Палеонтология, Paleontology, Ammonit.ru Палеонтология, Paleontology, Ammonit.ru
Логин
Пароль

Регистрация

Забыли пароль?

 | Палеонтология, палеонтологический портал "Аммонит.ру" |   English version of paleontological portal Ammonit.ru |  Места находок | Геохронологическая шкала | Типы окаменелостей |

 | Виртуальный палеонтологический музей | Публикации | Новости палеонтологии | Пользователи  | Палеонтологические тэги |  

Генетики изучили развитие глаз наутилуса

Генетики изучили развитие глаз наутилуса

Единственные дожившие до наших дней головоногие моллюски с наружной раковиной, Nautilus и Allonautilus из отряда Nautilida, очень долго считались своего рода эталонами примитивного головоногого. Практически все черты строения наутилусов палеонтологи автоматически переносили на вымерших цефалопод. Считалось, что наутилус представляет собой «живое ископаемое» - животное, сохранившееся практически неизменным с раннего палеозоя, а все его вымершие родственники, близкие и дальние, были на него очень похожи. Ошибочность этих построений стала очевидной совсем недавно, когда на помощь палеонтологам в изучении наутилусов пришли специалисты-биологи.

Наутилус отличается от других современных головоногих моллюсков не только наличием внешней раковины, но и огромным числом щупалец. Их у него порядка сотни, в то время как у всех остальных цефалопод их восемь или десять. Долгое время как палеонтологи, так и биологи думали, что такое количество щупалец – признак древний и примитивный и что у остальных головоногих на каком-то этапе развития произошла их редукция – «лишние» щупальца атрофировались. Но в 2008 группа японских биологов под руководством Шуихи Шигено (Shuichi Shigeno) в ходе изучения эмбрионального развития наутилусов доказала, что изначально у эмбрионов наутилид, точно так же, как и у эмбрионов других головоногих, начинается формирование лишь десяти щупалец. Просто у наутилуса они потом дробятся, формируя целый «куст» щупалец, а у других цефалопод этого не происходит. То есть базовой, исходной для всех цефалопод были именно «десятищупальцевая конструкция», которую наутилусы на каком-то этапе своего развития «усовершенствовали» для своих нужд. Тогда же выяснилось что и кожистый капюшон наутилуса, закрывающий устье раковины в момент опасности, тоже является «изобретением» наутилид, он вовсе не был изначально свойственен головоногим моллюскам и мог развиться только после увеличения числа щупалец. Вполне вероятно, что и двойной набор жабр наутилуса (у него их две пары, а у остальных головоногих лишь одна пара) мог появиться именно у наутилид, а не достаться им в наследство от более древних моллюсков. В общем, многие черты строения наутилусов, считавшиеся унаследованными от древнейших предков цефалопод, оказались «изобретением» самих наутилид.

И вот теперь японские биологи решили разобраться с еще одним архаичным признаком наутилид – со строением их глаз. Вообще, головоногие моллюски обладают прекрасно развитыми глазами, функционально не уступающими глазам позвоночных. Это замечательный пример конвергенции, возникновения сходных органов у разных животных независимо друг от друга. Формируются эти глаза совершенно иначе, чем у позвоночных и иначе функционируют, например наведение на резкость у нас с вами осуществляется за счет искривления хрусталика, а у кальмаров и осьминогов – за счет изменения расстояния между хрусталиком и сетчаткой (тот же принцип реализован в фотоаппаратах). Но в целом по своему строению и по функциональности глаза головоногих и позвоночных очень похожи. Впрочем, все вышесказанное относится лишь к глазам колеоидей (подкласс Coleoidea), то есть осьминогов, кальмаров и каракатиц. А вот у наутилусов глаза очень примитивные. В них нет ни хрусталика, ни роговицы, зрачок представляет собой обыкновенное отверстие, через которую свет попадает на сетчатку. Сам глаз изнутри заполнен водой, ведь через отверстие зрачка полость глаза свободно сообщается с внешней средой.

Надо сказать, что примитивное строение глаз наутилуса не особенно удивляло ученых. Что еще ожидать от такого древнего моллюска? К тому же конструкция глаза наутилуса в общем-то укладывалась в ряд других глаз моллюсков, среди которых есть и просто ямки со светочувствительными клетками на дне и глаза с хрусталиком, но устроенные примитивнее, чем глаза колеоидей. Однако, кое-какие странности, связанные с глазами наутилуса, ученые заметили. Так, у многих значительно более примитивных моллюсков, например у гастропод Murex или у хитонов (класс Polyplacophora) глаза устроены сложнее, чем у наутилуса и имеют хрусталик. И это при том, что хитоны и гастроподы не только организованы в целом несравнимо проще наутилуса, но и ведут значительно менее подвижный образ жизни. Наутилус все-таки активно плавающий моллюск, способный к достаточно быстрому перемещения в воде, часто питающийся живой добычей, ему хорошее зрение нужно никак ни меньше, чем ползающему по дну хитону. Даже примитивный хрусталик мог бы ему здорово пригодиться. Почему же у наутилусов в глазах не возникла хотя бы самая простая линза? Обычно на этот вопрос отвечали просто: «раз не возникла, значит, все-таки была не нужна». Но коллектив биологов-генетиков под руководством Атсуши Огура (Atsushi Ogura) из Японии решил подойти к этому вопросу с точки зрения генетики.

