Геологи забрались в клетки каменных существ

Похоже, палеонтологи решили разнообразить свой "музейный" имидж. Сплошные фокусы: то достают беременных динозавров из-под стола, то "заставляют" их летать на четырёх крыльях. А теперь занялись тем, чему позавидуют многие биологи, — изучением жизни на субклеточном уровне. Причём очень, очень древней жизни.

Группа, в которую вошли пятнадцать исследователей из шести стран (США, Великобритания, Швейцария, Австралия, Китай, Швейцария) под руководством геолога Джеймса Хегедорна (James W.

 

 

Hagadorn) из колледжа Амхерста (Amherst College), обнаружила доказательство того, что клеточная специализация на ранних стадиях развития эмбрионов существовала 550 миллионов лет назад. Также учёные смогли рассмотреть клетки, в которых только начинается процесс деления.

	Снимок четрыёхклеточного эмбриона возрастом более 550 миллионов лет, сделанный с помощью электронного микроскопа. Диаметр образца — около 0,65 миллиметра (фото James W. Hagadorn et al.).

Всего пару месяцев назад мы рассказывали о том, как в рамках той же серии изысканий специалисты рассмотрели строение древних эмбрионов. Но недавно, как рассказал один из участников этой работы, профессор геологии Шухай Сяо (Shuhai Xiao) из политехнического института Виржинии (Virginia Polytechnic Institute), на одном из этапов исследования учёные задались вопросом: "А могут ли клеточные и даже субклеточные структуры сохраняться внутри этих эмбрионов?"

Чтобы это выяснить, пришлось применять особую аппаратуру, рассказывает профессор Сяо. В работе использовали микрофокусную рентгеновскую компьютерную томографию и электронные микроскопы нескольких крупных научных организаций разных стран.

Учёные рассказывают, что в ходе исследования они подвергли анализу 162 образца древних окаменелых "запечатанных" эмбрионов сфероидальной формы, которые добыли, как и в прошлый раз, на юге Китая. Отбирались такие образцы, в которых можно было чётко отличить биологические структуры от неорганических включений.

Один из эмбрионов четырёхклеточных зародышей. A — микрофотография в отражённом свете; B — схематический вид с разных ракурсов; C — компьютерная модель на основе тонких послойных рентгеновских снимков; D, E, F, G — "разобранные" клетки (фото и иллюстрации James W. Hagadorn et al.).

Чтобы получить компьютерную модель зародыша, требовалось до тысячи точных снимков в разных плоскостях.

"Мы оцифровали все эмбриональные клетки, а затем заглянули внутрь их, — рассказывает Сяо. — Мы нашли некие структуры внутри клеток, которые могли быть клеточными ядрами или другими субклеточными объектами".

Кроме того, Сяо добавил, что в некоторых эмбрионах, состоявших всего лишь из четырёх клеток, нашлись почковидные субклеточные структуры. Как утверждают участники исследования, это прямое свидетельство того, что клетки были "застигнуты" во время деления.

Рентгеновская аппаратура, использовавшаяся в опытах группы Джеймса Хегедорна, позволяет изучать эмбрионы, содержащие до тысячи клеток. На этих снимках изображён эмбрион, состоящий из 754 клеток. A — снимок сканирующего электронного микроскопа; B, C — модель расположения клеток в разных разрезах; D, E, F — снимок отдельных слоёв в рентгене (фото и иллюстрации James W. Hagadorn et al.).

Также исследователи заметили, что клетки делились несинхронно. К примеру, обнаружилось, что некоторые из эмбрионов имели 31 клетку, хотя на этой стадии их количество должно было быть чётным — 32.

Встретились и интересные образцы зародышей, у которых подобная асинхронность наблюдалась начиная уже со второго деления. Соответственно, в результате этого клетки эмбриона имели различные размеры, то есть как-то дифференцировались.

"Неполноценным" был каждый четвёртый эмбрион, а значит, речь не идёт об исключении.

Модель одного из четрыёхклеточных эмбрионов. Цветом внутри выделены двойные структуры, наличие которых говорит о том, что это — окаменелость делящейся клетки. По-видимому, это некие субклеточные структуры. Какие именно — пока сказать трудно (фото James W. Hagadorn et al.).

Это явление показало, что изучение клеточной специализации у древних организмов — не пустая выдумка, а вполне разумная научная задача. Объясняя причину этого феномена, учёные говорят, что такие случаи не единичны. Исследователи уверены, что это явление связано с работой генов, контролировавших развитие клеток.

Профессор Шухай Сяо: "Просто восхитительно, что столь тонкие биологические образования могли сохраниться в таких древних отложениях" (фото с сайта geol.vt.edu).

При формировании эмбрионов современных крупных животных асинхронное деление клеток — обычное дело. Но никто не ожидал, что следы этого процесса можно будет найти в столь древних зародышах простых организмов — ведь в работе использовались эмбрионы морских существ, вроде губок.

Впрочем, учёные говорят, что такое формирование эмбрионов может происходить и под действием некоторых патогенных причин (например, недостатка кислорода или токсичности среды). Но в данном случае дело обстояло по-иному.

Как утверждают исследователи, схема деления у "необычных" эмбрионов, с которыми они работали, была более-менее одинаковой, тогда как повреждённые зародыши должны были бы очень сильно отличать друг от друга.

	Профессор Джеймс Хегедорн: "Во время исследования мы предположили, что работаем с зародышами относительно сложных животных, для которых характерно такое развитие. Однако все доказательства говорят о том, что это формы, родственные всего лишь обыкновенным губкам" (фото с сайта amherst.edu).

Специалисты полагают, что это явление, по-видимому, свидетельствуют о том, что "как минимум до 551 миллиона лет назад (самые "свежие" из изученных эмбрионов датируются этим временем) существовали замысловатые механизмы дифференциации клеток в развивающихся эмбрионах".

После знакомства с этой точной работой хочется поинтересоваться: если удалось изучить эмбрион окаменевшего крупного животного, потом — зародыши червя, а теперь даже заглянуть внутрь их клеток, то где же предел окаменения? Этим вопросом задавались и наши читатели, обсуждавшие предыдущее исследование окаменевших эмбрионов, и сами учёные.

Точно сказать трудно. Но, по крайней мере, можно догадаться, какого уровня исследователи достигнут на следующем этапе работы. Ведь они как следует не разглядели органоиды клеток. Так что, надеемся, скоро доберутся и до них.

Статья получена: Membrana.ru