Кто был самым первым животным на Земле? Знакомьтесь: гребневик — переливающееся желе с нервами

Представьте себе огромное, ветвистое древо жизни, уходящее корнями в глубокое прошлое. Где-то у самого его основания, там, где от общего ствола отделилась ветвь животных, таится одна из величайших загадок эволюционной биологии. Кто был первым? Кто стал той самой «сестринской» группой для всех остальных животных, включая нас с вами?

Долгое время на эту роль было два главных кандидата. С одной стороны — скромные губки. Примитивные, без нервов, мышц и чётких органов, они казались идеальным «нулевым вариантом», с которого и началась вся сложность животного мира. С другой — гребневики, или ктенофоры. Эти студенистые, похожие на медуз существа, переливающиеся всеми цветами радуги, куда сложнее: у них есть нервная система, мышцы и хищнические повадки.

И вот тут-то и начиналась главная интрига. Если первыми были губки, история эволюции выглядит логично и просто: от простого к сложному. Но если первыми были гребневики… всё становится гораздо запутаннее.

Запутанное дело о первом животном

Десятилетиями учёные пытались разрешить этот спор. Они сравнивали анатомию, изучали ископаемые останки, анализировали последовательности генов. Но чем больше данных появлялось, тем больше становилось путаницы. Разные методы давали противоречивые результаты. Генетические данные были настолько древними и «зашумлёнными», что их интерпретация сильно зависела от выбранной математической модели. Научное сообщество зашло в тупик.

А ведь вопрос-то не праздный. От ответа на него зависит, как мы понимаем эволюцию самых фундаментальных вещей. Например, нервной системы.

• Сценарий «губка первая»: У общего предка животных не было нейронов. Губки отделились, сохранив эту простоту. А уже потом у предка всех остальных животных (включая гребневиков и нас) появилась нервная система. Красивая, последовательная история.
• Сценарий «гребневик первый»: У общего предка животных была нервная система. Гребневики её унаследовали. Но тогда получается, что губки, отделившись позже, её… потеряли? Или, что ещё более невероятно, нервная система возникала в ходе эволюции дважды, независимо друг от друга: один раз у гребневиков, а второй — у предка всех остальных?

Оба варианта второго сценария звучат почти фантастически. Эволюция редко избавляется от таких сложных и полезных приобретений, как нервы. А уж двойное их изобретение — это событие исключительной редкости. Честно говоря, требовались совершенно новые, неопровержимые улики.

Новая улика: генетический «адрес» на хромосомах

И такая улика нашлась. Группа учёных под руководством Дэррина Шульца, Олега Симакова и Дэниела Роксара решила посмотреть на проблему под совершенно другим углом. Вместо того чтобы сравнивать сами гены, они решили изучить их расположение.

Позвольте объяснить. Гены в наших клетках — это не просто хаотичный набор инструкций. Они аккуратно «упакованы» в хромосомы. Можно представить себе гены как книги, а хромосомы — как книжные полки. На протяжении миллионов лет эволюции с этими полками могут происходить разные события: полки могут сливаться в одну большую, ломаться на части, а книги на них — перемешиваться.

Так вот, учёные сосредоточились на одном типе событий — слиянии двух «полок» с последующим полным перемешиванием «книг». Почему именно на нём? А потому что это, по сути, необратимый процесс. Представьте, что вы взяли содержимое двух разных шкафов, свалили всё в одну кучу и перемешали. Какова вероятность, что, разбирая эту кучу, вы случайно вернёте всё в исходное состояние, разложив по двум первоначальным шкафам? Практически нулевая.

Такое «слияние с перемешиванием» — это уникальная эволюционная подпись, почти как отпечаток пальца. Если у двух разных групп организмов мы находим одни и те же слившиеся и перемешанные хромосомы, это железный довод в пользу их близкого родства.

Что показало расследование?

Чтобы найти эти древние «отпечатки», исследователи проделали колоссальную работу. Они полностью расшифровали геномы гребневика, двух морских губок и, что крайне важно, трёх одноклеточных организмов — наших дальних родственников, которые не являются животными. Эти одноклеточные выступили в роли «контрольной группы», показав, как выглядели «книжные полки» до появления животных.

И результаты оказались поразительно чёткими.

1. Выяснилось, что у гребневиков и у одноклеточных «кузенов» гены расположены по-старому, в исходной, древней конфигурации. Их «книжные полки» остались нетронутыми.
2. А вот у губок, медуз, насекомых и людей обнаружились одни и те же уникальные «слияния с перемешиванием». Несколько древних хромосом, которые у гребневиков существуют по отдельности, у всех остальных животных оказались объединены и перемешаны.

Вердикт был однозначным. Губки находятся в одной эволюционной «команде» с нами, а гребневики — нет. Это значит, что именно гребневики отделились от общего древа первыми.

Новая карта животного мира (и новое имя)

Это открытие не просто разрешает старый спор — оно заставляет нас по-новому взглянуть на всю раннюю историю животных. Теперь мы можем с уверенностью сказать: первой отделилась ветвь гребневиков. А уже потом от оставшегося ствола пошли все остальные, включая губок.

Для этой огромной группы — «все животные, кроме гребневиков» — учёные даже предложили новое название: Myriazoa (от греческих слов myria — «мириады, бесчисленное множество» и zoa — «животные»).

И что же это значит для нас и для нашего понимания эволюции? Мы снова возвращаемся к вопросу о нервной системе. Теперь, когда место гребневиков на древе жизни определено, гипотеза об их первичности становится основной. А это значит, что мы стоим перед удивительным выбором:

• Либо мы должны принять, что губки в ходе эволюции пошли по пути радикального упрощения и полностью утратили нервную систему, которая была у их предков.
• Либо нервные клетки и синапсы — основа работы мозга — были «изобретены» эволюцией как минимум дважды.

Какая из этих версий верна, покажут будущие исследования. Но одно ясно уже сейчас: благодаря генетическим детективам и их новому методу одна из самых больших загадок биологии стала гораздо яснее. История животных оказалась ещё более странной и удивительной, чем мы могли себе представить.