глаза головоногих моллюсков
Глаза головоногих моллюсков. На фото вверху справа наутилус.

Огура и его коллеги изучили работу генов во время формирования глаз у эмбрионов карликовой каракатицы и наутилуса. Оказалось, что в глазах эмбрионов наутилусов полностью отсутствуют продукты гена Six3/6, очень древнего гена, участвующего в формировании хрусталика у позвоночных и колеоидей. Этот ген есть огромного количества разных животных – моллюсков, червей, членистоногих, позвоночных и даже у медуз и везде он участвует в формировании глаз. А у наутилуса его либо нет, либо он просто не работает (это ученые пока не выяснили). У каракатиц ген Six3/6 запускает целый каскад других генов, продукты работы которых как раз и формируют хрусталик и роговицу. У наутилусов этого не происходит, эти гены тоже не работают.

Статья с результатами этого исследования опубликована в журнале Scientific Reports, ее текст находится в открытом доступе. Главным итогом этого эксперимента можно считать следующий вывод: хрусталик в глазах наутилид не появился не столько потому, что в этом не было необходимости, сколько из-за отсутствия в принципе такой возможности. На каком-то этапе эволюции наутилоидеи лишились гена Six3/6, без которого, судя по всему, невозможно формирование роговицы и хрусталика. Изначально этот ген у их предков должен был быть, ведь он есть и у более примитивных моллюсков, и у всех других головоногих. Но после его потери усовершенствование глаз стало невозможно.

В какой момент произошла эта потеря и как перед этим выглядели глаза наутилусов? На этот вопрос пока сложно ответить. Вполне вероятно, что классическая точка зрения, согласно которой глаз наутилуса является переходной формой от примитивных глазков-ямок к более сложным глазам, действительно является корректной. Но возможно также, что тут мы имеем дело с дегенерацией, предки наутилид вполне могли иметь более совершенные глаза (хотя бы сходные с глазами гастропод или хитонов), но в какой-то период зрение играло столь малую роль в их жизни, что глаза начали атрофироваться. Примеры деградации зрения хорошо известны – это и слепые животные пещер или морских глубин, и даже трихроматическое цветовое зрение млекопитающих, уступающие тетрахроматическому зрению рептилий и птиц (подробнее об этом можно почитать здесь).

Интересным результатом этого исследования является и еще один вывод (авторы об этом не пишут, но это важно для палеонтологов): раз глаза наутилусов являются своего рода аномалией, крайне маловероятно, что эта же аномалия реализовалась и в других группах древних цефалопод. Собственно в том, что ближайшие родственники колеоидей – аммониты (Ammonoidea), и их общие предки бактриты (Bactritida) обладали хорошо развитыми глазами с хрусталиком и роговицей, сейчас практически никто не сомневается. Однако публикация японских генетиков показывает, что не только бактриты, но и более древние наутилоидеи – ортоцериды, актиноцериды, дискосориды и т.д. теоретически вполне могли иметь глаза, отличающиеся от глаз наутилуса наличием хрусталика и роговицы.

Вполне возможно, что в дальнейшем открытие японских генетиков поможет палеонтологам еще лучше понять эволюцию цефалопод. Правда, к большому сожалению, сами авторы статьи (несомненно замечательные генетики) демонстрируют в своей публикации удручающее незнание палеонтологии. Рассуждая о времени возникновения безлинзовых глаз наутилуса, они пишут: «ancestral cephalopods, such as ammonites, had eyes without a lens» («предковые головоногие, такие как аммониты, имели глаза без линз»). В конце этой странной фразы стоит ссылка на публикацию, посвященную глазам кембрийских членистоногих, в которой нет ни слова ни об аммонитах, ни о цефалоподах вообще. Но если эту ссылку еще можно объяснить технической ошибкой или опечаткой, то сама фраза неправильна от начала до конца. Аммониты никак не подходят на роль «предковых головоногих», так как от ранних стадий эволюции цефалопод их отделяет 75 миллионов лет (больше чем нас от момента вымирания динозавров) и как минимум два отряда предшественников – бактритиды и ортоцериды. О том, что у аммонитов могли быть глаза без линз, действительно пару раз писали в палеонтологической литературе, но это было во времена, когда аммонитов считали странной формой наутилусов, а самих наутилусов, как говорилось в начале, считали эталоном древнейших головоногих. Тогда аммонитам и приписывали глаза «наутилусового типа», исключительно по аналогии с «близкими родственниками». Когда стало ясно, что аммониты это вовсе не наутилусы, что они значительно ближе к колеоидеям (и происходят с ними от общих предков), подобный взгляд на глаза аммонитов отошел в прошлое. Так что любопытная статья в Scientific Reports демонстрирует не только замечательную тенденцию последних лет (биологические исследования начинают очень существенно помогать палеонтологам), но и одну из серьезных проблем современной науки: специалисты из одной области даже на уровне элементарного учебника не представляют себе ситуацию в других областях науки.

