Благодаря воровству генов животные научились питаться солнечным светом

Американские ученые рассказали, почему морскому слизню Elysia chlorotica удается по много месяцев жить за счет солнечного света, подобно растению. Это животное ворует гены у водорослей, которыми питается — и гены эти помогают слизню осуществлять фотосинтез. О редком примере горизонтального переноса генов от одного многоклеточного организма к другому сообщается в журнале The Biological Bulletin. Коротко об исследовании рассказала Washington Post.

Слизень Elysia chlorotica питается водорослями Vaucheria litorea. С 1970-х годов ученым стало известно, что слизень не переваривает хлоропласты, а включает их в собственные пищеварительные клетки. Там хлоропласты продолжают фотосинтез до девяти месяцев (гораздо дольше, чем в организме водорослей) — таким образом вырабатываются углеводы и жиры, и слизень переходит к «растительному» образу жизни. Возвращаться к привычному для животных способу питания требуется только в случае длительного пребывания в темноте (отчего хлоропласты погибают).

Однако фотосинтез — это деструктивный для клеток процесс, и даже самим растениям приходится обновлять хлоропласты каждые несколько дней, подчеркивает ведущий автор исследования Сидни Пирс (Sidney K. Pearce). Чтобы чинить позаимствованные органеллы, слизни также «украли» у водорослей специальный ген prk. Далее этот ген передается следующим поколениям животных: потомкам также нужно брать хлоропласты у водорослей, однако они наследуют способность чинить фотосинтезирующие органеллы.

Пирс и его коллеги доказали факт воровства гена, изготовив его синтетический аналог. Новый ген ввели не замеченному в поедании водорослей слизню — и тот идеально лег на хромосому животного (в то же место, где находят настоящий ген).

«Это пример естественной генной терапии, идеально действующей в живом организме. Такой механизм не должен был работать — однако вот он, и вот его отличный результат», — заявил Пирс.

От издателя: это не единственный случай фотосинтеза у животных. В северных морях водится зеленый червячок Конволюта, размером 2-4 мм. он точно также фотосинтезирует.

Класс ресничные чевви, или турбеллярии (Turbellaria)

Следует прежде всего подчеркнуть, что именно организация этих маленьких животных, иногда, впрочем, и довольно крупных, должна рассматриваться как типичная. Это представление далеко не случайно. Оно определяется тем фактом, что турбеллярии - свободноживущие организмы. Поэтому именно они обладают типичными для плоских червей признаками. Все остальные классы плоских червей - паразиты, а паразитизм ведет к специализованным преобразованиям организации, а нередко и к ее упрощению. Ознакомление с организацией турбеллярии важно для понимания их природы.

Можно начать их описание с плана организации, и прежде всего перечислить их морфологические признаки. Это, несомненно, важно. Однако не менее важно понимать причины, вызвавшие к жизни ту или иную организацию живых существ. Итак, первый и главнейший признак ресничных червей - это тот, что они свободноживущие организмы. Вот что их определяет! А если это так, то для них должны быть типичны признаки, присущие свободным организмам: это прежде всего органы свободного передвижения в пространстве, способность определять в нем положение собственного тела и, наконец, способность вовремя заметить других животных - и врагов, и добычу - и вовремя среагировать на тех и на других. Для ресничных червей прежде всего характерны следующие признаки. Тело их покрыто ресничками, согласованное движение которых обеспечивает плавное передвижение в пространстве. У ресничных червей имеется особый орган равновесия - статоцист - в, виде пузырька с плотным свободным ядрышком внутри, подобный тем, кд- , кие имеются у кишечнополостных; этот орган позволяет червю ориентироваться в пространстве. Переверните ресничного червя, и он тотчас повернется брюшной стороной вниз. Информацию о своем положении в пространстве ресничный плоский, червь получил от статоциста. Ресничным червям присущи развитые opганы обоняния (химические органы) и органы восприятия света (фоторецепторы). Химические органы представлены обонятельными ямками по бокам головы, тогда как фоторецепторы представлены глазками, расположенными на переднем крае тела. Наконец, отметим еще один признак свободного существования ресничных червей, а именно покровы их тела окрашены в различные цвета - зеленый, желтый, розовый, светло- и темно-коричневый, почти черный, красный, фиолетовый, синевато-серый и др. Таковы главные признаки ресничных червей, определяемые их свободной жизнью. На таблице 17 показаны некоторые представители ресничных червей. Кто скажет, что они некрасивы, по крайней мере по окраске?

В остальном ресничным червям свойственны признаки плоских червей: кожно-мускульный мешок, состоящий из кожных покровов и сложной системы продольных, кольцевых, косых и спинно-брюшных мышц; паренхима, заполняющая тело; продольные нервные стволы; брюшное ротовое отверстие; слепая кишка - прямая или разветвленная на два ствола; выделительные органы в виде ветвящихся трубочек с мерцательными колбочками на концах и экскреторным наружным отверстием на заднем конце тела; мощно развитая половая система, в которой комбинируются всегда мужские и женские половые органы. Все это как бы вправлено в общий "архитектонический план" двубоко-вой симметрии (рис.

