Как морские черви научились «отбрасывать хвост» с мозгом и глазами для размножения

Исследователи из Токийского университета впервые подробно описали уникальный способ размножения морских червей — шизогамию. Животные создают в хвостовой части своего тела «отдельный организм», наполненный половыми клетками, с собственными глазами и мозгом.

Многие виды низших животных развили уникальные и удивительные способы размножения. Фрагментация и последующая регенерация встречаются у плоских червей, при которой особь делится на несколько частей, регенирирующих и образующих новые организмы. Также есть почкование — например, у пресноводной гидры: несколько клеток на теле взрослой материнской особи начинают делиться и образовывать постепенно обособляющиеся дочерние организмы.

Не менее странным способом размножения можно назвать шизогамию, которую практикуют морские черви семейства Syllidae. Принцип размножения заключается в обособлении задней части тела в так называемый столон — склад половых клеток (гамет) со своей мозгоподобной нервной структурой, органами чувств (глазами и усиками) и плавательными щетинками. После его созревания столон отделяется от основного тела червя и свободно перемещается в воде в поисках таких же столонов противоположного пола. 

При этом столон — не самостоятельный организм, а лишь временный способ переноса гамет. Ведь он не обладает ртом и развитой пищеварительной системой, поэтому если столон не находит подобную структуру противоположного пола, он погибает из-за недостатка питания. Независимое плавание столона не только защищает самого червя от возможных угроз, поскольку не обременяет необходимостью вынашивания потомства или поиска партнера, но и позволяет гаметам распространяться на большие расстояния. Основное же тело заново отращивает хвост и вскоре снова становится готово к созданию нового столона.

В новой работе группа морских биологов из Токийского университета изучила морского червя Megasyllis nipponica, широко распространенного в Японии. Ученые провели морфологический, гистологический и генетический анализ червей, чтобы выяснить, как эти животные формируют в своем теле столонные структуры и как определяют, в какой части тела формировать новые глаза и мозг. Результаты исследования ученые изложили в тексте статьи, опубликованной в журнале Scientific Reports.

Стадии шизогамии морского червя Megasyllis nipponica / © Nakamura et al., Scientific Reports, 2023

Формирование столона начинается с изменений в строении кишки и созревания гонад определенного пола (изначально пол столона не определен, ведь морские черви семейства Syllidae — гермафродиты) в задней части тела червя. Потом активируются гены, ответственные за экспрессию гормонов, и лишь затем гены, определяющие постепенное формирование глаз, усиков, головы, плавательных щетинок и нервных клеток. На финальной стадии формирования столон начинает активно вибрировать и отделяется от основного тела.

При этом, как выяснили исследователи, хорошо известные гены, определяющие место формирования нейронов и головы у различных животных, автоматически активируются в ответ на развитие гонад в задней части морских червей и не контролируются мозгом основного тела. По словам авторов работы, такой способ размножения эволюционно мог развиться из ранее существовавших особенностей предковых червей, например высокой способности к регенерации.