Исследование проводилось под руководством профессора Итаи Янаи из Технологического института Техниона-Израильского технологического института в сотрудничестве с исследовательскими группами в Австралии, Германии, США и Израиле. Исследовательская группа исследовала чрезвычайно разнообразный набор видов животных, применяя чрезвычайно мощный метод под названием CEL-Seq, разработанный в 2012 году доктором Тамар Хашимшони в лаборатории Янаи. CEL-Seq позволяет отслеживать активность всех генов в отдельных клетках, и команда использовала его для анализа регуляции генов у 70 эмбрионов каждого из десяти видов.
Исследователи обнаружили поразительную закономерность универсальности у всех видов. Между фазами «включения» подобных генов в начале и в конце развития был обнаружен переход к середине развития. Эта недавно открытая модель регуляции генов объясняет, как различия между животными развиваются и эволюционируют, что позволяет биологии теперь иметь молекулярные средства для определения конкретных свойств групп видов.Их работа далее определяет категорию животной жизни, недооцененную с 1735 года, когда шведский ботаник Карл Линней, признанный отцом биологической классификации организмов, предложил систему классификации с двумя названиями для растений мира, а также животных, классифицировавших животных по «семействам». «на основе сходства и различия кузовных« планов ». Работа проливает новый свет на то, как на молекулярном и генетическом уровнях животные с разным строением тела (независимо от того, есть ли у них настоящий позвоночник (млекопитающие) или просто нервный шнур (хордовые) эволюционировали, чтобы быть разными и почему.
Считается, что на планете обитает около восьми миллионов различных видов животных, что придает поразительное изобилие разнообразия. Например, размеры тела взрослых животных составляют пять порядков величины.
Команда профессора Янаи начала это исследование с вопроса о том, что общего у всех животных. Чтобы ответить на этот вопрос, они выбрали десять самых разных животных, которых только можно было выбрать: рыбу, червя, муху, водяного медведя, губку и пять других, каждый из разных типов (термин, придуманный немецким естествоиспытателем Эрнстом). Геккель в 19 веке для описания группы животных с одинаковым строением тела).
Обычно распознаются около 35 типов, однако остается спорным вопрос о том, является ли это значимой классификацией и, если да, то какие атрибуты одинаковы или различны у всех животных.«Мы выбрали виды, представляющие десять различных типов животных», — сказал профессор Янаи. «Для каждого типа мы определили профиль экспрессии всех генов от развития оплодотворенной яйцеклетки до свободноживущих личинок.
Мы обнаружили удивительную закономерность сохранения экспрессии генов у всех видов, происходящих в ключевой, переходный период развития».Изучая молекулярные программы развития у десяти очень разных животных, исследователи обнаружили, что все животные, которых они изучали, выражают два различных «модуля» генетической экспрессии. (Модуль — это набор генов, одинаковых для всех организмов, которые «включены».) Во время перехода между модулями возникают механизмы передачи сигналов и регуляции клеток.Обладая этими новыми знаниями, исследователи предложили определение типа как «набор видов, разделяющих одни и те же сигналы и сети факторов транскрипции во время перехода к середине развития».
Другими словами, они уточнили определение, предположив, что те организмы, которые разделяют тип, ранее в силу только конструкции тела, также разделяют уникальный и аналогичный генетический и молекулярный переход, которого нет у других видов.Чтобы продемонстрировать свое предложение, исследователи разработали «модель песочных часов», которая фиксирует различия в экспрессии генов между видами. Модель обратных песочных часов показывает происхождение филов по сравнению с моделью песочных часов, которая демонстрирует «внутрифилумную эволюцию».Эмбриональное развитие называется «филотипической» стадией.
Это когда эмбрион начинает приобретать узнаваемые черты, характерные для позвоночных. Филотипическая стадия представляет собой общий план, на котором специализированные элементы, такие как панцирь черепахи, морда свиньи или ваш большой мозг, могут быть установлены позже в процессе разработки.Исследователи предположили, что во время филетического переходного периода свойства, характерные для каждого типа, генетически закодированы. По их словам, их новый набор данных будет полезен при изучении признаков формирования плана тела животных на эмбриональной стадии.
Как и многие научные открытия, исследователи предполагают, что их работа «ставит больше вопросов, чем дает ответов». Например, «какие молекулярные пути лежат в основе филетических переходов в каждом типе? Почему механизмы филетических переходов так относительно восприимчивы к изменениям?
Является ли соединение консервативных модулей универсальным для всей многоклеточной жизни?»«Выявленный нами переход может быть признаком развития только у животных», — заключили исследователи. «Или будущие исследования могут показать, что это общая характеристика развития всей многоклеточной жизни».