"Аммонит.ру"

На фото вверху справа Nautilus macromphalus, фото с сайта commons.wikimedia.org.

13 июня 2013 года

   <<< Следующая новость   

Другие новости

   Предыдущая новость >>>

Ключевые слова (тэги): наутилусы, наутилоидеи, Nautilus, глаза, Nautilida

Добавить в избранное

Постоянный адрес новости:
Permanent link:

HTML-ссылка на новость:
HTML-link to this page:

Если вы хотите оставить комментарий,
вам нужно зарегистрироваться (или авторизоваться, если вы уже зарегистрированы)

Комментарии:

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145239">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145239</a>

Добавить в избранное

0

Интересно. А не было раньше здесь публикаций про глаза головоногих? А то у меня дежавю какое-то.

комментарий 1 уровня

Комментарий создан 13 июня 2013 года в 23:09:59
отредактирован 13 июня 2013 года в 23:11:14

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145255">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145255</a>

Добавить в избранное

0

Дежавю наверно из-за картинки, она вот тут была: Одиннадцатая лекция Общества любителей окаменелостей - фото и видео. И там я про глаза говорил. И чуть-чуть про глаза было тут: Найдены остатки мягких тканей аммонитов из семейства Baculitidae

комментарий 2 уровня

Комментарий создан 14 июня 2013 года в 00:36:59

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145243">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145243</a>

Добавить в избранное

0

Заявления, что фокусирование у человека происходит только за счет изменения формы хрусталика не соответствуют действительности...

А текст про глаза ниже рисунков можно было выкинуть, ибо одно только бла бла бла ни о чем...

комментарий 1 уровня

Комментарий создан 13 июня 2013 года в 23:17:26
отредактирован 14 июня 2013 года в 00:06:52

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145253">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145253</a>

Добавить в избранное

0

Где во фразе "наведение на резкость у нас с вами осуществляется за счет искривления хрусталика, а у кальмаров и осьминогов – за счет изменения расстояния между хрусталиком и сетчаткой" заявление что "только за счет изменения формы хрусталика"? Тут в первую очередь важно что у головоногих линза в принципе не гибкая.

А насчет "ни о чем" - жаль, что вы не поняли о чем этот текст.

комментарий 2 уровня

Комментарий создан 14 июня 2013 года в 00:32:14

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145406">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145406</a>

Добавить в избранное

0

Отличная статья.Спасибо ). Для себя много нового узнал, заинтересовало, что предки современных наутилоидей, возможно, имели хрусталики и роговицы, и что эволюционный процесс подействовал в сторону дегенерации (

комментарий 1 уровня

Комментарий создан 15 июня 2013 года в 16:15:36
отредактирован 18 июня 2013 года в 16:30:40

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145455">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145455</a>

Добавить в избранное

0

Очень любопытная статья.

Интересно было бы провести эксперимент на головоногих по моделированию факторов мутаций, приводящих к изменению генетической структуры у потомства. Цель такого эксперимента - выяснение, какой мутагенный природный фактор мог бы привести к потери гена Six3/6 (для других головоногих) и потери иных генов (для наутилусов и других головоногих). Отрицательный результат (если таких факторов не найдётся) тогда означал бы, что потеря этого гена произошла не из-за мутации, а например в результате природной дегенерации (что менее вероятно, т.к. это не объясняет почему гена нет совсем), либо изначального отсутствия такого гена в принипе для наутилусов (что более вероятно). Положительный результат, т.е. нахождение такого природного фактора для других головоногих и появление генетически изменённого потомства без этого гена позволила бы расчитать, когда и при каких условиях наутилусы потеряли этот ген в процессе эволюции. Но при этом следует провести исследование, почему только у наутилусов возникла эта мутация. И ещё есть вероятность того, что ответ может крыться в причинах массового вымираниия.