192).

Рис. 192. Половая система планарий: А - половая система молочной планарии: 1 - семенные пузырьки; 2 - семяпровод; 3 - совокупительный орган; 4 - железистый орган; 5 - совокупительная бурса; 6 - яичник; 7 - желточники. Б - схема лиловой системы планарии: 1 - семенники; 2 - семяпровод; 3 - семенной пузырь; 4 - совокупительный орган; 5 - совокупительная сумка; 6 - непарный проток; 7 - яичники; 8 - яйцеводы; 9 - желточники

Ресничные черви - хищники. Они нападают на мелких животных, например мелких рачков, и высасывают их, или даже рвут нежное тельце рачков на части, или глотают целиком. Живут они в различных средах. Известны морские ресничные черви, пресноводные и, наконец, почвенные.

Рис. 193. Нервная и пищеварительная системы молочной планарии (Dendrocoelum kacteum): 1 - нервные стволы; 2 - ротовое отверстие; 3 - глотка; 4 - ветви кишечника

Отряд бескишечные ресничные черви (Acoela)

У берегов Бретани (Франция) начинается отлив. Отступает море. Обнажается морское дно. И на обнаженном дне появляются зеленые пятна. Они как живые. Постепенно пятна становятся темнее и изменяют свою форму. И действительно, это скопления живых существ, бесчисленных маленьких турбеллярий Convoluta roskoffensis, относящихся к роду конволют (Convoluta). Зеленая окраска животных вызвана тем, что в их паренхиме живут зеленые водоросли - зоохлореллы, принадлежащие к жгутиковым простейшим. Как только начнется прилив, конволюты зароются в песок, уходя от напора воды.

Этот ритм чередующегося зарывания в песок и появления на его поверхности конволют можно наблюдать и в аквариуме.

Как у всех бескишечных турбеллярий, у этого червя нет кишечника. Вместо него в паренхиме развита нежная плазматическая ткань с многочисленными ядрами в ней, но без клеточных границ. Ткань, в которой сливаются в общий комплекс клеточные элементы, лишённые клеточных границ, называют синцитием^*. Молодые конволюты способны питаться; они захватывают пищу при помощи ресничек, которыми усажено ротовое отверстие. Пищевые комочки попадают в синцитий, и здесь происходит процесс внутриклеточного пищеварения, столь характерный для всех турбеллярий, в том числе и имеющих кишечник. Однако взрослые конволюты питаются иначе. Они питаются веществами, ассимилируемыми водорослями, которые живут в их теле. Водоросли (зоохлореллы) проникают в организм конволют тогда, когда они еще только развиваются из яйца. Взрослые конволюты откладывают яйца в кокон. Эти коконы выделяют вещества, химически воздействующие на зоохлорелл и привлекающие их. Можно сказать, что яйца конволют буквально инфицированы (заражены) зоохлореллами. Но это заражение - источник жизни конволют. Из развивающихся яиц формируется молодая конволюта, и она оказывается носительницей зоохлорелл, которые размножаются в ее теле и как бы входят в его состав, обеспечивая процессы ассимиляции органических веществ и энергии солнечного света. Так зоохлореллы снабжают конволюту питанием. С другой стороны, зоохлореллы зависят от конволют и не могут жить без них. И конволюты ведут себя так, что существование зоохлорелл обеспечено. Зоохлореллы зеленого цвета. Они носители хлоропластов и нуждаются в солнечном свете. Конволюты в течение всего дня неподвижно сидят на месте, облитые яркими лучами солнца - источником жизни и энергии зоохлорелл, но вместе с тем и источником питания самих конволют. Конволюты полезны для зоохлорелл, а эти последние жизненно необходимы для конволют. Перед нами типичный пример симбиоза - обоюдополезного сожительства свободных организмов.

Как уже говорилось, у бескишечных турбеллярий нет кишечника. На брюшной стороне тела конволют расположена воронка, ведущая в ротовое отверстие, а оно в свою очередь ведет в синцитий. Кпереди от ротового отверстия расположен маленький пузырек, просвечивающий сквозь покровы тела. Это статоцист. Известный специалист по турбелляриям Бресла у так разъясняет функции статоциста: если конволют, содержащихся в сосуде, оставить в покое, все они соберутся на поверхности воды. Однако даже легкое сотрясение заставляет их опускаться на дно. Эти реакции обусловлены наличием статоциста. "Реакции,- пишет Бреслау,- исчезают, если животное обезглавлено или если соленая морская вода, в которой находится червь, быстро заменяется пресной. В последнем случае происходит повреждение тонкой структуры статоциста". Итак, статоцист, т. е. орган равновесия, определяет и упоминавшуюся выше реакцию конволют на приливы и отливы. На рисунке 194 показан другой вид конволюты - Convoluta convoluta, в теле которой видны зоохлореллы, а также округлые яйца. В отличие от ранее названного вида, эта конволюта питается не только за счет зоохлорелл, но и через ротовое отверстие.

^* (Синцитий - от греческих слов syn вместе и cytos - клетка.)