Эволюция многоклеточности: как древние белки заложили основу животной жизни

Мир многоклеточных организмов — от примитивных губок до сложно устроенных китов — поражает своим разнообразием. Однако ключевой вопрос оставался без ответа: как именно одноклеточные предки животных совершили эволюционный скачок к многоклеточности? Новое исследование ученых из Чикагского университета проливает свет на этот процесс, раскрывая удивительную роль белков, управляющих делением клеток. Оказывается, древние молекулярные механизмы, возникшие еще до появления животных, не просто обеспечили возможность клеткам слипаться, но и заложили основу для формирования зародышевой линии — уникальной ткани, ответственной за продолжение вида.

Центральные игроки: белки, изменившие историю жизни

Команда ученых под руководством Майкла Глотцера, профессора молекулярной генетики и клеточной биологии, сосредоточилась на трех ключевых белках — Kif23, Cyk4 и Ect2, которые образуют комплекс, известный как белковый комплекс Centralspindlin. Этот комплекс не только определяет плоскость деления клетки, но и создает временный мост между дочерними клетками, который у зародышевой линии может сохраняться надолго.

Используя инструменты биоинформатики и искусственный интеллект (AlphaFold), исследователи обнаружили, что эти белки присутствуют у всех животных — от медуз до млекопитающих — и практически не изменились за 800 миллионов лет эволюции. Более того, их аналоги были найдены у хоанофлагеллят, ближайших одноклеточных родственников животных. У этих существ белки тоже участвуют в делении клеток, но их функции менее специализированы.

Прорыв в понимании многоклеточности

Майкл Глотцер выдвинул гипотезу, что эволюционный переход к многоклеточности мог начаться с простой мутации, нарушившей завершающую стадию цитокинеза — разделение клеток. Если раньше клетки делились и полностью отделялись друг от друга, то появление Centralspindlin и его взаимодействие с Ect2 позволило им оставаться связанными. Это создало предпосылки для формирования зародышевой линии — клеток, которые не только передают генетическую информацию потомству, но и способны дифференцироваться в любые ткани организма.

Интересно, что у некоторых колониальных хоанофлагеллят уже наблюдается неполное разделение клеток, что может быть «эволюционным экспериментом», предшествовавшим истинной многоклеточности. Таким образом, ключевым шагом стало не появление новых белков, а модификация уже существующих механизмов.

От молекулярных мостов к сложным организмам

Это исследование меняет представление о том, как возникли животные. Оказывается, критическую роль сыграли не столько белки клеточной адгезии (которые существовали и у одноклеточных), сколько усложнение механизмов деления клеток. Centralspindlin и Ect2 стали молекулярными «архитекторами», позволившими клеткам не только делиться, но и оставаться связанными, формируя ткани и зародышевую линию.

Открытие также подчеркивает, что эволюция часто действует через кооптацию уже существующих структур — белки, изначально отвечавшие за деление клеток, были перепрофилированы для поддержания многоклеточной организации. Это еще один пример того, как небольшие изменения на молекулярном уровне могут привести к глобальным последствиям — в данном случае, к возникновению всего разнообразия животного мира.