Биологи открыли новый тип строения плаценты у животных

Исследователи из СПбГУ и Университета Вены выяснили, что у представителей древней группы мшанок Cyclostomata — колониальных беспозвоночных, обитающих на дне морей и океанов, формируется уникальная плацента. Клетки, окружающие ранний эмбрион, начинают быстро расти, превращаясь в ценоциты — крупные многоядерные клеточные структуры. Что интересно, ценоциты широко распространены среди растений и грибов, но редки у животных. В плаценте же их обнаружили впервые. Результаты фундаментального исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале BMC Ecology and Evolution.

Биологам хорошо известно, что клетки живых организмов умеют вести себя самым необычным образом. Случается так, что они сливаются друг с другом, образуя единую структуру с большим количеством ядер — синцитий, окруженный общей мембраной. Такое «поведение» позволяет им быстро обмениваться питательными веществами, не тратя время и ресурсы на преодоление клеточных мембран. Бывает, что похожая структура возникает в результате совершенно другого процесса — не слияния, а роста клетки, которая начинает копировать ядра и значительно увеличивается в размерах.

В результате этого образуется ценоцит. Если первое явление характерно в основном для животных, например, в плаценте человека синцитием покрыты выросты эмбриональной оболочки, внедряющиеся в стенку матки, то второе — в основном удел растений и грибов. В обоих случаях получаются достаточно объемные структуры неправильной формы, напоминающие ткань.

«Начиная работать с циклостоматами, мы вместе с аспиранткой Ульяной Неклюдовой (первым автором вышедшей статьи) предполагали, что обнаружим у них именно синцитий, известный в плацентах других организмов, а обнаружили ценоциты — многоклеточные структуры, которые нетипичны для животных, — рассказал руководитель проекта, профессор кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ Андрей Островский.

— Эмбрионы этой группы мшанок не просто прилегают к плаценте, как это бывает обычно, а погружены в нее, буквально впаяны. Плацента состоит из нескольких крупных ценоцитов, связанных друг с другом цитоплазматическими мостиками и двумя типами клеточных контактов. Ценоциты имеют разную ультраструктуру, что указывает на то, что часть из них выполняет питающую, а часть — проводящую функции. Кроме того, появление такой сложной плаценты могло стать необходимым условием возникновения в этой группе животных полиэмбрионии, когда ранний эмбрион, вырастая, расщепляется на множество (более сотни) вторичных эмбрионов, каждый из которых развивается в личинку. Такая исключительно редкая комбинация репродуктивных признаков (живорождение, плацентотрофия и полиэмбриония) встречается еще только у одной группы существ на Земле — у броненосцев из рода Dasypus».

Образцы исследователи собрали рядом с Морской биологической станцией СПбГУ на Белом море. Им также удалось узнать, что плацента формируется из органа, который исходно отвечает за высовывание щупалец. Все мшанки выметывают спермии в воду, откуда их захватывают щупальца зооидов из других колоний. Для высовывания щупалец используется снабженный кольцевыми мышцами орган — мембранная сумка. Именно она после оплодотворения становится основой плаценты из ценоцитов, которая будет питать эмбрионы. Такое явление смены функции в эволюции получило название экзаптации.

В целом подавляющее большинство мшанок сначала выводят оплодотворенное яйцо из внутренней полости во внешнюю среду, а затем перемещают ее в специальную выводковую камеру, где осуществляется вынашивание.

Однако циклостомные мшанки и здесь поступают иначе: их личинки развиваются прямо в полости гонозооида — члена колонии, ставшего плацентарным инкубатором. Процесс выхода потомства продолжается практически все лето — созревшие личинки постепенно покидают гонозооид.

«Полиэмбриония считается эволюционно провальным делом: вроде как детей много, но все они клоны — нет генетического разнообразия, — объясняет Андрей Островский.

— Обычно именно тот факт, что потомки разные, обеспечивает лучшую выживаемость. И тут возникает вопрос — почему полиэмбриония, ископаемым свидетельствам наличия которой у Cyclostomata около 200 миллионов лет, оказалось такой устойчивой? А с ней и сама группа. В чем подвох? Возможно, это объясняется тем, что, продуцируя личинки-клоны на протяжении нескольких месяцев подряд, мшанки «сталкивают» их с постоянно меняющейся окружающей средой. Получается, что варьируют здесь не геномы, а условия, в которых эти геномы оказываются».

Исследование поддержано грантами Российского научного фонда № 18-14-00086 и Австрийского научного фонда № P27933-B29.