комментарий 1 уровня

Комментарий создан 15 июня 2013 года в 21:08:18
отредактирован 15 июня 2013 года в 21:20:31

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145488">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145488</a>

Добавить в избранное

0.5

Наверно я недостаточно акцентировал на этом внимание, но в данном исследовании речь шла не о самом гене, а о результатах его работы - РНК и белках. Я в абзаце под центральным рисунком отметил, что "у наутилуса гена либо нет, либо он просто не работает (это ученые пока не выяснили)". Может он и есть, как у птиц есть гены, отвечающие за формирование зубов, просто он "отключен", как и эти птичьи гены.

А эксперимент по поиску мутагенного фактора, который привел к потере или отключению гена, на самом деле ничего не даст. При большом желании наверняка можно найти множество таких факторов, причем вполне природных, только все равно будет неизвестно, какой именно из них действовал. К тому же это не так уж и важно, механизм таких вещей в принципе понятен.

Никто ничем не облучал сразу всех наутилусов, не могли они сразу все стать "мутантами". Просто в живых организмах иногда что-то ломается по самым разным причинам и рождаются животные с какими-то отклонениями. И иногда рождаются слепые животные или с недоразвитыми глазами. И если для этого вида зрение важно, то слепые особи гибнут без следа еще в детстве. Но если оказывается, что какой-то вид начал жить, например, в полной темноте, то есть в условиях, где зрение не играет никакой (или значимой) роли, то слепым кто-то там родился или зрячим - не важно. Тогда слепые выживают. Более того, те ресурсы, которые нормальные животные направляют на развитие глаз, слепая особь может использовать для развития других органов чувств или для размножения. То есть она может быстрее созреть или лучше охотится (к примеру) и сформировать больше яиц. И отсутствие глаз может закрепиться в популяции, потому что это выгодно. Собственно и весь механизм "природной дегенерации".

А у наутилусов эта мутация закрепилась потому что они жили в условиях, когда им и такого неполноценного зрения более чем хватало. Наверняка и кальмары такие-же рождались и аммониты, но только если кальмар с таким зрением родится - его или съедят тут же, или он с голоду помрет и сбой этот его генетический в популяции не закрепится.

комментарий 2 уровня

Комментарий создан 16 июня 2013 года в 00:10:32

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145490">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145490</a>

Добавить в избранное

0

Спасибо, ваше пояснение довольно важное.

Ну я и имел в виду естественно только природные факторы, касающиеся в первую очередь изменения параметров воды (температура, химический состав примесей и солей, солёность, прозрачность и т.п.), чтобы проверить вероятность появления мутаций упомянутых вами отклонений или просто изменения приоритета генов, в т.ч. с этим геном у головоногих. Ни о каком "облучении" речи быть конечно не может.

А упомянутый вам случай о нахождении немецкими и швейцарскими палеонтологами останки мягких тканей Baculitidae, это единственный случай или были ещё подобные с головоногими? Просто ваше предложение о сравнении параметров глазных капсул интересно было бы проверить для других ископаемых головоногих.

комментарий 3 уровня

Комментарий создан 16 июня 2013 года в 00:48:52

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145491">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145491</a>

Добавить в избранное

0

Я конечно не генетик, но про-моему такие факторы как соленость, прозрачность вряд ли могут влиять на скорость мутаций. Химические примеси конечно могут, какие-нибудь "черные курильщики" в океанах наверняка влияют, хотя опять же не знаю насколько сильно и можно ли это измерить. В любом случае это слишком случайные, вероятностные процессы, чтобы ставить эксперименты.

А глаза ископаемых головоногих это конечно огромная редкость. У аммонитов их кроме этих бакулитид не находили (да и у бакулитид сохранность очень посредственная), у наутилоидей тоже. Вот странно, что есть много находок колеоидей замечательной сохранности, но данных по их глазам я не нашел. По идее если не сама глазная капсула, так хоть линза (она у головоногих очень твердая) может так или иначе сохранится. Но может не было таких находок, а может быть пока мне литература нужная не встретилась.

комментарий 4 уровня

Комментарий создан 16 июня 2013 года в 01:35:31

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145503">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145503</a>

Добавить в избранное

0

Тогда наверное мы точно не узнаем, какие у ископаемых головоногих были глаза.)) Хотя это и не так важно, но интересно.

комментарий 5 уровня

Комментарий создан 16 июня 2013 года в 10:56:23

<a href="http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145512">http://www.ammonit.ru/new/980.htm#145512</a>

Добавить в избранное

0

Будем надеяться, что все-таки попадутся приличные отпечатки когда-нибудь. Потом то что у аммоноидей и бактритид были глаза колеоидного типа - это практически несомненно. А вот у более древних групп пока сложно сказать какие именно глаза были.

комментарий 6 уровня

Комментарий создан 16 июня 2013 года в 11:27:11