково - большинство из них свернуты вправо, но другие могут свернуться влево.
В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Current Biology , ученые сообщают, что ген formin может контролировать, начинают ли эмбрионы улитки образовывать левый или правый скрученный панцирь. Сделав единственное изменение в миллиардах молекулярных букв, составляющих геном улитки, исследователи могут переключать правый бигуди влево.
«Вы можете сравнить поиск гена с нахождением иголки в стоге сена», - говорит ведущий автор Ангус Дэвисон из Ноттингемского университета.
Дэвисон и его коллеги составили карту геномов более чем 3000 гигантских прудовых улиток, или Lymnaea stagnalis, и искали различия между левым и правым витыми моллюсками. Сначала они сузили область, где может скрываться интересующий ген, а затем начали поиск ключевых различий в том, насколько хорошо гены выполняли свою работу, то есть в создании белков, которые контролируют биологию животного.
Дэвисон говорит, что это грандиозная задача, но они поймали перерыв. Команда нашла мутацию в одном гене, которая отключила производство белка в версии против часовой стрелки улитки.
Хотя раковины прудовых улиток обычно закручиваются по часовой стрелке, они также могут закручиваться в обратную сторону - с некоторыми интересными последствиями. С одной стороны, спаривание с их правыми коллегами практически невозможно. (Фотография Эстер де Рой и Гари Макдауэлл, цифровая композиция Джереми Гуая, Peregrine Creative) «Нам очень повезло, потому что оказывается, что мутация выбивает функцию гена», - объясняет он. Это не всегда так. Хотя видоизмененный ген звучит гнусно, большинство этих естественных изменений в геноме не оказывают большого влияния на их хозяев. В этом случае, однако, небольшое изменение в рассматриваемом гене - формине - не позволило ему построить белки.
Затем ученые попытались изменить способы развития маленьких улиток, обработав эмбрионы улитки препаратом против формина. Как и ожидалось, из-за препарата улитки, которые обычно скручиваются по часовой стрелке, вращаются в противоположную сторону.
Ни одна из перевернутых улиток не пережила лечение. Точная причина этого до сих пор неизвестна, поскольку некоторые улитки действительно существуют с завитком против часовой стрелки. Но «очень трудно изменить асимметрию без изменения других важных функций», - говорит Дэвисон. А формин - это ген, который ранее был найден для создания клеточных лесов у всех животных, поэтому изменения в гене могут иметь летальные последствия для клеток.
Любопытно, может ли этот ген быть важным для асимметрии в других организмах, команда обработала развивающиеся эмбрионы лягушки тем же самым препаратом против формина, и они получили аналогичные результаты - у некоторых лягушек выросли сердца на «неправильной» стороне их тел. Это намекает на то, что асимметрия, которая скрывается во многих других видах, также может контролироваться, по крайней мере частично, белком формина.
Это исследование охватывает более чем столетнюю интригу вокруг завитка раковин улитки.
Патолог Артур Эдвин Бойкотт и его друг, натуралист-любитель капитан С. Дайвер, опубликовали открытие генетического контроля скручивания раковин улитки в 1923 году, основанное на их работе по разведению улиток в стеклянных банках. Но в отличие от унаследованных генов цвета человеческого глаза, улитка с правильной скруткой не обязательно несет ген формина с правильной скруткой.
После этого ученым понадобилось почти 60 лет, чтобы понять, как это работает. Оказывается, что завиток улитки контролируется каким-то веществом, которое мама улитки - часто употребляемый термин, поскольку улитки - гермафродиты, - включены во внутренности яйца или цитоплазму. Это вещество изменило развивающегося ребенка, влияя на его направление скручивания.
«Это было 34 года назад, - говорит биолог Ричард Палмер, который не принимал участия в исследовании, - и они пытались определить, что это за вещество было с тех пор».
Введите Дэвисона и его коллег. Используя современные лабораторные методы, команда не только определила ген, но и определила, что крошечные субклеточные асимметрии могут быть обнаружены, когда эмбрион имеет только две клетки. Результаты намекают на то, что «существует некоторая универсальная система, управляющая асимметрией на макроуровне», говорит Палмер.
Первоначально услышав об открытии, его ответ одним словом подвел итог длинного квеста: «Наконец».
Но дело еще не совсем закрыто. По словам Палмера, контроль гена на сворачивании не распространяется на всех наземных улиток, и возникает острый вопрос о том, почему улитки, в отличие от людей, не имеют одинакового асимметричного предпочтения и постоянно скручиваются в одном направлении.
По словам Дэвисона, формин, вероятно, единственный в наборе генов, который контролирует симметрию среди животных. Но теперь, когда у них наконец есть этот ген в поле зрения, команда надеется, что эти маленькие завитки помогут им разобраться, почему мы все немного не в себе.
Ученые были удивлены, обнаружив, что, в отличие от прудовой улитки, изменения в гене формина, по-видимому, не контролируют направление скручивания этой японской наземной улитки. (Эстер де Рой)
